具有偏置的容性跨阻放大器的制造方法
【專利摘要】描述了包括累積容性檢測器的光譜儀。累積容性檢測器將來自收集器(768)的離子電流累積成改變的電壓。檢測器包括被配置為在光譜儀中接收離子的收集器、電介質(zhì)和在電介質(zhì)的相對側(cè)布置在與收集器的重疊配置中的板。所述檢測器還包括放大器(764)。描述了具有偏置(776)的容性檢測器。
【專利說明】具有偏置的容性跨阻放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測器裝置，更具體地涉及用于光譜儀的檢測器。

【背景技術(shù)】
[0002]離子遷移光譜儀(“IMS”)和場不對稱離子遷移光譜儀(“FAIMS”)或者微分遷移光譜儀(“DMS”)裝置通常用于檢測例如爆炸物、藥物，起泡物和神經(jīng)毒劑等等物質(zhì)。光譜儀通常包括其中含有被懷疑的物質(zhì)或分析物的空氣樣本被提供為氣體或蒸汽的檢測器單元。單元工作在大氣壓或接近大氣壓，并且包含激勵以產(chǎn)生沿所述單元的電壓梯度的電極。
[0003]空氣樣本中的分子諸如通過放射性源、紫外線(“UV”)源、或通過電暈放電被電離，并且被允許通過在一端的靜電閘門進入單元的漂移區(qū)。電離的分子以依賴于到收集器的離子大小的速度漂移到單元的另一端，這會導(dǎo)致收集器中的電流脈沖。電流進入收集器被轉(zhuǎn)換為電壓并放大。通過測量沿著單元的飛行時間能夠識別離子。
[0004]在【背景技術(shù)】部分中討論的本主題不應(yīng)該被認為是現(xiàn)有技術(shù)，僅僅是作為其在【背景技術(shù)】部分中提及的結(jié)果。同樣地，在【背景技術(shù)】部分中提及或與【背景技術(shù)】部分的主題關(guān)聯(lián)的問題不應(yīng)該被認為已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中被認識到。在【背景技術(shù)】部分中的本主題只是表示不同的方法，在其本身之中和其本身也可能是發(fā)明。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]描述了包括具有偏置的容性檢測器的光譜儀。光譜儀可用于電離來自感興趣樣本的分子，以便識別基于離子的分子。在實施方式中，離子沿光譜儀內(nèi)的腔室漂移，并通過收集器收集。所產(chǎn)生的離子信號由跨阻放大器放大。電容器被布置在跨阻放大器的反饋回路中。這一電路被配置為充當(dāng)累積器。電路的輸出連接到測量系統(tǒng)。
[0006]在一個方面，提供了光譜儀。光譜儀包括檢測器。檢測器包括被配置為檢測離子的收集器和耦合到所述收集器的容性跨阻放大器。所述光譜儀還包括耦合到包括在檢測器中的容性跨阻放大器的偏置電路。
[0007]在另一個方面，提供了光譜儀。光譜儀包括檢測器。所述檢測器包括包含輸入和輸出的放大器。所述輸出與電容器耦合。所述檢測器還包括與被配置為手機接觸收集器的離子的放大器的輸入。所述檢測器還包括與所述放大器耦合的偏置電路。
[0008]在另一方面，提供了一種光譜儀。所述光譜儀包括與相加結(jié)點耦合被配置為接收離子的收集器。所述光譜儀還包括相加結(jié)點。所述相加結(jié)點耦合到包括輸入和輸出的放大器的輸入，所述放大器還具有輸出。光譜儀還包括包含輸入和輸出的偏置電路。所述輸入與所述放大器的輸出耦合。所述光譜儀還包括與所述偏置電路的輸出以及與所述相加結(jié)點率禹合的電容器。
[0009]提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
以用簡化的形式介紹概念的選擇，其在【具體實施方式】中將被進一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不旨在標(biāo)識所要求保護的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]【具體實施方式】參照附圖進行描述。在附圖中，參考數(shù)字最左邊的數(shù)字標(biāo)識參考數(shù)字首次出現(xiàn)的附圖。在說明書和附圖的不同實例中使用相同的參考數(shù)字指示相似或相同的項。
[0011]圖1是根據(jù)本公開的實施方式的包含累積容性檢測器的示例性IMS裝置的示意圖；
[0012]圖2示出了累積容性檢測器的實施方式的詳細視圖，該累積容性檢測器例如可以被用作具有圖1所示的示例性IMS裝置的累積容性檢測器；
[0013]圖3是跨阻放大器電路的實施方式的示意圖，該跨阻放大器電路諸如，例如由圖2所示的配置形成的電路；
[0014]圖4是由圖2所示的配置構(gòu)成的電路的替換實施方式的示意圖；
[0015]圖5是包含累積容性檢測器和第二檢測器的MS裝置的第二實施方式的示意圖；
[0016]圖6是具有復(fù)位電路的檢測器的實施方式的示意圖；
[0017]圖7是包括偏置電路的檢測器的實施方式的示意圖；
[0018]圖8是包括偏置電路的檢測器的另一實施方式的示意圖；以及
[0019]圖9是包括偏置電路的檢測器的另一實施方式的示意圖。

【具體實施方式】
[0020]圖1是例如離子遷移光譜儀(“IMS”)100的示例性光譜儀的示意圖，其實現(xiàn)感興趣的樣本中對分子的電離子化。頂S 100包括從第一壁(wall) 104延伸到第二壁106的細長殼體102。限定在殼體102中接近第一壁104的是入口 108。感興趣的分子可以通過入口 108被吸入到殼體102中。殼體102還限定了流體流通但由閘門114隔離的電離室110和漂移室112，該閘門114可以控制離子到漂移室的通道。電離室110包括電離源116，其可以是放射性源，例如鎳63源、電暈放電設(shè)備、光電離源、或用于電離感興趣樣本的任何其他合適類型的源。漂移室112包括沿著所述漂移室112間隔開的電極對118，以提供沿著漂移室112的長度的電位梯度，該電位梯度有效地吸引離子從左向右(如圖1)。在漂移室112中鄰近外殼102的第二壁106的是檢測器122的收集器120。當(dāng)離子到來與收集器120接觸時，離子被檢測到。
[0021]對感興趣的分子的電離可以各種方式發(fā)生。例如，電離源可以通過使用形成在等離子體中的離子的各種多步過程來電離分子。
[0022]在實施方式中，反應(yīng)物離子通過電暈產(chǎn)生。反應(yīng)物離子電離感興趣的分子。例如，電離源形成離子，該離子隨后被抽離以電離感興趣的分子。反應(yīng)物離子可以是電離氣體(例如，氮氣和在空氣中的氣體)以及在電離室的其他氣體，例如水等等。雖然感興趣分子的碎片(fragmentat1n)是可能的,但電離可以被控制以產(chǎn)生“軟”電離從而在攜帶單個電荷(例如正一或負一價電荷)的分子的幫助下最小化分子的碎片。
[0023]在一個實施方式中，IMS測定在閘門114打開之后離子需要多長時間到達收集器120。此飛行時間可以與底層(underlying)分子相關(guān)聯(lián)。離子的離子遷移率被用來識別與所述離子相關(guān)的分子。例如，計算機可以被用于將檢測器122的輸出與已知離子的等離子體色譜圖(plasmagrams)庫進行比較。從收集器120釋放的離子電流通常很小。因此，如將在下面進一步描述的，檢測器122包括放大電路124，該放大電路124包括放大元件126以放大離子電流。如將在以下進一步描述的，檢測器122的輸出可以耦合到測量系統(tǒng)123。
[0024]測量系統(tǒng)123的實施方式可以包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器、放大元件、處理器等等，這將在以下進一步說明。處理器不受形成它們的材料或其中所采用的處理機制的限制。例如，處理器可以由半導(dǎo)體⑶和/或晶體管(例如，電子累積電路(“1C”))組成。存儲器可以被包括在處理器中。存儲器可以存儲數(shù)據(jù)，例如用于操作MS、數(shù)據(jù)等的指令的程序。盡管可以使用單一存儲器設(shè)備，但是也可以采用多種類型和組合的存儲器(例如，有形存儲器)，例如，隨機存取存儲器(“RAM”)、硬盤存儲器、可移動介質(zhì)存儲器、外部存儲器、和其他類型的計算機可讀存儲介質(zhì)。實施方式可以包括其它適當(dāng)?shù)臏y量系統(tǒng)。
[0025]離子在漂移室112朝著第二壁106向下移動。位于靠近第二壁106的是收集器120。在所不實施方式中，收集器120由電介質(zhì)128支撐。電介質(zhì)128可以是任何合適的電介質(zhì)，并在所示實施方式中是由聚酰亞胺組成的印刷電路板(“PCB”)。收集器120可以由任何合適的材料(例如，銅、其它金屬、導(dǎo)電材料等)或材料的組合構(gòu)成，并且可以被沉積在PCB上或與PCB通過適當(dāng)?shù)姆绞今詈稀?br> [0026]圖2示出了累積容性檢測器的實施方式的詳細視圖，該累積容性檢測器例如可以被用作具有圖1所示的示例性MS裝置的累積容性檢測器。收集器220被沉積在PCB 228上合適的區(qū)域，以用于收集離子。在一個實施方式中，PCB 228基本上為圓形，直徑為大約7.5毫米以及大約為44平方毫米的方形面積。其它合適的形狀、尺寸和區(qū)域也被預(yù)見。在一個實施方式中，收集器220大小足夠緊湊，同時允許精確檢測。在所示實施方式中，收集器220由保護環(huán)230環(huán)繞。保護環(huán)230可以由任何合適的材料形成。
[0027]支撐在PCB 228的與收集器220相對的一側(cè)是容性板元件232。容性板元件232可以由任何合適的材料(例如，銅、其它金屬等)或組合材料構(gòu)成，且可被沉積在PCB上或與PCB通過適當(dāng)?shù)姆绞今詈稀?br> [0028]平行板電容器根據(jù)以下等式具有基于板的重疊表面面積、板之間的間隔，以及介電常數(shù)(相對電容率)的電容:
[0029]C= (k*8.854*1(T12*A/D)*1*1(T12
[0030]其中k是電介質(zhì)材料的介電常數(shù)，A是板的重疊面積，D是板之間的距離，C是電容器的電容。
[0031]容性板元件232和收集器220沿著PCB 228的重疊部分被配置為充當(dāng)電容器，收集器220的與容性板元件232重疊的部分充當(dāng)電容器的一個板，PCB228充當(dāng)電介質(zhì)，及容性板元件232充當(dāng)電容器的另一個板。容性板元件232的尺寸被設(shè)計為具有重疊收集器220的一部分區(qū)域的區(qū)域，以獲得期望的應(yīng)用所需的電容，如將在下面進一步描述的。在一個實施方式中，PCB 228由聚酰亞胺形成，其具有大約3.4的介電常數(shù)。容性板元件232的大小被設(shè)置成具有與收集器220重疊的大約44平方毫米區(qū)域。PCB 228大約1.5毫米厚。因此，由收集器220、容性板元件232和PCB 228形成的電容器的電容是約0.883皮法。造成適合于各種應(yīng)用的其他電容的其它布置也是可以預(yù)見的。
[0032]如將在下面進一步解釋的，由容性板元件232和收集器220沿著電介質(zhì)的重疊部分形成的電容器和收集器220形成容性跨阻放大器電路的相加結(jié)點。這個相加結(jié)點與放大兀件226的第一輸入234 f禹合。
[0033]進一步參考圖2，放大元件226是任何合適類型的運算放大器。此外，其它合適類型的放大元件也被預(yù)見。運算放大器226的第一輸入234是其反相輸入端。運算放大器226還包括第二輸入236,這是運算放大器226的非反相輸入端。運算放大器226的第二輸入236接地。運算放大器226還包括輸出238。輸出238與容性板元件232耦合。
[0034]圖3是由圖2所示的裝置形成的電路的示意圖。由圖2的容性板元件232、電介質(zhì)228和收集器229形成的電容器用作布置在放大元件326的反饋回路中的反饋電容器340。反饋電容器340和收集器320在相加結(jié)點342接合，該相加結(jié)點342與運算放大器326的反相輸入334 f禹合。
[0035]圖3的電路用作容性跨阻放大器，該容性跨阻放大器將施加到其輸入的電流轉(zhuǎn)換成低阻抗輸出。當(dāng)離子撞擊收集器320時，該離子信號使電荷積聚在電容器340，且運算放大器326的輸出依賴于輸入信號的極性在正或負方向增加。因此，如圖所示的電路用作累積器并將來自收集器320的離子電流累積為增加的電壓。
[0036]當(dāng)電荷積聚在電容器340上時，電容器340可能達到其工作極限，需要放電以復(fù)位電容器340。在一個實施方式中，電容器340被并聯(lián)耦合到復(fù)位切換電路344。當(dāng)期望復(fù)位電容器340時，復(fù)位開關(guān)電路344的開關(guān)可以閉合，允許電容器340被復(fù)位和放電。在實施方式中，復(fù)位開關(guān)電路344還可以包含電阻元件，以控制電壓的變化率，從而限制瞬時電流坐寸ο
[0037]圖4是由圖2所示的裝置形成的電路的示意圖，其具有用于對電容器440放電的替換配置。各種運算放大器426提供輸入保護二極管。與運算放大器426的輸出耦合的容性板元件432被切換到接地。存儲在電容器上的電荷隨后通過運算放大器426的保護二極管消散。在一些實施方式中，提供電阻元件，以限制放電期間的瞬時電流。
[0038]運算放大器426包括電源連接，以將電力提供給運算放大器426。電容器440在一些實例中通過使得運算放大器的電源連接接地而被復(fù)位。存儲在電容器440上的電荷隨后通過運算放大器的內(nèi)部二極管結(jié)構(gòu)消散。
[0039]在另一個實施方式中，電容器440通過部分或完全反轉(zhuǎn)運算放大器426的電源連接而被復(fù)位。存儲在電容器440上的電荷隨后通過運算放大器的內(nèi)部二極管結(jié)構(gòu)消散。在一些實施方式中，電阻元件被結(jié)合，以控制電壓的變化率，從而限制瞬時電流。
[0040]在又一實施方式中，光譜儀100還包括在切換極性的單元中的離子發(fā)生器。代替對電容器440進行復(fù)位，離子發(fā)生器被用于將電容器轉(zhuǎn)向相反的極性。
[0041]圖5示出了光譜儀500的替換實施方式。光譜儀500包括基本上與圖1的光譜儀100相同的組件，然而，光譜儀500還包括第二收集器546、第二運算放大器548和布置在運算放大器548的反饋回路中的電阻元件550。電阻元件550和第二收集器546耦合于結(jié)點552,該結(jié)點553與第二運算放大器548的反向輸入554稱合。第二運算放大器548的非反相輸入556接地。
[0042]在本實施方式的操作中，感興趣的樣本被吸入到電離室510，并且電離源516電離樣本。在閘門514打開之后的第一時間中，允許離子行進通過漂移室512，離子被第二收集器546收集。在這一段時間內(nèi)，第一收集器520和其相關(guān)電路被保持在復(fù)位狀態(tài)。由電離源516進行的電離通常導(dǎo)致反應(yīng)物離子峰值(和所得的反應(yīng)物離子峰值電流)。直到此反應(yīng)物離子峰值已過，第二收集器546及其相關(guān)電路被使用。然而，反應(yīng)物離子峰值之后，第一收集器520及其相關(guān)電路將不再保持復(fù)位，并用于單獨或與第二收集器546組合來監(jiān)控離子流。所描述的布置可以以這種方式被用于放大離子光譜的選定部分。
[0043]圖6示出了檢測器622的替換實施方式。在此實施方式中，運算放大器626的輸出與電阻元件657耦合。電阻元件657與開關(guān)659耦合，當(dāng)關(guān)閉時，使得電阻元件657接地。當(dāng)開關(guān)659打開時,該電阻兀件657與第二放大兀件661 (在一個實施方式中，為儀表放大器)的非反相輸入稱合。第二運算放大器661的輸出與反饋電容器640稱合。基于這樣的配置，在反饋電容器640中的電荷可以獨立于系統(tǒng)的現(xiàn)有狀態(tài)和獨立于輸入信號而改變。當(dāng)開關(guān)659閉合時，在連接到第二放大元件661的容性板元件632上的電壓可以被驅(qū)動到放大元件的電源電壓中的任何級別。電容器640的相對的板通過背對背二極管663被保持接近地。雖然二極管663被示出為分離的元件，但在一個實施方式中，這些二極管663被結(jié)合到第一放大元件626的輸入電路。因此，在一個實施方式中，電容器640可在沒有附加的組件或到相加結(jié)點642的附加連接的情況下被復(fù)位。
[0044]可以預(yù)見容性檢測器的實施方式可以例如通過使用偏置特征在不被復(fù)位的情況下使用。被預(yù)見本發(fā)明的實施方式可以被使用的檢測器的一個示例在例如申請的同時被轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人、題為Integrated Capacitor Transimpedance Amplifier的美國專利申請N0.61/654，333中公開，其全部引入本文作為參考。此外，還可以預(yù)見本發(fā)明的實施方式可以與任何適合的光譜儀裝置一起使用，包括收集器不形成電容器或存儲電荷(例如獨立電容器)的一部分的那種。
[0045]參考圖7，具有偏置的容性檢測器760的實施方式被示出。在這一實施方式中，檢測器760的輸出762與測量系統(tǒng)723耦合。在一個實施方式中，測量系統(tǒng)723包括任何合適類型的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。在所示的實施方式中，檢測器760被配置成用作由來自離子遷移光譜儀的例子信號驅(qū)動的累積器。
[0046]檢測器760包括運算放大器元件764(在一個實施方式中為運算放大器)和電容器766。電容器766與收集器768的輸出在相加結(jié)點770處耦合，該相加結(jié)點770與運算放大器764的反相輸入772稱合。運算放大器764的非反相輸入774被接地。電容器766與偏置電路776耦合。偏置電路776與運算放大器764的輸出連接。
[0047]在操作中，檢測器760操作為累積器，利用來自光譜儀裝置由收集器768收集的離子信號驅(qū)動累積器。離子信號使得電荷在穿過電容器766而積聚，并且運算放大器764的輸出依賴于輸入信號的極性在正或負方向上增加。
[0048]在一些系統(tǒng)中，運算放大器的可用輸出由其電源電壓限制。此外，測量系統(tǒng)723或其組件具有有限的輸入范圍。由此，來自收集器768的單極性輸入信號可以使得運算放大器764的輸出達到其限制或者達到測量系統(tǒng)723或其組件的輸入范圍的限制。
[0049]偏置電路776偏置所述輸出信號以使得運算放大器764的輸出回到其限制和測量系統(tǒng)723的輸入范圍的限制內(nèi)。由此，如果每次運算放大器764的輸出信號到達范圍之外時，其由測量系統(tǒng)723的輸入范圍偏置，則測量系統(tǒng)的輸入范圍可以被重新使用。
[0050]在圖7所示的實施方式中，測量系統(tǒng)723包括具有有限輸入范圍的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。在圖7所示的實施方式中的偏置電路776包括電壓源778。電壓源778選擇性地產(chǎn)生電壓，由此，當(dāng)運算放大器764的輸出電壓到達預(yù)設(shè)限制之上時，電壓源778產(chǎn)生電壓以偏置輸出電壓并且使得運算放大器的輸出返回到其限制內(nèi)和使得檢測器760的輸出762返回到測量系統(tǒng)723的輸入范圍內(nèi)。
[0051]圖8示出了具有偏置的容性檢測器860的另一實施方式。在這一實施方式中，偏置電路876包括諸如儀表放大器的第二放大元件880。其它適當(dāng)?shù)姆糯笤ǖ幌抻诶鄯e電路儀表放大器或從各種組件中形成的儀表放大器等等。運算放大器864的輸出與儀表放大器880的非反相輸入882稱合。反相輸入884被接地。儀表放大器880還包括與選擇性可變參考電壓源888耦合的參考電壓輸入886。
[0052]通過由選擇性可變參考電壓源888改變電壓輸出，儀表放大器880和檢測器860的輸出可以被改變。由此，當(dāng)運算放大器864的輸出限制將達到時，可以使用對電壓源888的輸出進行調(diào)整來擴展檢測器860的動態(tài)范圍。
[0053]圖9示出了具有偏置的容性檢測器960的另一實施方式。在這一實施方式中，儀表放大器980的參考電壓輸入986與數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器990耦合。檢測器960的輸出962與模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器992耦合，該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器992轉(zhuǎn)而與諸如處理器的控制電路994耦合?？刂齐娐?94與數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器990耦合。由此控制電路994接收基于檢測器960的輸出962的信號并且被配置成提供輸入以控制儀表放大器980的放大率。對儀表放大器980的控制在一個實施方式中可以基于檢測器960的輸出信號、編程邏輯或任何其他合適的控制。在一個實施方式中，由控制電路994對偏移的選擇性控制可以在任何時間被操控。
[0054]在一個實施方式，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器992、控制電路994和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器990被組合到微控制器中。
[0055]在使用累積容性跨阻放大器的另一實施方式中，諸如在申請同時轉(zhuǎn)讓給本申請受讓人、題為 Integrated Capacitor Transimpedance Amplifier 的美國專利申請N0.61/654，333中描述的，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器992、控制電路994和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器990被累積并由這里描述的電介質(zhì)支撐。此外，在Integrated Capacitor TransimpedanceAmplifier中描述的收集器可以用作以上描述的和在本文附圖中示出的具有偏置的容性檢測器的電容器的板。
[0056]由此，可見所描述的具有偏置的容性檢測器的實施方式可以允許僅受電容器的電壓速率限制和第二放大元件限制的寬的動態(tài)范圍，而保持其他等級在常規(guī)限制內(nèi)的布置中。所描述的具有偏置的容性檢測器的實施方式可以提供寬的動態(tài)系統(tǒng)范圍，而不管在累積器電路中使用的放大器的電源和輸出限制或者測量系統(tǒng)或模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的受限輸入范圍。
[0057]在另一實施方式中，具有較小輸入偏移電流且從低電源電壓操作的高性能放大器可以與添加偏置的從較高電源電壓操作的儀表放大器組合以允許寬的動態(tài)范圍。
[0058]包括容性跨阻放大器的檢測器的實施方式可避免或減少熱噪聲，從而提供低噪聲信號。
[0059]雖然參考了放大器和放大元件，但并不意在將放大器或放大元件限制在單一的元件。相反，可以預(yù)見，這些術(shù)語可以在一些實施方式包括包含多個元件、累積電路或適于放大的任何其它布置的電路。
[0060]雖然累積容性檢測器以上結(jié)合MS的特定實施方式被描述，但是可以預(yù)見的是累積容性檢測器的實施方式將與各種不同的光譜儀(包括FAMS和DMS)布置一起使用。公開了被預(yù)見使用累積容性檢測器的實施方式的示例性光譜儀裝置，例如在Bradshaw等人的美國專利N0.6，051，832、Turner等人的美國專利N0.6，255，623、Taylor等人的美國專利N0.5，952，652、Spangler等人的美國專利N0.4，551，624、Machlinski等人的美國專利N0.6，459，079、和Atkinson等人的美國專利6，495，824中，其全部引入本文作為參考。
[0061]在描述本發(fā)明的上下文中(特別是在權(quán)利要求書的上下文中)，術(shù)語“一”和“I”及“該”等類似的指示的使用，應(yīng)當(dāng)解釋為涵蓋單數(shù)和復(fù)數(shù)，除非本文另有說明或上下文明顯抵觸。除非另有說明，術(shù)語“包括”、“具有”、“包含”和“含有”用于限定開放式屬于(即，意為“包括但不限于”)。除非本文另有說明，本文對數(shù)值范圍的描述，僅僅用作個別地指示落在該范圍內(nèi)的每個單獨值的簡化方法，且將每個單獨值引入本說明書中，如同在本文中單獨地列舉它。除非本文另有說明或上下文明顯抵觸，可以以任何合適的次序進行本文所述的所有方法。除非另有聲明，本文提供的任意的和所有的示例或示例性的語言(例如，“如”)的使用，僅僅用于更好地解釋本發(fā)明，且不對本發(fā)明的范圍施加限制。本說明書中的任何語言，都不應(yīng)解釋為指示任何未要求保護的元素是實現(xiàn)本發(fā)明所必需的。
[0062]在另外實施方式中，各種分析設(shè)備可利用本文描述的結(jié)構(gòu)、技術(shù)、方法等等。因此，雖然在本文檔中描述一種IMS設(shè)備，但是各種分析儀器可利用所描述的技術(shù)、方法、結(jié)構(gòu)等等。這些裝置可被配置成具有有限的功能(例如，精簡設(shè)備)，或者具有強大功能(例如，復(fù)雜(thick)裝置)。因此，設(shè)備的功能可涉及到該設(shè)備的軟件或硬件資源，例如，處理能力、存儲器(例如，數(shù)據(jù)存儲性能)、分析能力等等。例如，電暈源也可以在涉及離子化處理的其它類型光譜(如質(zhì)譜儀(MS))中使用。
[0063]雖然本公開以結(jié)構(gòu)方式描述了實施方式，但是該結(jié)構(gòu)和其結(jié)構(gòu)性和/或功能性等價物可以執(zhí)行方法。
[0064]在此描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，包括發(fā)明人已知的實施本發(fā)明的最佳方式。在閱讀前述說明書時，那些優(yōu)選實施方式的變型對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。發(fā)明人預(yù)期技術(shù)人員適當(dāng)?shù)夭捎眠@些變型，且發(fā)明人預(yù)期本發(fā)明可以與本文具體所述不同的方式實施。因而，本發(fā)明如可適用法律所允許的那樣包括在此所附權(quán)利要求書中記載的主題的所有更改和等同物。此外，本發(fā)明涵蓋其所有可能變型中上述元素的任意組合，除非本文另外指出或上下文清楚地相反表示。
[0065]雖然已以特定于結(jié)構(gòu)特征和/或方法動作的語言描述了本發(fā)明，但是將理解，在所附權(quán)利要求中定義的本發(fā)明不必限于描述的特定特征或動作。相反，特定特征和動作被公開為實現(xiàn)所要求的發(fā)明的樣例。
【權(quán)利要求】
1.一種光譜儀，該光譜儀包括: 檢測器，該檢測器包括: 被配置成檢測離子的收集器； 耦合到所述收集器的容性跨阻放大器；和 耦合到包括在所述檢測器中的所述容性跨阻放大器的偏置電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中所述偏置電路包括電壓源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其中所述偏置電路包括可變放大率放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光譜儀，該光譜儀還包括被配置成調(diào)制所述可變放大率放大器的放大率的控制電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜儀，其中所述控制電路包括處理器； 其中所述控制電路與所述容性跨阻放大器的輸出耦合；以及 其中所述控制電路基于所述容性跨阻放大器的輸出來調(diào)制所述可變放大率放大器的放大率。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光譜儀，該光譜儀包括與所述檢測器的輸出耦合的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光譜儀，該光譜儀包括控制電路，該控制電路包括與所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦合的處理器以及與所述處理器和所述可變放大率放大器耦合的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的光譜儀，其中所述控制電路被配置成控制所述可變放大率放大器的放大率以將所述檢測器的輸出維持在所述容性跨阻放大器和所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍內(nèi)。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的光譜儀，其中所述收集器被配置為所述容性跨阻放大器的反饋電容器的板中的一者。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的光譜儀，其中所述容性跨阻放大器包括具有電容器的運算放大器，所述電容器被配置在所述運算放大器的反饋回路中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光譜儀，其中所述收集器和所述電容器在相加結(jié)點處耦合； 其中所述相加結(jié)點與所述運算放大器的輸入耦合；以及 其中沒有其他組件與所述相加結(jié)點直接耦合。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的光譜儀，其中所述容性跨阻放大器被配置為累積器，該累積器被配置為累積來自所述收集器的離子電流作為電壓。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的光譜儀，該光譜儀還包括與第二跨阻放大器耦合的第二收集器，該第二收集器被配置為接收離子至少直到離子峰值已經(jīng)過去。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的光譜儀，其中所述光譜儀包括被配置為基本上在環(huán)境壓力操作的離子遷移光譜儀。
15.一種光譜儀，該光譜儀包括: 檢測器，該檢測器包括: 包括輸入和輸出的放大器，所述輸出與電容器I禹合； 與所述放大器的所述輸入耦合的收集器，該收集器被配置為收集接觸所述收集器的離子；及 與所述放大器耦合的偏置電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光譜儀，其中所述偏置電路被配置為選擇性地偏置所述放大器的所述輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的光譜儀，其中所述偏置電路被配置為選擇性地偏置所述放大器的所述輸出以將所述放大器的所述輸出維持在所述放大器的動態(tài)范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光譜儀，其中所述電容器被配置在所述放大器的反饋回路中，由此所述放大器和所述電容器被配置為將來自所述收集器的信號轉(zhuǎn)換為電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17或18所述的光譜儀，其中所述偏置電路包括被配置在所述放大器的所述反饋回路中的選擇性可調(diào)節(jié)放大器。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一權(quán)利要求所述的光譜儀，其中所述電容器包括至少所述收集器的一部分、容性板元件和布置在所述收集器和所述容性板元件之間的電介質(zhì)。
21.一種光譜儀，該光譜儀包括: 收集器，被配置為在與相加結(jié)點耦合的所述光譜儀中接收離子； 所述相加結(jié)點，耦合到放大器的輸入，所述放大器包括輸出； 偏置電路，包括輸入和輸出，該輸入與所述放大器的所述輸出I禹合；及 電容器，與所述偏置電路的輸出和所述相加結(jié)點耦合。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光譜儀，其中所述放大器包括運算放大器，其中所述偏置電路包括選擇性可調(diào)節(jié)儀表放大器。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光譜儀，該光譜儀還包括被配置為調(diào)節(jié)所述儀表放大器的放大率的微處理器。
24.根據(jù)權(quán)利要求21至23中任一權(quán)利要求所述的光譜儀，其中所述放大器和所述電容器被布置為形成容性跨阻放大器，其中所述電容器、所述收集器和所述放大器是與所述相加結(jié)點電耦合的僅有組件。
25.根據(jù)權(quán)利要求21至24中任一權(quán)利要求所述的光譜儀，其中所述光譜儀包括被配置為基本上在環(huán)境壓力下操作的離子遷移光譜儀。
【文檔編號】G01N27/62GK104335035SQ201380028951
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】J·P·菲茨杰拉德 申請人:史密斯探測-沃特福特有限公司