測量氣體和真空中粒子簇的電流分布的制作方法
【專利摘要】本發明涉及測量撞擊Faraday檢測器的檢測器電極的自由飛行離子簇或電子簇的電流分布。此處的檢測器電極由大量雙極布置的結構元件組成，其中相鄰結構元件具有相反的極性，并且具有相同極性的結構元件電相連，在相鄰結構元件之間施加電壓，從而使離子或電子在撞擊檢測電極之前，基本偏轉到具有兩種極性的其中一種極性的結構元件上。如果單獨測量兩種極性結構元件上的電流分布并將其相減，則可在不使用簾柵極的情況下獲得對應于純離子或純電子電流分布的電流分布。
【專利說明】
測量氣體和真空中粒子簇的電流分布
技術領域
[0001]本發明涉及測量諸如離子或電子等自由飛行帶電粒子的電流，例如，這些粒子撞擊離子迀移譜儀中Faraday檢測器的檢測器電極。本發明尤其涉及防止感應鏡像電流造成的信號失真。
【背景技術】
[0002]通過平面檢測器電極測量諸如電子或離子等自由飛行帶電粒子的電流，會因接近粒子在檢測器電極中產生的鏡像電流而失真。在離子迀移譜儀中尤其會發生這種失真，并存在于逐漸增加的離子信號中，如圖1中曲線(6)和(7)所示意性地示出，該圖顯示了離子迀移譜儀和迀移譜的示意圖。迀移率分辨率的數量級因而降低一半以上。通過一種已知方法可降低這種失真，即在檢測器電極前面放置(自支撐)簾柵極，但在具有非常精細的簾柵極的小型移動設備上，會產生干擾嚴重的顫噪效應。簾柵極還會捕獲一部分粒子電流，從而降低靈敏度。簾柵極的偏轉所造成的粒子軌跡失真可降低迀移率分辨率。而且，簾柵極占了制作成本的很大一部分。
[0003]如K.B.Pf eifer和A.N.Rumph所著題為《具有虛擬孔柵的離子迀移譜儀(1nMobility Spectrometer with Virtual Aperture Grid)》的專利說明書US 7,838,823B1所述，通過讓電荷自由飛行到離子迀移譜儀中產生場的電極堆棧的最后一個電極，可不再需要簾柵極。這些電荷可部分補償入射離子簇的電荷，因而可降低檢測器電極中的鏡像電流，但它們不能完全抑制鏡像電流。作者稱之為“虛擬柵極”。
[0004]因此仍需要更好地抑制鏡像電流產生的失真，優選可以不必使用簾柵極。

【發明內容】

[0005]本發明提供一種用于測量撞擊在檢測器電極上的自由飛行帶電粒子簇的電流分布(電流-時間曲線、電流曲線)的方法。此方法的特征在于，檢測器電極由大量雙極布置的結構元件組成，其中相鄰結構元件具有相反的極性，具有相同極性的所有結構元件均連接在一起。在具有不同極性的兩組結構元件之間施加電壓，從而使入射粒子在撞擊檢測器電極不久之前，以僅撞擊一種極性的結構元件的方式偏轉。分別測量兩種極性中每種極性的結構元件的電流分布并將兩者相減。以幾乎相同方式在兩組結構元件中形成的鏡像電流分布也被相減，從而獲得對應于純粒子電流的電流分布。結構元件布置在表面上，尤其是作為平面檢測器電極。
[0006]自由飛行粒子在此被認為是，具體地，可能在電場或磁場的作用下在氣體或真空中移動的電子或離子。例如，自由飛行粒子簇可以是迀移譜儀中的離子，或者也可以是質譜儀中多通道板中的離子產生的電子。例如，在迀移譜儀中，離子在大氣壓下在氣體中移動，然而在多通道板的工作壓力下(即，通常在高真空中)產生和測量自由飛行電子。
[0007]通過在兩個電流分布相減時應用加權可改善此方法。可在模擬電氣測量電子裝置中測量電流分布并將其相減，例如，在電流分布轉換為電壓信號后通過使用差分放大器(運算放大器)的方式。在這種情況下，通常在轉換之前預先放大電流分布。還存在另一種可能，即借助兩個模擬-數字轉換器(A/D轉換器)將模擬電流分布(必要時已放大)轉換為數字數據并在算術邏輯單元中將其進一步處理。放大器、差分放大器和A/D轉換器優選布置在其正面包含檢測器電極結構元件的支撐件的背面。
[0008]檢測器電極的形式可以是，例如，雙極直線柵極、方形或三角形像素式結構、或者同心圓或同心螺旋(曲線柵極)結構或者迷宮結構。
[0009]本發明提供一種Faraday檢測器來測量帶電粒子簇的電流分布，所述Faraday檢測器具有檢測電極，其檢測表面與充氣空間或真空空間相鄰。Faraday檢測器的特點是，檢測器電極由大量雙極布置的結構元件組成，其中相鄰結構元件具有相反的極性，并且具有相同極性的結構元件電相連。Faraday檢測器還有至少一個電壓源和一套測量電子裝置。一個或多個電壓源與兩組結構元件連接，并為兩組結構元件提供不同的電勢，從而使來自空間的粒子基本偏轉到一種極性的結構元件上。優選每組結構元件分別與一個電源(DC電壓發生器)連接。測量電子裝置分別測量具有兩種極性的結構元件的電流分布。
[0010]例如，可在電流-電壓轉換(I/U轉換器)之后借助差分放大器來產生兩種極性的結構元件的電流分布的差分信號。測量電子裝置可包含ι/u轉換器、差分放大器，還可有一個或多個前置放大器。然而，測量電子裝置還可包含兩個模擬-數字轉換器，該轉換器將電流分布(必要時已放大)轉換為兩個獨立的數字數據流，根據該數據流確定差分信號。
[0011]在測量電子簇時，空間通常處于其中產生電子簇的二次電子倍增器(例如微通道板)的工作壓力下。該工作壓力通常是高真空(P〈0.1Pa)。然而，若要測量迀移譜儀中的離子，空間中的壓力還可以是大氣壓。
[0012]檢測電極優選是平面電極。例如，它的形式可以是雙極直線柵極、優選是方形或三角形的像素式結構或鑲嵌結構，或者同心圓或同心螺旋(曲線柵極)結構或迷宮結構。結構元件可布置在支撐件上，但也可在機械上自支撐。支撐件可由絕緣體OlO6Ohm.m)組成或者具有高電阻(12-1O6Ohm.m)傳導表面。結構元件的結構寬度和間距優選小于2000μπι，特別地小于ΙΟΟΟμηι，最優選介于50μηι和250μηι之間，但也可小于50μηι。
[0013]在大氣壓下的迀移譜儀中，用于將離子偏轉到具有相同極性的結構元件上的電場優選低于lOOOV/cm，或至少顯著低于氣體中的擊穿電場強度。若要使真空中的帶電粒子偏轉，需要的場強度必須近似地與U/D成比例，其中U是粒子在檢測電極前面穿越的加速電壓，并且D是不同極性的相鄰結構元件的間距;所需場強度取決于結構元件的間距和粒子撞擊檢測器電極的動能。U = 500V的加速電壓和D = 0.5mm的間距可產生10000V/cm的偏轉電場強度。
【附圖說明】
[0014]圖1的左側顯示了離子迀移譜儀的示意圖，但不含氣路、樣本引入或電子裝置。樣本蒸汽在空間(I)中電離，例如，通過來自一層放射性鎳63Ni的電子電離。
[0015]環形電極棧(5)處的電勢產生的電場將離子拉到門柵(2)處，大部分離子在此處裂解。例如，門柵(2)可以是雙極Bradbury-Nielsen閘門。短暫打開門柵可允許離子云進入漂移區。然后云溶解為具有不同迀移率的單獨離子簇(3)和(4)，存在不同迀移率的離子時，離子簇漂移過漂移區。離子簇以不同的漂移速度在幾毫秒的漂移時間內飛向檢測器電極(10)，在它們接近檢測器電極(10)時在其上產生鏡像電流，然后再撞擊到檢測器電極上。撞擊時，離子簇抵消鏡像電流產生的表面電荷。通過測量裝置(13)測量離子簇的電流分布并將其顯示為離子迀移譜中的信號，如圖右側所示。鏡像電流使迀移譜的信號失真，即具有緩慢上升的斜坡(6)和(7)，并且僅有很低的迀移率分辨率。
[0016]圖2顯示了鏡像電流如何導致正點電荷+q的測量信號失真。圖的左側從上到下顯示了點電荷+q接近檢測器電極(10)的四個階段U1-U)。依照慣例，可通過假設一個虛擬鏡像電荷_q來表示鏡像電流效果，該電荷位于檢測器表面(11)另一側相同距離處。事實上，在檢測器表面(11)上形成分層電荷分布，并產生與鏡像電荷_q對應的電勢分布。在此分層電荷分布的電荷積聚時，負電流沿著與箭頭(12)相反的方向(即箭頭方向的正電流)從電荷庫
(14)流向檢測器電極(10)。該電流顯示為正電流，并在測量裝置(13)中測得。右側顯示了鏡像電流與時間的函數關系ii(t)，S卩在階段ti到t4的時間內。該電流隨著點電荷+q越來越接近檢測器表面(11)而增加。鏡像電流導致的積聚在表面(11)上的電荷_q之和也同點電荷的電荷+q—樣相應增加，只是符號相反。隨著電荷越來越接近表面，電荷分布逐漸縮小為表面
(11)上的一點。在接觸表面的t4時刻，此鏡像電荷_q被點電荷+q完全中和，結果是電流突然不再流入測量裝置(13)。鏡像電流^(0的時間積分，即右側圖中陰影區域，精確給出了點電荷的電荷+q。但此電流曲線并不與預期的點電荷的實際電流曲線德爾塔函數一致，而是與此圖右側的增加并突然結束的電流曲線圖^^) 一致。
[0017]圖3顯示了類似的過程，但現在不是針對點電荷，而是針對在空間上擴展的離子簇，例如，如圖1所示的存在于離子迀移譜儀中的離子簇。在此圖的右上角，是測量裝置(13)測量的電流曲線圖Mt)。在此處，電流曲線Mt)也由于在表面(11)上逐漸積聚的鏡像電荷而失真，但是它未突然停止，因為由入射離子簇所引起的中和過程的持續時間延長了。h(t)曲線是圖2中時間移位電流曲線使用與簇中電荷分布對應的加權進行的疊加。在第一個粒子到達的時刻t3，中和開始。粒子電流開始中和鏡像電荷，但鏡像電流仍然流過測量裝置(13)，因為多數粒子仍在接近。流過測量裝置(I3)的電流精確地在時刻t = t5結束。現在整個粒子簇都已到達檢測器電極。右下角的圖表％(0顯示了穿過表面(11)的離子電流在不存在鏡像電流和鏡像電荷，因此也沒有中和時的曲線。不過電流iP(t)不能直接測量，測量裝置(13)不能顯示該電流。本發明旨在精確導出此電流^(七)。
[0018]圖4顯示了可用于本發明的雙極直線柵極。例如，此類直線柵極可布置在電路板。將兩組線性電極分別連在一起；電壓源(21)和(22)可為兩組電極施加不同電勢。測量裝置
[19]和(20)可測量各電極組和共用地線(14)之間的電流，但不能區別鏡像電流和粒子電流。方向箭頭(17)和(18)指示了正電流的方向。
[0019]圖5顯示了電極組(30-36)和電極組(40-45)之間的電勢差積聚的電場如何讓入射粒子(50)在檢測器電極的正前方偏轉。這種偏轉使粒子實際上只能撞擊電極組(40-45)。如果結構足夠精細，則接近的粒子積聚的鏡像電荷實際上在兩個電極組中均相同。
[0020]圖6顯示了本發明的效果。將雙極結構柵極用作檢測器電極，例如圖4所示的雙極柵極，使用測量裝置(19)測量電流iu(t)，使用測量裝置(20)測量電流il2(t)。帶電荷+q的離子簇接近檢測器電極，并以相同的方式均在兩組電極中產生鏡像電流(51)和(53)。但如圖5所示，在最后一刻各個離子朝向與測量裝置(19)連接的電極偏轉。左側的兩個電流圖(電流分布)顯示了兩個測量裝置(19)和(20)的電流。左上角的圖顯示了粒子撞擊的電極處的電流iu(t)。但如已在圖3中所示，形成的鏡像電流分布(51)僅相當于電荷+q/2。在時刻t3，當第一批粒子撞擊電極時，鏡像電荷的中和開始;但這只需要一半的粒子電流。另一半粒子電流通過測量裝置流走，并導致細陰影區之上的電流分布(52)。底部的圖1l2(t)顯示粒子電流未流入的電極中也形成了鏡像電流分布(53)。在時刻t3，當第一批粒子撞擊其他電極并因此簇電荷減少時，鏡像電流也降低，但更多粒子仍在接近電極。隨著簇中的電荷減少，一部分鏡像電荷回流。曲線(55)顯示了沒有電荷回流時鏡像電荷的積聚；曲線(56)顯示了鏡像電荷不再進一步積聚時電荷的回流。結果便是曲線(57)顯示的電流分布。該電流分別在測量裝置(20)中測得，最初是正的，后來是負的。從電流分布iu(t)中減去電流分布il2(t)，得出純粒子電流i P (t)的分布，如右側圖中所示。
[0021]圖7顯示了方形電極結構。
[0022]圖8顯示了等腰三角形電極結構。
【具體實施方式】
[0023]本發明涉及測量通常撞擊在例如離子迀移譜儀中的平面檢測器電極上的諸如離子或電子等自由飛行帶電粒子的電流中。
[0024]圖1的左側顯示了此類離子迀移譜儀的示意圖，但為了更好地理解，不含氣路、樣本引入或電子裝置。樣本蒸汽在空間(I)中電離，例如，通過來自一層放射性鎳63Ni的電子電離。環形電極棧(5)處的電勢產生的電場將離子拉到門柵(2)處，大部分離子在此處裂解。例如，門柵(2)可以是雙極Bradbury-Nielsen閘門。短暫打開門柵可允許小型離子云進入漂移區。然后云分離為具有不同迀移率的單獨離子簇(3)和(4)，當存在不同迀移率的離子時，離子簇以不同速度漂移過漂移區。漂移時間通常是幾毫秒。離子簇飛向檢測器電極(10)，在它們接近檢測器電極(10)時在其上產生鏡像電流，然后再撞擊到檢測器電極上。撞擊時，離子簇抵消鏡像電流產生的表面電荷。通過測量裝置(13)測量離子簇的電流分布并將其顯示為離子迀移譜中的信號，如圖右側所示。鏡像電流使迀移譜的信號失真，即具有緩慢上升的斜坡(6)和(7)，并且僅有很低的迀移率分辨率。
[0025]本發明尤其涉及不使用簾柵極而防止感應鏡像電流造成的這些離子信號失真。若要理解本發明，必須詳細了解鏡像電流的結構和特性。
[0026]圖2顯示了正點電荷+q向檢測器電極(10)移動并最終撞擊到該電極上時，鏡像電流如何使測量裝置(13)測得的測量信號失真。圖的左側從上到下顯示了點電荷+q接近檢測器電極(10)的四個階段(t^ljt4)。依照慣例，可通過假設一個虛擬鏡像電荷-q來表示鏡像電流效果，該電荷位于檢測器表面(11)另一側相同距離處。事實上，在檢測器表面(11)上形成分層電荷分布，并產生與鏡像電荷-q對應的電勢分布。在此分層電荷分布的電荷積聚時，負電荷載子(例如電子)的電流沿著與箭頭(12)相反的方向從共用地線(14)流向檢測器電極
(10)。該負電荷載子的電流顯示為正電流，并在測量裝置(13)中測得。圖2右側的圖表顯示了鏡像電流與時間的函數關系^(0，即在階段tjljt4的時間內。該電流隨著點電荷+q越來越接近檢測器表面(11)而增加。鏡像電流導致的積聚在表面(11)上的電荷_q之和也同點電荷的電荷+q—樣相應增加，只是符號相反。隨著電荷越來越接近表面，電荷分布逐漸縮小為表面(11)上的一點。在接觸表面的t4時刻，此鏡像電荷_q被點電荷+q完全中和，結果是電流突然不再流入測量裝置(13)。鏡像電流^(0的時間積分，即右側圖中陰影區域，精確給出了點電荷的電荷+q。但此測得的電流曲線并不與預期的點電荷的實際電流曲線德爾塔函數一致，而是與此圖右側的增加并突然結束的電流曲線圖^^) 一致。
[0027]當具有總電荷+q的細長電荷載子簇接近檢測器電極(10)并最終撞擊該電極時，電流曲線看似稍有不同。圖3顯示了細長離子簇的此類過程，例如，如圖1所示地發生在離子迀移譜儀中的過程。再一次考慮接近的四個階段tjljt4。在此圖的右上角，顯示了測量裝置
(13)測量的電流曲線圖Mt)。在此處，電流曲線Mt)的特性也受表面(11)上逐漸積聚的鏡像電荷的影響，但是它未突然停止，因為由入射離子簇引起的中和過程的持續時間延長了。h(t)曲線是圖2中時間移位電流曲線根據簇中電荷分布進行加權的疊加。在第一批離子到達檢測器表面(11)的t3時刻，中和開始。離子電流立即開始中和鏡像電荷，但鏡像電流仍然流過測量裝置(13)，因為多數離子仍在接近。流過測量裝置(13)的電流僅在時刻1 = ^結束。此時整個離子簇都已到達檢測器電極。
[0028]與電流曲線h(t)相反，右下角的圖1P(t)顯示了穿過表面(11)的離子的離子電流在不存在鏡像電流和鏡像電荷，因此也沒有中和時的曲線。不過該電流iP(t)不能直接測量，測量裝置(13)不能顯示該電流。本發明的目的是精確表示此電流iP (t)。
[0029]兩個電流曲線iKtWPipU)包含相同的電荷量，如陰影區域所示。通過比較兩個曲線，可確定在測量裝置(13)中測量的電流曲線h(t)的半值全寬是離子電流^(0的兩倍多。因此，如果可以測量未失真的該離子電流，則迀移率分辨率將提高到兩倍多。此外，靈敏度(定義為信號振幅與噪聲之比)將在相同背景噪聲下增加，這可從離子電流曲線的高度看出，該高度是原來的兩倍多。
[0030]本發明現在提出，用來測量帶電自由飛行粒子電流的Faraday檢測器通常使用的平面檢測器電極應分解為具有雙極布置的大量精細結構元件，例如，雙極直線柵極，如圖4中所示，或者是方形或三角形結構元件，如圖7和圖8中所示。這些結構元件應形成兩個雙極組，其中相鄰的結構元件應屬于不同的組。在圖4、圖7和圖8中，屬于同一組的電極用相同顏色顯示。結構元件優選布置到絕緣基板(支撐件)上，例如電子電路板或陶瓷板。
[0031]圖4顯示了根據本發明的Faraday檢測器的檢測電極，其中，結構元件是雙極直線柵極的線性電極。線性電極的末端分成兩組(15)和(16)連接在一起。這兩組(15)和(16)分別與電壓源(21)和(22)中的一個以及測量裝置(19)和(20)中的一個連接以測量電流。
[0032]在兩組線性電極(15)和(16)之間施加電勢差，從而產生一個電場，使帶電粒子橫向偏轉(此處:平行于檢測器平面并垂直于線性電極)。接近檢測器電極的粒子簇在撞擊兩組線性電極(15)和(16)之前在其中感應出相同的鏡像電流。但如圖5中所示，在入射粒子簇撞擊之前不久，線性電極(30-36)和(40-45)之間的電勢差使其偏轉，從而使這些粒子僅撞擊一種極性的結構元件，即線性電極(40-45)。
[0033]在測量裝置(19)和(20)中分別測得兩組線性電極(15)和(16)的電流與時間的函數關系，并相減。這意味著以幾乎相同的方式在兩組(15)和(16)中形成的鏡像電流曲線也相減，從而留下相當于純粒子電流的電流-時間曲線。這種相減可在模擬電路中執行，或在電流轉換為數字數據之后在數字電路(算術邏輯單元)中執行。圖4中未顯示這些電路。模擬電路可包含前置放大器、差分放大器或A/D轉換器，優選布置在線性電極(15)和(16)附近，優選在正面包含線性電極(15)和(16)的支撐件的背面。而且，布置在背面的電路優選通過外殼進行電屏蔽。
[0034]選擇結構元件的結構寬度和間距(例如圖4中的線性電極)時，應確保橫向偏轉的電場不會在檢測電極前方的空間中穿透太大深度。此處結構元件的結構寬度和間距優選小于ΙΟΟΟμηι，小于500μηι更佳，具體介于50μηι和250μηι之間。但也可小于50μηι，尤其小于ΙΟμπι。偏轉電場深入空間中的距離大約等于結構元件間距的一倍到兩倍。檢測器表面可幾乎完全由結構元件覆蓋(圖5)。結構元件之間還可有間隙，其中間隙的寬度大約等于結構元件的結構寬度(圖4)。
[0035]圖6詳細顯示了本發明的工作原理。此處的檢測器電極是雙極結構的柵極，例如根據圖4的雙極直線柵極，并使用測量裝置(19)來測量第一電極組(15)的第一電流分布in(t)，使用測量裝置(20)來測量第二電極組(16)的第二電流分布il2(t)。帶電荷+q的正離子簇接近檢測器電極，并以相同的方式在兩組電極中產生鏡像電流分布(51)和(53)。但如圖5中所示，在最后一刻各個正離子朝向負電勢(15)的電極組偏轉，但該電極組與測量裝置
(19)連接。
[0036]圖6中左側的兩個圖從上到下分別顯示了在測量裝置(19)和(20)測得的電流分布。頂部的圖顯示了離子偏轉向的電極組(15)的電流分布in(t)。
[0037]但如已在圖3中所示，形成的鏡像電流分布(51)對時間積分時僅相當于簇電荷的一半+q/2。在時刻t3，當第一批離子撞擊電極組(15)時，鏡像電荷的中和開始;但這只需要一半的離子電流。另一半離子電流通過測量裝置(19)流走，最后形成曲線(52)的電流分布，其中細陰影區域屬于離子電流，粗陰影區域屬于鏡像電流。電流分布的精確形狀取決于簇中的離子分布。
[0038]底部的圖1l2(t)顯示了也在無離子電流流過的電極組(16)中形成的鏡像電流分布
(53)。曲線(55)顯示了假設沒有電荷回流時的鏡像電荷的積聚。在時刻t3，當第一批離子撞擊另一個電極組(15)因而簇的電荷減少時，鏡像電荷開始回流。曲線(56)顯示了假設鏡像電荷未進一步積聚時的電荷的回流。但實際上，鏡像電荷的積聚與其回流重疊，因此在測量裝置(20)中測得對應于曲線(57)的電流。該電流分布最開始是正的(粗陰影區域)，后來變成負的(精陰影區域)。
[0039]如本發明所提出，如果現在從頂部圖的電流曲線iu(t)中減去底部圖的電流曲線il2(t)，結果就是純離子電流(粒子電流)iP(t) = iu(t)_il2(t)，如右圖所示，因為鏡像電流分布在差中完全消失了。在此提醒:這就是本發明力圖測量的精確粒子電流分WiP(t)。
[0040]檢測器電極的結構有多個實施例。最簡單的形式是圖4中所示的雙極直線柵極。為了避免所有顫噪效應，優選在實心絕緣基板上使用導電軌道制作柵極。柵極桿越細且它們之間的距離越小，使帶電粒子偏轉的電壓差則可以設置得越低。兩種極性的結構元件中的鏡像電流分布則變得越來越相似，因為粒子偏轉造成的擾動變得越來越小。
[0041]此處必須注意的是，除了絕緣基板上的雙極直線柵極，還可使用無支撐的雙極Bradbury-Nie I sen閘門。這樣做的優點是，迀移譜儀中通常使用的過濾空氣(或氮氣)氣流可通過柵極順暢流向離子。此外，這些柵極可切換為允許通過，從而使粒子電流過柵極，到達第二個檢測器，例如質譜儀。
[0042]柵極在絕緣基板上時，如果基板具有細孔的圖案，則還可讓氣流通過。
[0043]圖7和8示意性地示出具有雙極結構的檢測電極的其它實施例。可將像素式方形和三角形布置到電路板上，但是必須從背面提供穿過電路板的電源引線。像素式元件的角可以是斜角或圓角。更多可能的實施例是相互交錯的螺旋或不同類型的迷宮(具有圓形以及矩形結構)。如果像素式元件布置在支撐件上，則可通過電路板上的絕緣層中的導電軌道連接一種極性的像素式元件，而在與第一層絕緣的電路板的其它層中連接另一種極性的像素式元件。
[0044]原則上，檢測電極的結構元件可布置在電路板上、陶瓷絕緣體上或任何其它絕緣體上。優選在基板上的導電電極之間開凹槽，以避免漏電流和撞擊粒子產生的充電。除了使用凹槽，基板的表面也可涂上高電阻材料。盡管會有例如5皮安的小恒定電流流過，但這基本無害;積極的效果是防止了所有類型的充電。
[0045]如果兩個極性的結構元件的面積大小不完全相同，或者如果粒子的偏轉在鏡像電流中產生微小的不對稱，貝1J在兩個電流相減時可引入權重w:1P(t) = in(t)-wX ii2(t)。選擇權重w時要確保形成的電流分布盡可能不失真。
[0046]本文中已經針對離子迀移譜儀通過舉例方式介紹了這種方法。但是，該示例在此處不應具有限制效果。原則上，可通過本發明測量飛向檢測器電極的任何帶電粒子簇的電流，而不會因鏡像電流產生失真。為了提供另一個示例，可通過相似的方式在飛行時間質譜儀中測量由多通道板(MCP)中的離子產生并通過檢測器板測量的電子，而不產生干擾鏡像電流。
【主權項】
1.測量撞擊檢測器電極的自由飛行帶電粒子簇的電流分布的方法，其中 -所述檢測器電極由多個雙極布置的結構元件組成，其中相鄰結構元件具有相反的極性，并且具有相同極性的所有結構元件都連接在一起， -在具有不同極性的兩組結構元件之間施加電壓，以使入射粒子在撞擊之前以僅撞擊一種極性的結構元件的方式偏轉， -分別測量兩種極性中每種極性的結構元件的電流分布，并 -將兩個電流分布相減，其中以幾乎相同的方式在兩組結構元件中形成的鏡像電流分布也被相減，從而獲得對應于純粒子電流的電流分布。2.根據權利要求1的方法，其中，在所述兩個電流分布相減時執行加權。3.根據權利要求1或2的方法，其中，所述自由飛行粒子簇是迀移譜儀中的離子。4.根據權利要求1或2的方法，其中，所述自由飛行粒子簇是質譜儀中多通道板中的離子產生的電子。5.根據權利要求1至4中之一的方法，其中，所述檢測器電極是雙極直線柵極。6.根據權利要求1至4中之一的方法，其中，所述檢測器電極是像素式結構或鑲嵌結構。7.根據權利要求1至4中之一的方法，其中，所述檢測器電極具有同心圓結構、同心螺旋結構或迷宮結構。8.測量帶電粒子簇電流分布的Faraday檢測器，其中，所述Faraday檢測器具有檢測電極，其檢測表面與充氣空間或真空空間相鄰，其中 -所述檢測器電極由大量雙極布置的結構元件組成，其中相鄰結構元件具有相反的極性，并且具有相同極性的結構元件電相連， -存在至少一個電壓源，該電壓源與兩組結構元件連接，并為兩組結構元件提供不同的電勢，從而使來自空間的帶電粒子偏轉到具有相同極性的結構元件上，以及 -存在一套測量電子裝置，使用該電子裝置分別單獨測量兩種極性的結構元件的電流分布O9.根據權利要求8的Faraday檢測器，其中，所述檢測器電極為雙極直線柵極。10.根據權利要求8的Faraday檢測器，其中，所述檢測器電極具有像素式結構或鑲嵌結構。11.根據權利要求8的Faraday檢測器，其中，所述檢測器電極具有同心圓結構或螺旋結構或迷宮結構。12.根據權利要求8至11中之一的Faraday檢測器，其中，所述檢測器電極是平面電極。13.根據權利要求8至12中之一的Faraday檢測器，其中，所述結構元件布置在支撐件上。14.根據權利要求13的Faraday檢測器，其中，所述支撐件具有絕緣表面或高電阻傳導表面。15.根據權利要求8至12中之一的Faraday檢測器，其中，所述檢測器電極的結構元件不受機械支撐。
【文檔編號】G01R19/00GK106093515SQ201610270005
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月27日 公開號201610270005.5, CN 106093515 A, CN 106093515A, CN 201610270005, CN-A-106093515, CN106093515 A, CN106093515A, CN201610270005, CN201610270005.5
【發明人】烏韋·倫納
【申請人】布魯克道爾頓有限公司