一種離子遷移譜檢測電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種離子遷移譜檢測電路，涉及一種小信號檢測技術，旨在實現(xiàn)對離子遷移電流傳感器輸出的微小電信號的檢測、提取。本實用新型技術要點包括：電源、離子遷移電流傳感器、初級放大電路、帶通濾波電路、次級放大電路、信號解調(diào)電路、時鐘電路及時鐘相移電路；電源用于向檢測電路中的各用電元器件供電；離子遷移電流傳感器、初級放大電路、帶通濾波電路、次級放大電路與信號解調(diào)電路順序連接；所述時鐘電路的時鐘信號輸出端與時鐘相移電路連接，時鐘相移電路具有第一時鐘輸出端及第二時鐘輸出端，第一時鐘輸出端向離子遷移電流傳感器提供采樣時鐘信號，第二時鐘輸出端向信號解調(diào)電路提供解調(diào)時鐘信號。
【專利說明】
一種離子遷移譜檢測電路
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種小信號檢測技術，特別是一種離子迀移譜檢測電路。
【背景技術】
[0002]基于離子迀移譜是一種氣相環(huán)境下的電泳技術，它通過在兩個電極(平板電極或同軸圓柱電極)之間形成高低不對稱電場，利用離子在高低電場下離子迀移率的非線性變化實現(xiàn)氣相離子分離，能夠快速靈敏的監(jiān)測各種化學制劑和被檢樣品的成分，主要用在環(huán)境監(jiān)測領域和氣相色譜監(jiān)測器中。
[0003]圖1示出了現(xiàn)有的離子迀移電流傳感器，主要包括迀移管及位于迀移管內(nèi)的電離源、A區(qū)極板及B區(qū)極；其工作原理是這樣的:待測物(氣態(tài))在載體氣體的帶動下進入迀移管，經(jīng)過電離源，待測物被電離成離子，離子進入A區(qū)極板，A區(qū)極板之間具有射頻電場，待測離子在射頻電場的作用下通過A區(qū)極板到達B區(qū)極板，B區(qū)極板間施加有低壓偏置電壓，待測物離子在低壓偏置電壓的作用下打在B區(qū)極板上，形成電流并作為傳感器的輸出信號，該電流反應了待測物離子的種類及數(shù)量。
[0004]然而離子迀移電流傳感器輸出的電流十分微弱且混有許多噪音，因此有必要對其進行放大、去噪，得到準確的反應待測物離子種類及數(shù)量的電信號，以便進一步分析。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種離子迀移譜檢測電路，實現(xiàn)對離子迀移電流傳感器輸出的微小電信號的檢測、提取。
[0006]本實用新型采用的技術方案是這樣的，包括:電源、離子迀移電流傳感器、初級放大電路、帶通濾波電路、次級放大電路、信號解調(diào)電路、時鐘電路及時鐘相移電路；
[0007]電源用于向檢測電路中的各用電元器件供電；
[0008]離子迀移電流傳感器的電流輸出端與初級放大電路的信號輸入端連接，初級放大電路的信號輸出端與帶通濾波電路的信號輸入端連接，帶通濾波電路的信號輸出端與次級放大電路的信號輸入端連接;次級放大電路的信號輸出端與信號解調(diào)電路的信號輸入端連接；
[0009]所述時鐘電路的時鐘信號輸出端與時鐘相移電路連接，時鐘相移電路具有第一時鐘輸出端及第二時鐘輸出端，第一時鐘輸出端向離子迀移電流傳感器提供采樣時鐘信號，第二時鐘輸出端向信號解調(diào)電路提供解調(diào)時鐘信號。
[0010]優(yōu)選地，時鐘相移電路的第一時鐘輸出端輸出的時鐘信號相對其第二時鐘輸出端輸出的時鐘信號具有相位偏移。
[0011]優(yōu)選地，所述初級放大電路為跨阻放大器。
[0012]優(yōu)選地，所述帶通濾波器用于濾除信號中的高頻噪音及低頻噪音。
[0013]優(yōu)選地，所述時鐘相移電路包括時鐘相移產(chǎn)生電路及兩個極性轉(zhuǎn)換電路;時鐘相移產(chǎn)生電路用于對輸入其中的時鐘信號進行相位偏移;極性轉(zhuǎn)換電路用于將輸入其中的信號轉(zhuǎn)換為雙極性；
[0014]所述時鐘電路的時鐘信號輸出端與時鐘相移產(chǎn)生電路的時鐘信號輸入端連接，時鐘電路的時鐘信號輸出端還同時與第一極性轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接;時鐘相移產(chǎn)生電路的時鐘信號輸出端與第二極性轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接;第一極性轉(zhuǎn)換電路的輸出端為時鐘相移電路的第一時鐘輸出端，第二極性轉(zhuǎn)換電路的輸出端為時鐘相移電路的第二時鐘輸出端。
[0015]進一步，信號解調(diào)電路包括第一模擬開關電路、第二模擬開關電路、差分放大電路及低通濾波器；
[0016]所述第一模擬開關電路的第一輸入端與次級放大電路的信號輸出端連接，第一模擬開關電路的第二輸入端接地;第一模擬開關電路的控制端與時鐘相移產(chǎn)生電路的第二時鐘輸出端連接;第一模擬開關電路的輸出端與差分放大電路的第一輸入端連接；
[0017]所述第二模擬開關電路的第一輸入端接地，第二模擬開關電路的第二輸入端與次級放大電路的信號輸出端連接;第二模擬開關電路的控制端與時鐘相移產(chǎn)生電路的第二時鐘輸出端連接;第二模擬開關電路的輸出端與差分放大電路的第二輸入端連接；
[0018]差分放大電路的輸出端與低通濾波器的輸入端連接;低通濾波器的輸出端為信號解調(diào)電路的信號輸出端。
[0019]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是:
[0020]本實用新型中的離子迀移電流傳感器在時鐘信號的控制下將反應離子流大小的低頻電流信號調(diào)制到某個高頻上，然后對調(diào)制后的信號進行方法、濾波，有效濾除了調(diào)制信號中的噪音，最后解調(diào)電路將反應離子流大小的電信號解調(diào)出來，實現(xiàn)了對微弱電流信號的高精度測量，并且本實用新型電路結構簡單、成本低，同時能很好的滿足基于離子迀移譜技術對被檢測樣品的數(shù)據(jù)采集和分析的有效性要求。
[0021]另外，本實用新型中的傳感器工作時鐘與信號解調(diào)電路的工作時鐘具有一定的相位偏移，這樣的涉及有利于進一步降低待測信號中的噪音，提高信噪比。
【附圖說明】
[0022]圖1為離子迀移電流傳感器結構原理圖。
[0023]圖2為本實用新型電路原理框圖。
[0024]圖3為本實用新型中離子迀移電流傳感器的連接實施例。
[0025]圖4為本實用新型中初級放大電路的一個具體實施例。
[0026]圖5為本實用新型中帶通濾波器的一個具體實施例。
[0027]圖6為本實用新型中次級放大器的一個具體實施例。
[0028]圖7為本實用新型中信號解調(diào)電路的一個具體實施例。
[0029]圖8為本實用新型中時鐘電路的一個具體實施例。
[0030]圖9為本實用新型中時鐘相移電路的一個具體實施例。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
[0032]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0033]如圖2所示，本實用新型電源、離子迀移電流傳感器、初級放大電路、帶通濾波電路、次級放大電路、信號解調(diào)電路、時鐘電路及時鐘相移電路。
[0034]電源用于向檢測電路中的各用電元器件供電。
[0035 ]離子迀移電流傳感器的電流輸出端與初級放大電路的信號輸入端連接，初級放大電路的信號輸出端與帶通濾波電路的信號輸入端連接，帶通濾波電路的信號輸出端與次級放大電路的信號輸入端連接;次級放大電路的信號輸出端與信號解調(diào)電路的信號輸入端連接。
[0036]所述時鐘電路的時鐘信號輸出端與時鐘相移電路連接，時鐘相移電路具有第一時鐘輸出端及第二時鐘輸出端，第一時鐘輸出端向離子迀移電流傳感器提供采樣時鐘信號，第二時鐘輸出端向信號解調(diào)電路提供解調(diào)時鐘信號。
[0037]離子迀移電流傳感器在采樣時鐘信號的控制下將低頻的離子電流調(diào)制到某一高頻上，調(diào)制方式可以是按照一定頻率采集離子電流，在一個具體實施例中，按照采樣時鐘信號的控制下周期性的開啟、關閉傳感器的電離源，詳見圖3。
[0038]在一個具體實施例中，所述初級放大電路為跨阻放大器。圖4示出了本實施例采用的跨阻放大器結構。包括運算放大器U2、電阻Rl、電容Cl;運算放大器的正相輸入端接地，反相輸入端與電阻Rl的一端、電容Cl的一端均連接，電阻Rl的另一端、電容Cl的另一端均接至運算放大器U2的輸出端。離子迀移電流傳感器的電流輸出端與運算放大器U2的反相輸入端連接。
[0039]所述帶通濾波器用于濾除信號中的高頻噪音及低頻噪音。本實施例采用了兩級帶通濾波器級聯(lián)來達到提高品質(zhì)因數(shù)Q的目的。
[0040]參見圖5，在又一實施例中，帶通濾波器由兩級濾波器組成，其中第一級包括運算放大器U1A、U1B;次級放大器的輸出端通過電阻RlO接至運算放大器UlB的正相輸入端，運算放大器UlB的正相輸入端還通過電容C6接地，電阻Rl I與電容C6并聯(lián)。
[0041 ] 可變電阻R7的一端與運算放大器UlB的正相輸入端連接，R7的另一端與電容C51的一端連接，R7的滑動端與電容C51的所述一端連接，電容C51的另一端與電阻R5的一端、運算放大器UlB的反相輸入端、運算放大器UlA的反相輸入端均連接。
[0042]電阻R5的另一端與運算放大器UlB的輸出端連接。
[0043]運算放大器UlA的輸出端與電容C51的所述一端連接，電阻R5的所述另一端還通過電阻R2接至運算放大器UlA的正相輸入端，電阻R3的一端與運算放大器UlA的正相輸入端連接，電阻R3的另一端接地。
[0044]本實施例帶通濾波器的第二級與第一級結構完全相同，在此不再贅述其連接結構。
[0045]帶通濾波器中的可調(diào)電阻R7以及可調(diào)電阻R8用于精確調(diào)整濾波器的中心頻率，本實施例中將中心頻率設為I OkHz。
[0046]圖6示出的是本實用新型一個具體實施中的次級放大電路，包括兩個級聯(lián)的反相比例放大電路，放大倍數(shù)達到10000。
[0047]參見圖7，在又一實施例中，信號解調(diào)電路包括模擬開關U5B、模擬開關U5A、差分放大電路U6A及低通濾波器。
[O O4 8 ]所述模擬開關U 5 B的輸入端7與次級放大電路的信號輸出端連接，模擬開關U 5 B的輸入端4接地;模擬開關U5B的控制端與時鐘相移產(chǎn)生電路的第二時鐘輸出端DM0DULE連接；模擬開關U5B的輸出端6與差分放大器U6A的輸入端2連接。
[0049]所述模擬開關U5A的輸入端9接地，模擬開關U5A的輸入端2與次級放大電路的信號輸出端連接;模擬開關U5A的控制端I與時鐘相移產(chǎn)生電路的第二時鐘輸出端DM0DULE連接；模擬開關U5A的輸出端1與差分放大器U6A的輸入端3連接。
[0050]差分放大器U6A的輸出端與低通濾波器的輸入端連接;低通濾波器的輸出端為信號解調(diào)電路的信號輸出端。
[0051 ] 運算放大器U7A、電阻R13、電阻R16、電容C8及電容C13組成低通濾波器。
[0052]圖8示出了一個時鐘電路的實施例，芯片Yl為高精度的溫度補償型有源晶振，可提供高精度低抖動的時鐘信號。
[0053]本實用新型一個具體實施例中的時鐘相移電路包括時鐘相移產(chǎn)生電路及兩個極性轉(zhuǎn)換電路。時鐘相移產(chǎn)生電路用于對輸入其中的時鐘信號進行相位偏移;極性轉(zhuǎn)換電路用于將輸入其中的信號轉(zhuǎn)換為雙極性。
[0054]參見圖9，所述時鐘電路的時鐘信號輸出端與時鐘相移芯片U8的時鐘信號輸入端I連接，時鐘電路的時鐘信號輸出端還同時與第一極性轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接;時鐘相移芯片U8的時鐘信號輸出端與第二極性轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接;第一極性轉(zhuǎn)換電路的輸出端為時鐘相移電路的第一時鐘輸出端，第二極性轉(zhuǎn)換電路的輸出端為時鐘相移電路的第二時鐘輸出端。
[0055]可調(diào)電阻R22的一端與芯片U8的GND引腳連接，R22的另一端與芯片U8的SET引腳連接，R22的可調(diào)端接地，芯片U8的GND弓丨腳接地。芯片U8的V+引腳通過電阻R23、電阻R26接地，芯片U8的DIV引腳與電阻R23、電阻R26的公共連接點連接，電容C49與電阻R26并聯(lián)。通過調(diào)整電阻R22的可調(diào)端可設置移相相位，電阻R23、電阻R26用于設置移相的時間范圍。
[0056]本實施例中的第一極性轉(zhuǎn)換電路、第二極性轉(zhuǎn)換電路采用集成于同一芯片上的兩個高速比較器實現(xiàn)。以第一極性轉(zhuǎn)換電路為例，芯片U8的時鐘信號輸出端與高速比較器A的正相輸入端+INA連接，高速比較器A的反相輸入端-1NA連接一參考電壓。高速比較器A輸出的時鐘信號將會由單極性轉(zhuǎn)換為雙極性。
[0057]時鐘電路的時鐘信號輸出端與高速比較器B的正相輸入端+INB連接，高速比較器B的反相輸入端-1NB連接一參考電壓。高速比較器B輸出的時鐘信號將會由單極性轉(zhuǎn)換為雙極性。
[0058]采用雙極性時鐘信號有利于降低信號噪聲。
[0059]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種離子迀移譜檢測電路，其特征在于，包括:電源、離子迀移電流傳感器、初級放大電路、帶通濾波電路、次級放大電路、信號解調(diào)電路、時鐘電路及時鐘相移電路； 電源用于向檢測電路中的各用電元器件供電； 離子迀移電流傳感器的電流輸出端與初級放大電路的信號輸入端連接，初級放大電路的信號輸出端與帶通濾波電路的信號輸入端連接，帶通濾波電路的信號輸出端與次級放大電路的信號輸入端連接;次級放大電路的信號輸出端與信號解調(diào)電路的信號輸入端連接； 所述時鐘電路的時鐘信號輸出端與時鐘相移電路連接，時鐘相移電路具有第一時鐘輸出端及第二時鐘輸出端，第一時鐘輸出端向離子迀移電流傳感器提供采樣時鐘信號，第二時鐘輸出端向信號解調(diào)電路提供解調(diào)時鐘信號。2.根據(jù)權利要求1所述的一種離子迀移譜檢測電路，其特征在于，時鐘相移電路的第一時鐘輸出端輸出的時鐘信號相對其第二時鐘輸出端輸出的時鐘信號具有相位偏移。3.根據(jù)權利要求1所述的一種離子迀移譜檢測電路，其特征在于，所述初級放大電路為跨阻放大器。4.根據(jù)權利要求1所述的一種離子迀移譜檢測電路，其特征在于，所述帶通濾波器用于濾除信號中的高頻噪音及低頻噪音。5.根據(jù)權利要求2所述的一種離子迀移譜檢測電路，其特征在于，所述時鐘相移電路包括時鐘相移產(chǎn)生電路及兩個極性轉(zhuǎn)換電路;時鐘相移產(chǎn)生電路用于對輸入其中的時鐘信號進行相位偏移;極性轉(zhuǎn)換電路用于將輸入其中的信號轉(zhuǎn)換為雙極性； 所述時鐘電路的時鐘信號輸出端與時鐘相移產(chǎn)生電路的時鐘信號輸入端連接，時鐘電路的時鐘信號輸出端還同時與第一極性轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接;時鐘相移產(chǎn)生電路的時鐘信號輸出端與第二極性轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接;第一極性轉(zhuǎn)換電路的輸出端為時鐘相移電路的第一時鐘輸出端，第二極性轉(zhuǎn)換電路的輸出端為時鐘相移電路的第二時鐘輸出端。6.根據(jù)權利要求1所述的一種離子迀移譜檢測電路，其特征在于，信號解調(diào)電路包括第一模擬開關電路、第二模擬開關電路、差分放大電路及低通濾波器； 所述第一模擬開關電路的第一輸入端與次級放大電路的信號輸出端連接，第一模擬開關電路的第二輸入端接地;第一模擬開關電路的控制端與時鐘相移產(chǎn)生電路的第二時鐘輸出端連接;第一模擬開關電路的輸出端與差分放大電路的第一輸入端連接； 所述第二模擬開關電路的第一輸入端接地，第二模擬開關電路的第二輸入端與次級放大電路的信號輸出端連接;第二模擬開關電路的控制端與時鐘相移產(chǎn)生電路的第二時鐘輸出端連接;第二模擬開關電路的輸出端與差分放大電路的第二輸入端連接； 差分放大電路的輸出端與低通濾波器的輸入端連接;低通濾波器的輸出端為信號解調(diào)電路的信號輸出端。
【文檔編號】H01J49/02GK205508770SQ201620253726
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】顧明飛
【申請人】成都凱騰四方數(shù)字廣播電視設備有限公司