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法拉第杯手持微型质谱仪的设计

法拉第杯手持微型质谱仪的设计

作者：李宜凌太原科技大学

学位级别：硕士

质谱仪是一种测定物质成分和含量的科学仪器。传统的实验室质谱仪体积庞大,不能被应用于现场检测;微小型质谱仪体积小、携行方便,具有很好的应用前景。本文针对目前微小型质谱仪普遍存在的小型化后性能降低、检测种类少、应用范围窄等... 详细信息

质谱仪是一种测定物质成分和含量的科学仪器。传统的实验室质谱仪体积庞大,不能被应用于现场检测;微小型质谱仪体积小、携行方便,具有很好的应用前景。本文针对目前微小型质谱仪普遍存在的小型化后性能降低、检测种类少、应用范围窄等矛盾展开研究,旨在保证仪器性能的同时设计出一台手持式微型质谱仪。主要的研究内容包括:第一、针对现有的微小型质谱仪离子源单一,应用范围窄的问题,设计了紫外灯电离源、大气压化学电离源、纳升电喷雾、纸喷雾和针喷雾离子源装置,并与本文设计的微型质谱仪进行耦合,拓展了应用范围。第二、为提升微型质谱仪的性能,研究了四极增强偶极共振激发的离子阱驱动算法,对正弦扫频电压幅值和频率参数进行了优化,提升了仪器的检测范围、分辨率和灵敏度。第三、针对电子倍增器对真空要求高的问题,提出并设计了低噪声法拉第杯作为微型质谱仪的离子检测器。针对法拉第杯前级跨阻放大电路带宽过低的问题,设计了反传函数进行带宽补偿。第四、开展了微型质谱仪的总体设计,并应用研究的离子源、射频控制参数和法拉第离子检测器,搭建了一台手持式微型质谱仪,尺寸为216 mm×210 mm×123 mm,总重量为5.2 kg,电池连续工作时间为2 h。对仪器的分辨率、灵敏度、稳定性和实际应用效果进行了测试。

关键词：微型质谱仪离子阱质量分析器非连续大气压进样技术法拉第杯

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用于颗粒物监测仪的小型法拉第杯的优化设计

仪表技术与传感器 2018年第2期 48-51,57页

作者：曹阳阳王焕钦秦飞虎桂华侨刘建国余同柱孙强吕亮王杰程寅传感技术联合国家重点实验室中国科学院合肥智能机械研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学合肥物质研究院安徽合肥230026 中国科学院环境光学与技术重点实验室中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 光电信息获取与控制教育部重点实验室安徽大学安徽合肥230039

设计出一种结构简单、尺寸小,可用于微型超细颗粒物监测仪的法拉第杯。法拉第杯气流采用从敏感电极部分的前端进、后端出方式,内部敏感电极部分为镂空结构,可填充多孔金属材料。对法拉第杯的离子检测模型进行理论分析表明,提高法拉第杯... 详细信息

设计出一种结构简单、尺寸小,可用于微型超细颗粒物监测仪的法拉第杯。法拉第杯气流采用从敏感电极部分的前端进、后端出方式,内部敏感电极部分为镂空结构,可填充多孔金属材料。对法拉第杯的离子检测模型进行理论分析表明,提高法拉第杯中敏感电极碰撞表面积可有效提高法拉第杯的离子检测效率。经过优化设计的法拉第杯敏感电极内部填充PPI为60的多孔金属材料,比优化前的法拉第杯检测效率提高86%,配合只需放大倍数1012的静电计便可满足对普通室内环境的大气超细颗粒物数浓度的检测。设计的法拉第杯提高了颗粒物所带的电荷的检测效率,可用于大气超细颗粒物数浓度检测。

关键词：法拉第杯优化设计微弱电流超细颗粒物带电超细颗粒物多孔金属材料

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自制法拉第杯测微小颗粒电荷量

实验技术与管理 2013年第4期30卷 55-57页

作者：曾育锋程倍珊华南师范大学物理与电信工程学院广东广州510006

采用高压电场电晕放电的方式使微小颗粒荷电,并将带电颗粒导入法拉第杯中,通过运放电路测量出法拉第杯中带电微粒的总电量,同时测算出杯中颗粒总数,即可求得微小颗粒的带电量,最终结果由单片机输出。

关键词：微小颗粒电荷量法拉第杯电晕放电

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北京试验束装置上大功率法拉第杯设计制造

北京试验束装置上大功率法拉第杯设计制造

作者：刘江涛兰州大学

学位级别：硕士

法拉第杯是一个传统的束流强度测量装置，在加速器束流强度的归一化测量、探测器的标定等方面起到了不可替代的作用。由于法拉第杯是一个绝对测量装置，没有其它设备可以对其标定，反而通常是利用法拉第杯来标定其它实验用探测器，所以... 详细信息

法拉第杯是一个传统的束流强度测量装置，在加速器束流强度的归一化测量、探测器的标定等方面起到了不可替代的作用。由于法拉第杯是一个绝对测量装置，没有其它设备可以对其标定，反而通常是利用法拉第杯来标定其它实验用探测器，所以法拉第杯的设计和效率的计算变得至关重要，其计算精度直接影响探测器的探测效率的精度，并影响物理实验结果的可信度。本论文是在中国科学院高能物理研究所实验物理中心试验束组完成的，其项目来源于高能所羊八井中日合作实验探测器的标定实验，此实验中晶体标定部分需要确切对应晶体发光强度和1.89GeV电子束流强度之间的关系，而BEPC也正缺少一个这样对束流进行绝对测量的装置，而且将来反应截面的归一化测量也需要这样的一个装置，因此法拉第杯的设计和加工项目由高能所试验束组承担。应用于测量如此高能量电子束强度的法拉第杯在国内还没有，此项目中法拉第杯的结构设计主要参考运行于SLAC实验室与KEK实验室的法拉第杯，但是其工作的束流状态与BEPCII所提供的束流情况有很大不同。在本文中应用先进的蒙特卡罗模拟程序FLUKA进行法拉第杯的结构设计和各部分参数的确定，根据模拟结果对SLAC和KEK的法拉第杯的结构进行了改进，模拟内容包括法拉第杯各部分构件的尺寸、法拉第杯运行时周围的辐射剂量场分布、各部分构件工作时的若膨胀及升温情况，最后确定法拉第杯测量效率，然后对法拉第杯的电容进行计算，对法拉第杯测量等效电路进行分析，并且设计出基于6517A静电表的法拉第杯后继测量电路，现在法拉第杯已经加工完成，并安装于高能所十号厅E2线的末端。本论文包括以下几个部分：高能所及试验束的介绍、法拉第杯的项目来源及设计目标、蒙特卡罗方法介绍、用于法拉第杯设计的FLUKA模拟程序介绍、法拉第杯的模拟设计结果、法拉第杯相关参数的计算、法拉第杯后继测量电路的设计、设计总结与展望。

关键词：法拉第杯蒙特卡罗方法 FLUKA程序 6517A静电表

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法拉第杯直接测量颗粒荷电量的屏蔽问题

物理测试 2003年第3期21卷 15-17,23页

作者：张宝峰张连洪李双义刘卫京天津大学理学院天津大学机械学院

自制法拉第杯测量装置,测量粉末颗粒在不同直流电晕方式人工荷电时荷电量。试验并分析了测量的诸多干扰因素及屏蔽问题,采用杯上覆盖接地金属网可有效屏蔽电极等干扰。

关键词：粉末颗粒快速成型人工荷电法拉第杯电场屏蔽

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采用法拉第杯评价ESEM的电荷环境

电子显微学报 2006年第S1期 154-155页

作者：付景永张隐奇田彦宝徐学东韩晓东吉元北京工业大学固体微结构与性能研究所北京工业大学固体微结构与性能研究所北京100022

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火星尘埃带电荷量测量中法拉第杯参数的设计

真空与低温 2017年第4期23卷 245-248页

作者：张睿君杨瑞强兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000

大气中的尘埃会影响火星大气气候,通过摩擦和紫外线辐射,火星尘埃很容易带上电荷,带电的尘埃颗粒会悬浮、降落、黏着在航天器表面,甚至可能导致火星大气放电。此外,对尘埃带电荷量的研究有助于了解尘埃本质、起源和天体之间的关系。通... 详细信息

大气中的尘埃会影响火星大气气候,通过摩擦和紫外线辐射,火星尘埃很容易带上电荷,带电的尘埃颗粒会悬浮、降落、黏着在航天器表面,甚至可能导致火星大气放电。此外,对尘埃带电荷量的研究有助于了解尘埃本质、起源和天体之间的关系。通过调研火星相关文献,分析国内外关于火星尘埃带电荷量的测量方法,使用斯托克斯沉降公式对火星尘埃沉降速度进行估算,并设计法拉第杯主要参数,为实现火星大气尘埃的带电荷量的原位测量提供理论和技术参考。

关键词：火星尘埃电荷量法拉第杯

基于法拉第杯的离子束抛光机束流密度检测研究

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航空精密制造技术 2013年第6期49卷 8-12页

作者：张良李圣怡周林解旭辉丁杰国防科技大学机电工程与自动化学院长沙410073

根据自行研制的法拉第杯对离子束抛光(IBF)机床中离子束束流密度进行检测,通过束流密度检测实验与去除函数实验的对比,验证了该法拉第杯检测离子束束流密度的可行性及有效性。利用该法拉第杯对束流密度与离子束电流的关系进行了初步研究... 详细信息

根据自行研制的法拉第杯对离子束抛光(IBF)机床中离子束束流密度进行检测,通过束流密度检测实验与去除函数实验的对比,验证了该法拉第杯检测离子束束流密度的可行性及有效性。利用该法拉第杯对束流密度与离子束电流的关系进行了初步研究,发现两者之间呈线性关系。应用该法拉第杯可为抛光加工提供离子束定位和束流密度状态的重要参数。

关键词：法拉第杯离子束抛光束流密度去除函数

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采用法拉第杯评价ESEM的电荷环境

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