ЦЕПЬ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ КВАДРУПОЛЯ РАДИОЧАСТОТНОЙ ПЕРЕДАЧИ И МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ, СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2023 года по МПК H01J49/02 G01N27/62 

Область техники

Заявка относится к технической области передач ионов и, в частности, к цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи и методу управления, силовой установке.

Уровень техники

Масс-спектроскопия (Mass Spectrometry) - метод измерения и анализа отношения массы к электрическому заряду (m/q) ионов в испытуемом образце. Сначала выполняется ионизация незаряженного испытуемого образца, а затем разделение ионов в соответствии с отношением массы к электрическому заряду методом электрического или магнитного поля для получения масс-спектра, за счет анализа масс-спектра образца и связанной с ним информации, можно получить качественные и количественные результаты образца. Обычно используемые масс-спектрометры делятся по анализаторам, в основном на масс-спектрометр с магнитным отклонением, квадрупольный масс-спектрометр, масс-спектрометр с ионной ловушкой и времяпролётный масс-спектрометр.

С развитием технологии масс-спектрометрии показатели работы масс-спектрометра непрерывно улучшаются, кроме этого, внедряются новые методы и новые технологии масс-спектрометрии. Среди них во времяпролётном масс-спектрометре используется технология столкновения, охлаждения и фокусировки квадруполя радиочастотной передачи, применение данной технологии в качестве системы передачи ионов способствует повышению эффективности передачи ионов и чувствительности прибора. Когда квадруполь радиочастотной передачи работает, необходимо добавить радиочастотное электрическое поле высокого напряжения определенной частоты и амплитуды. Для ионов с различными массовыми числами и диапазонами масс добавленная полоса частот и амплитуда сильно отличаются, в связи с этим предъявляются высокие требования к методу управления и технологии радиочастотного электрического поля источника питания высокого напряжения.

Однако в настоящем времяпролетном масс-спектрометре для квадруполя радиочастотной передачи, требуется реализовать передачу ионов от ионов с малыми массовыми числами к ионам с высокими массовыми числами в чрезвычайно широком диапазоне масс, в особенности передачу ионов с малыми массовыми числами не более 20 к ионам с высокими массовыми числами выше 4500, сгенерировать радиочастотное электрическое поле высокого напряжения, совместимое с различным диапазоном частот для достижения хорошей эффективности передачи ионов в широком диапазоне масс и чувствительности прибора, а также адаптивности и стабильности прибора, однако на данный момент по-прежнему не выявлены зрелые методы и варианты, в связи с этим область применения прибора сильно ограничена.

Сущность изобретения

Исходя из этого, чтобы разрешить вопрос ограничения области применения традиционного времяпролетного масс-спектрометра необходимо обеспечить цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи, метод управления и силовую установку.

Цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи включает: устройство управления, генератор синусоидальных колебаний, усилительное устройство, первый стробирующий элемент, второй стробирующий элемент, несколько радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов, квадруполь радиочастотной передачи и устройство регулировки обратной связи; устройство управления соединено с генератором синусоидальных колебаний, генератор синусоидальных колебаний соединен с усилительным устройством, усилительное устройство соединено с первым стробирующим элементом, первичная сторона каждого радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора соединена с первым стробирующим элементом, вторичная сторона каждого радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора соединена со вторым стробирующим элементом, второй стробирующий элемент соединен с квадруполем радиочастотной передачи, квадруполь радиочастотной передачи соединен с устройством регулировки обратной связи, устройство регулировки обратной связи соединено с устройством управления, устройство регулировки обратной связи соединено с усилительным устройством, усилительное устройство, первый стробирующий элемент, отвод вторичной стороны каждого радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора и второй стробирующий элемент соединены с устройством управления.

В одном варианте осуществления усилительное устройство включает амплитудный модулятор программного управления с переменным коэффициентом усиления, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления и цепь инвертирующего многокаскадного усиления, амплитудный модулятор программного управления с переменным коэффициентом усиления соединен с генератором синусоидальных колебаний и устройством регулировки обратной связи, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления и цепь инвертирующего многокаскадного усиления соединен с амплитудным модулятором программного управления с переменным коэффициентом усиления, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления и цепь инвертирующего многокаскадного усиления соединены с первым стробирующим элементом, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления и цепь инвертирующего многокаскадного усиления соединены с устройством управления.

В одном варианте осуществления, неинвертирующий многокаскадный усилитель включает неинвертирующий усилитель, усилитель мощности первого каскада и усилитель мощности второго каскада, неинвертирующий усилитель соединен с амплитудным модулятором программного управления с переменным коэффициентом усиления, неинвертирующий усилитель соединен с усилителем мощности первого каскада, неинвертирующий усилитель соединен с усилителем мощности второго каскада, усилитель мощности первого каскада соединен с усилителем мощности второго каскада, усилитель мощности второго каскада соединен с первым стробирующим элементом, неинвертирующий усилитель, усилитель мощности первого каскада и усилитель мощности второго каскада соединены с устройством управления: и/или, цепь инвертирующего многокаскадного усиления включает инвертирующий усилитель, усилитель первого каскада и усилитель второго каскада, инвертирующий усилитель соединен с амплитудным модулятором программного управления с переменным коэффициентом усиления, инвертирующий усилитель соединен с усилителем первого каскада, усилитель первого каскада соединен с усилителем второго каскада, усилитель второго каскада соединен с первым стробирующим элементом, инвертирующий усилитель, усилитель первого каскада и усилитель второго каскада соединены с устройством управления.

В одном варианте осуществления устройство управления включает главный контроллер, монитор тока и мощности, стробирующий контроллер и генератор среднего и низкого напряжения, главный контроллер соединен с генератором синусоидальных колебаний, устройство обратной связи соединено с главным контроллером, монитор тока и мощности, стробирующий контроллер и генератор среднего и низкого напряжения соединены с главным контроллером, монитор тока и мощности соединен с усилительным устройством, стробирующий контроллер соединен с первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом, генератор среднего и низкого напряжения соединен с отводом вторичной стороны каждого радиочастотного кольцевого магнитного трансформатора.

В одном варианте осуществления устройство регулировки обратной связи включает цепь детектирования, монитор амплитудного значения, цифроаналоговый контроллер и пропорционально-интегральный регулятор, цепь детектирования соединена с квадруполем радиочастотной передачи, цепь детектирования соединена с пропорционально-интегральным регулятором и монитором амплитудного значения, монитор амплитудного значения и цифроаналоговый контроллер соединены с устройством управления, цифроаналоговый контроллер соединен с пропорционально-интегральным регулятором, пропорционально-интегральный регулятор соединен с усилительным устройством.

Метод управления цепью источника питания квадруполя радиочастотной передачи, описанный выше, включает: получение заданного значения частоты; управление соответствующими радиочастотными магнитным кольцевыми трансформаторами, которые стробируют первый стробирующий элемент и второй стробирующий элемент в соответствии с заданным значением частоты: путем настройки генератора синусоидальных колебаний и устройства регулировки обратной связи получать резонансную частоту цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи при минимальной потребляемой мощности.

В одном варианте осуществления радиочастотный магнитный кольцевой трансформатор включает низкочастотный магнитный кольцевой трансформатор, среднечастотный магнитный кольцевой трансформатор и высокочастотный магнитный кольцевой трансформатор, шаги управления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом в соответствии с заданным значением частоты для стробирования соответствующих радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов, включают: сравнение с заданным первым диапазоном частот и его анализ в соответствии с заданным значением частоты; если заданное значение частоты находится в заданном первом диапазоне частот, то за счет правления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом выполняется стробирование низкочастотных магнитных кольцевых трансформаторов; если заданное значение частот не находится в заданном первом диапазоне частот, выполняется сравнение с заданным вторым диапазоном частот и его анализ в соответствии с заданным значением частоты, а минимальное пороговое значение заданного второго диапазона частот равно максимальному пороговому значению заданного первого диапазона частот; если заданное значение частоты находится в заданном втором диапазоне частот, то за счет управления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом выполняется стробирование среднечастотных магнитных кольцевых трансформаторов; если заданное значение частот не находится в заданном втором диапазоне частот, выполняется сравнение с заданным третьим диапазоном частот и его анализ в соответствии с заданным значением частоты, а минимальное пороговое значение заданного третьего диапазона частот равно максимальному пороговому значению заданного второго диапазона частот; если заданное значение частоты находится в заданном третьем диапазоне частот, то за счет управления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом выполняется стробирование высокочастотных магнитных кольцевых трансформаторов.

В одном варианте осуществления, шаги получения резонансной частоты цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи при минимальной потребляемой мощности путем настройки генератора синусоидальных колебаний и устройства регулировки обратной связи, включает: настройку генератора синусоидальных колебаний и устройства регулировки обратной связи, а также сбор текущего значения усилительного устройства в режиме реального времени: при получении минимального значения тока усилительного устройства, выполняется считывание текущей частоты генератора синусоидальных колебаний, а именно резонансной частоты цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи при минимальной потребляемой мощности.

Силовая установка квадруполя радиочастотной передачи, включает цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи, устройство управления используется для сканирования резонансной частоты при минимальной потребляемой мощности в соответствии с вышеописанным методом управления.

В одном варианте осуществления, силовая установка квадруполя радиочастотной передачи также включает корпус, устройство управления, генератор синусоидальных колебаний и устройство регулировки обратной связи, которые устанавливаются на одной и той же печатной плате главного управления, усилительное устройство, первый стробирующий элемент, второй стробирующий элемент и несколько радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов, которые устанавливаются на одной печатной плате усилителя, печатная плата главного управления и печатная плата усилителя, которые устанавливаются в корпусе.

Вышеуказанные цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи, метод управления и силовая установка, во время начала работы устройство управления сначала управляет генератором синусоидальных колебаний для генерации соответствующего синусоидального сигнала, генерируемым, а после усиления усилительным устройством синусоидальный сигнал и сигнал, подаваемый устройством обратной связи, а в конце загружает в квадруполь радиочастотной передачи с помощью устройства управления и соответствующих радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов, соединенных под стробоскопом первого стробирующего элемента и второго стробирующего элемента, а также генерирует радиочастотное электрическое поле высокого напряжения в квадруполе радиочастотной передачи. В вышеуказанных вариантах установлены несколько различных радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов, при передаче ионов с различным диапазоном масс и различными массовыми числами за счет первого стробирующего элемента и второго стробирующего элемента выполняется стробирование различных радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов, таким образом, реализуется передача ионов от ионов с малыми массовыми числами к ионам с высокими массовыми числами в чрезвычайно широком диапазоне масс, а также генерируется радиочастотное электрическое поле высокого напряжения, совместимое с различным диапазоном частот с целью достижения хорошей эффективности передачи ионов в широком диапазоне масс и чувствительности прибора; кроме этого, за счет устройства обратной связи реализуется архитектура управления с замкнутым контуром, благодаря которой цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи обладает очень высокой степенью адаптивности и стабильности, ввиду этого можно значительно расширить диапазон применения масс-спектрометра.

Описание прилагаемых чертежей

Для того чтобы более четко описать технические решения в соответствии с вариантами осуществления настоящей заявки или в известном уровне техники, ниже кратко представлены прилагаемые чертежи, требуемые для описания вариантов осуществления или известного уровня техники. Очевидно, что прилагаемые чертежи в нижеследующих описаниях отображают только некоторые варианты осуществления настоящей заявки, и технические специалисты в данной области техники могут получить прочие чертежи в соответствии с прилагаемыми чертежами без созидательного труда.

На Фиг. 1 показана конструктивная схема цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи, представленной в одном варианте осуществления;

На Фиг. 2 показана конструктивная схема цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи, представленной в другом варианте осуществления;

На Фиг. 3 показана конструктивная схема части усилительного устройства, представленного в одном варианте осуществления;

На Фиг. 4 показана схема процесса метода управления цепью источника питания квадруполя радиочастотной передачи, представленного в одном варианте осуществления;

На Фиг. 5 показана схема процесса метода управления цепью источника питания квадруполя радиочастотной передачи, представленного в другом варианте осуществления;

На Фиг. 6 показана схема процесса управления стробированием, представленного в одном варианте осуществления;

На Фиг. 7 показана схема процесса сканирования резонансной частоты, представленного в одном варианте осуществления;

На Фиг. 8 показана конструктивная схема силовой установки квадруполя радиочастотной передачи, представленной в одном варианте осуществления.

Конкретные способы реализации

Для того чтобы облегчить понимание настоящей заявки, ниже будут приведены ссылки на соответствующие чертежи для более полного описания настоящей заявки. На прилагаемых чертежах показаны оптимальные варианты настоящей заявки. Однако настоящая заявка может быть реализована в виде различных форм и не ограничивается вариантами осуществления, описанными в настоящем тексте. Напротив, целью приведения данных вариантов осуществления является более тщательное и всеобъемлющее понимание раскрытия информации, представленной в настоящей заявке.

Как показано на Фиг. 1, цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи, включает: устройство управления 10, генератор синусоидальных колебаний 20, усилительное устройство 30, первый стробирующий элемент 40, второй стробирующий элемент 60, несколько радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50, квадруполь радиочастотной передачи 70 и устройство регулировки обратной связи 80, устройство управления 10 соединен с генератором синусоидальных колебаний 20, генератор синусоидальных колебаний 20 соединен с усилительным устройством 30, усилительное устройство 30 соединен с первым стробирующим элементом 40, первичная сторона каждого радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50 соединена с первым стробирующим элементом 40, вторичная сторона каждого радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50 соединена со вторым стробирующим элементом 60, второй стробирующий элемент 60 соединен с квадруполем радиочастотной передачи 70, квадруполь радиочастотной передачи 70 соединен с устройством регулировки обратной связи 80, устройство регулировки обратной связи 80 соединено с устройством управления 10, устройство регулировки обратной связи 80 соединено с усилительным устройством 30, усилительное устройство 30, первый стробирующий элемент 40, отвод вторичной стороны каждого радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50 (не представлены на фиг.) и второй стробирующий элемент 60 соединены с устройством управления 10.

В частности, генератор синусоидальных колебаний 20, а именно генератор синусоидального сигнала DDS, под действием устройства управления 10 генератор синусоидальных колебаний 20 может генерировать синусоидальные сигналы различной частоты. В одном варианте осуществления, в соответствии с требованиями к работе время пролетного масс-спектрометра, использующего квадруполь радиочастотной передачи 70, генератор синусоидальных колебаний 20 также может генерировать синусоидальные сигналы в трех различных частотных диапазонах: высокочастотном диапазоне, среднечастотном диапазоне и низкочастотном диапазоне. В то же время в цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи данного варианта осуществления установлено несколько радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50 с различными диапазонами частот, под действием устройства управления 10 и первого стробирующего элемента 40 можно выбрать первичную сторону радиочастотного кольцевого магнитного трансформатора 50, соответствующего требуемому диапазону частот для подключения к цепи, а также под действием устройства управления 10 и второго стробирующего элемента 60, можно выбрать вторичную сторону радиочастотного кольцевого магнитного трансформатора 50, соответствующую требуемому диапазону частот для подключения к цепи. Таким образом, одна из цепей источника питания квадруполя радиочастотной передачи подключается к цепи с целью соответствия требованиям к передаче ионов в различном диапазоне масс, а также реализации передачи ионов с малыми массовыми числами не более 20 к ионам с высокими массовыми числами выше 4500.

Кроме этого, в данном варианте осуществления используется аппаратный контур управления с обратной связью по амплитуде с замкнутым циклом, с помощью устройства регулировки обратной связи можно собрать форму выходного сигнала квадруполя радиочастотной передачи 70 в режиме реального времени, если амплитуда высокочастотного напряжения, подаваемого на квадруполь радиочастотной передачи колеблется, она будет компенсироваться обратной связью, таким образом гарантируется, что амплитуда высокочастотного напряжения, подаваемого на квадруполь радиочастотной передачи, является стабильной и освобожденной от интерференции, стабильность амплитуды находится в пределах 0,1%, образуя стабильное и постоянное радиочастотное электрическое поле. Отвод вторичной стороны каждых радиочастотных кольцевых трансформаторов 50 соединены с устройством управления 10, так что напряжение смещения постоянного тока может генерироваться с помощью устройства управления 10 и подаваться на промежуточный отвод вторичной стороны катушки радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50, тем самым обеспечивая опорное напряжение смещения постоянного тока для радиочастотного переменного высокого напряжения, генерируемого вторичной боковой катушкой радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50.

Следует отметить, что конкретные типы первого стробирующего элемента 40 и второго стробирующего элемента 60 не являются уникальными, требуется лишь подключение различных радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50 к цепи под действием устройства управления 10. Например, в одном варианте осуществления первый стробирующий элемент 40 и второй стробирующий элемент 60 могут быть реализованы за счет реле, в частности, первый стробирующий элемент 40 может быть реализован за счет реле мощности, а второй стробирующий элемент 60 за счет реле высокого напряжения.

Как показано на Фиг. 2, в одном варианте осуществления усилительное устройство 30 включает амплитудный модулятор программного управления с переменным коэффициентом усиления 31, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления 32 и цепь инвертирующего многокаскадного усиления 33, амплитудный модулятор программного управления с переменным коэффициентом усиления 31 соединен с генератором синусоидальных колебаний 20 и устройством регулировки обратной связи 80, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления 32 и цепь инвертирующего многокаскадного усиления 33 соединены с амплитудным модулятором программного управления с переменным коэффициентом усиления 31, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления 32 и цепь инвертирующего многокаскадного усиления соединены с первым стробирующим элементом 40, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления 32 и цепь инвертирующего многокаскадного усиления 33 соединены с устройством управления 10.

В частности, амплитудный модулятор программного управления с переменным коэффициентом усиления 31 может выполнять амплитудную модуляцию, за счет соединения с генератором синусоидальных колебаний 20 и устройством обратной связи, может принимать синусоидальный сигнал несущей частоты генератора синусоидальных колебаний 20, и модулировать его вместе с сигналом обратной связи, подаваемым устройством регулировки обратной связи 80. Амплитудно-модулированное колебание разделено на два канала, разность фаз между синусоидальными сигналами двух каналов составляет 180°, один из них усиливает неинвертирующую мощность с помощью цепи неинвертирующего многокаскадного усиления 32, а другой канал усиливает инвертирующую мощность с помощью цепи инвертирующего многокаскадного усиления 33. После контроллер управляет первым стробирующим элементом 40 для стробирования, и выбирает соответствующий радиочастотный магнитный кольцевой трансформатор 50 из нескольких радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50 для подключения к цепи, так что после усиления двух каналов синусоидальные сигналы с разностью фаз 180° вводятся от обоих концов первичной боковой катушки радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50, через оба конца вторичной катушки (то есть вторичной обмотки) радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50 и второй стробирующий элемент 60 и, наконец, загружается в квадруполь радиочастотной передачи 70.

Следует понимать, что для обеспечения генерации радиочастотного электрического поля высокого напряжения квадруполем радиочастотной передачи 70, два синусоидального сигнала, выводимых после второго стробирующего элемента 60 должны быть загружены на любые два соседних стержня квадруполя радиочастотной передачи 70 (первый набор соседних стержней), а два набора смежных стержней квадруполя радиочастотной передачи 70 подсоединены и включены, два синусоидальных сигнала могут выводиться отдельно через другой набор смежных стержней. В данном варианте осуществления используется архитектура цепи многокаскадного усиления мощности для передачи ионов с различными частотными диапазонами и различными диапазонами масс, которая обладает высокой мощностью привода амплитудного значения радиочастотного высокочастотного напряжения.

Следует отметить, что конкретная структура цепи неинвертирующего многокаскадного усиления 32 и цепи инвертирующего многокаскадного усиления 33 не является уникальной, в одном варианте осуществления, как показано на Фиг. 2, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления 32 включает неинвертирующий усилитель 321, усилитель мощности первого каскада 322 и усилитель мощности второго каскада 323, неинвертирующий усилитель 321 соединен с амплитудным модулятором программного управления с переменным коэффициентом усиления 31, неинвертирующий усилитель 321 соединен с усилителем мощности первого каскада 322, неинвертирующий усилитель 322 соединен с усилителем мощности второго каскада 323, усилитель мощности второго каскада 323 соединен с первым стробирующим элементом 40, неинвертирующий усилитель 321, усилитель мощности первого каскада 322 и усилитель мощности второго каскада 323 соединены с устройством управления 10: и/или, цепь инвертирующего многокаскадного усиления 33 включает инвертирующий усилитель 331, усилитель первого каскада 332 и усилитель второго каскада 333, инвертирующий усилитель 331 соединен с амплитудным модулятором программного управления с переменным коэффициентом усиления 31, инвертирующий усилитель 331 соединен с усилителем первого каскада 332, усилитель первого каскада 332 соединен с усилителем второго каскада 333, усилитель второго каскада 333 соединен с первым стробирующим элементом 40, инвертирующий усилитель 331, усилитель первого каскада 332 и усилитель второго каскада 333 соединены с устройством управления 10.

В частности, в техническом решении данного варианта осуществления представлены два канала синусоидального сигнала, выводимые программно-управляемым амплитудным модулятором 31 с переменным коэффициентом усиления, один из которых после усиления неинвертирующим усилителем 321, усилителем мощности первого каскада 322, усилителем мощности второго каскада 323, выводит неинвертирующий усиленный синусоидальный сигнал мощности, а другой после усиления инвертирующим усилителем 331, усилителем мощности первого каскада 332, усилителем мощности второго каскада 333, выводит инвертирующий усиленный синусоидальный сигнал мощности, разность фаз между синусоидальными сигналами двух каналов составляет 180°. После стробирования посредством реле мощности (также посредством первого стробирующего элемента 40) выполняется загрузка на оба конца первичной боковой катушки соответствующего проводящего радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50, и после увеличения коэффициента поворота радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50, на обоих концах вторичной боковой катушки радиочастотного кольцевого магнитного трансформатора 50 выводить две цепи радиочастотного синусоидального сигнала высокого напряжения с разностью фаз 180°, после стробирования посредством реле высокого напряжения (также посредством вторым стробирующим элементом 60) выполняется загрузка на два соседних стержня квадруполя радиочастотной передачи с целью генерации радиочастотного электрического поля высокого напряжения, когда два набора парных стержней квадруполя радиочастотной передачи подсоединены и включены, другой набор смежных стержней выводит две цепи радиочастотного синусоидального сигнала высокого напряжения.

Конкретные конструкции усилителя мощности первого каскада 322, усилителя мощности второго каскада 323, усилителя первого каскада 332 и усилителя второго каскада 333 не являются уникальными, в одном варианте осуществления, как показано на. Фиг. 3, усилитель мощности первого каскада 322 включает первый усилитель K1, первый резистор R1, второй резистор R2 и третий резистор R3, усилитель мощности второго каскада 323 включает первое переключающее устройство Q1 и второе переключающее устройство Q2, усилитель первого каскада 332 включает второй усилитель K2, четвертый резистор R4, пятый резистор R5 и шестой резистор R6, усилитель мощности второго каскада 333 включает третье переключающее устройство Q3 и четвертое переключающее устройство Q4, один конец первого резистора R1 соединен с прямым входом первого усилителя K1, другой конец первого резистора R1 соединен с неинвертирующим усилителем 321, обратный вход первого усилителя K1 соединен с одним концом второго резистора R2 и одним концом третьего резистора R3, другой конец второго резистора R2 заземлен, другой конец третьего резистора R3 соединен с выходом первого усилителя K1, конец управления первого переключающего устройства Q1, конец управления второго переключающего устройства Q2 и первый конец первого переключающего устройства Q1 соединен с первым концом второго переключающего устройства Q2 и первым стробирующим элементом 40 (не представлен на фиг.), второй конец второго переключающего устройства Q2 соединен с источником питания; один конец четвертого резистора R4 соединен с прямым входом второго усилителя K2, другой конец четвертого резистора R4 соединен с инвертирующим усилителем 331, обратный вход второго усилителя K2 соединен с одним концом пятого резистора R5 и одним концом шестого резистора R6, другой конец пятого резистора R5 заземлен, другой конец шестого резистора R6 соединен с выходом второго усилителя K2, конец управления третьего переключающего устройства Q3, конец управления четвертого переключающего устройства Q4 и первый конец третьего переключающего устройства Q3 соединены с источником питания, второй конец третьего переключающего устройства Q3 соединен с первым концом четвертого переключающего устройства Q4 и первым стробирующим элементом 40, второй конец четвертого переключающего устройства Q4 подсоединен к источнику питания.

В частности, синусоидальный сигнал VIN1, выводимый неинвертирующим усилителем 321, и синусоидальный сигнал VIN2, выводимый инвертирующим усилителем 331, усиливаются в одинаковой пропорции быстродействующим операционным усилителем мощности первого каскада (то есть первым усилителем K1 и вторым усилителем K2) и поступают на цепь взаимодополняющего двухтактного усилителя мощности триода общего коллектора двойного электропитания в усилителе мощности второго каскада 323 и усилителе второго каскада 333, сигналы мощности синусоидальных сигналов, которые обладают хорошей мощностью привода тока и напряжения на неинвертирующей и инвертирующей цепях, выводятся после стробоскопа, далее загружаются на оба конца первичной стороны соответственного радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50, используемое радиочастотное магнитное кольцо может иметь чрезвычайно низкие потери и повышенное увеличение в резонансной точке диапазона радиочастот. Через первичный усилитель мощности, вторичный усилитель мощности и специальный радиочастотный магнитный кольцевой трансформатор 50 вторичная сторона катушки радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50 может выводить чрезвычайно высокое радиочастотное высокое напряжение, которое соответствует требованиям к высокому радиочастотному напряжению при передаче ионов с различными массовыми числами в различных частотных диапазонах.

Следует отметить, что в одном варианте осуществления в радиочастотном кольцевом магнитном трансформаторе 50 используется трансформаторная катушка из специального материала с целью обеспечения надежности работы радиочастотного кольцевого магнитного трансформатора 50, также можно использовать материал сердечника из порошка карбонильного железа.

См. фиг. 2, в одном варианте осуществления устройство управления 10 включает главный контроллер 11, монитор тока и мощности 12, стробирующий контроллер 13 и генератор среднего и низкого напряжения 14, главный контроллер 11 соединен с генератором синусоидальных колебаний 20, устройство обратной связи соединен с главным контроллером 11, монитор тока и мощности 12, стробирующий контроллер 13 и генератор среднего и низкого напряжения 14 соединены с главным контроллером 11, монитор источника питания мощности и тока 12 соединены с усилительным устройством 30, стробирующий контроллер 13 соединен с первым стробирующим элементом 40 и вторым стробирующим элементом 60, генератор среднего и низкого напряжения 14 соединен с отводом вторичной стороны каждого радиочастотного кольцевого магнитного трансформатора 50.

В частности, устройство управления 10 включает главный контроллер 11, монитор тока и мощности 12, который контролирует источник питания и ток усилительного устройства 30, стробирующий контроллер 13, который управляет работой первого стробирующего элемента 40 и второго стробирующего элемента 60 на соответствующих каналах, и генератор среднего и низкого напряжения 14, который подает напряжение смещения постоянного тока на отводы вторичных катушек радиочастотных магнитных концевых трансформаторов 50. Когда цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи работает, главный контроллер 11 отправляет команду управления на стробирующий контроллер 13, так что стробирующий контроллер 13 управляет работой соответствующих каналов первого стробирующего элемента 40 и второго стробирующего элемента 60, а соответствующий радиочастотный магнитный кольцевой трансформатор 50 подключается к цепи; в то же время управляет генератором среднего и низкого напряжения 14 обеспечивает подачу постоянного тока смещения на вторичную катушку радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50 и, наконец, вызывает генерацию электрического поля высокого напряжения на квадруполе радиочастотной передачи 70, монитор источника питания мощности и тока 12 может собирать ток, протекающий через усилительное устройство 30, а затем быстро и точно сканировать резонансную частоту при минимальной потребляемой мощности цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи.

См. фиг. 2, в одном варианте осуществления, устройство регулировки обратной связи 80 включает цепь детектирования 81, монитор амплитудного значения 84, цифроаналоговый контроллер 82 и пропорционально-интегральный регулятор 83, цепь детектирования 81 соединена с квадруполем радиочастотной передачи 70, цепь детектирования 81 соединен с пропорционально-интегральным регулятором 83 и монитором амплитудного значения 84, монитор амплитудного значения 84 и цифроаналоговый контроллер 82, соответственно, соединены с устройством управления 10, цифроаналоговый контроллер 82 соединен с пропорционально-интегральным регулятором 83, пропорционально-интегральный регулятор 83 соединен с усилительным устройством 30.

В частности, после сбора и анализа цепью детектирования 81 двух каналов радиочастотных синусоидальных сигналов высокого напряжения, выводимых квадруполем радиочастотной передачи 70, выходной сигнал обратной связи добавляется к пропорционально-интегральному регулятору 83 (регулятор PI), вместе с сигналом управления, генерируемым главным контроллером 11 через управление DA (то есть цифроаналогового контроллера 82), сравнить и усилить погрешность с помощью регулятора PI, образовать аппаратную замкнутую отрицательную обратную связь, и, наконец, сигнал, выводимый регулятором PI, подается обратно на усилительное устройство 30, выполняет управление компенсацией амплитуды радиочастотного синусоидального сигнала высокого напряжения в реальном времени, чтобы обеспечить стабильность и постоянство амплитуды. В то же время сигнал обратной связи, выводимый цепью детектирования 81, также возвращается в главный контроллер 11 через монитор амплитудного значения 84 для мониторинга амплитудного значения в режиме реального времени, тем самым образуя аппаратный замкнутый контур управления обратной связью.

При запуске вышеуказанной цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи устройство управления 10 сначала управляет соответствующим синусоидальным сигналом, генерируемым генератором синусоидальных колебаний 20, после усиления за счет усилительного устройства 30 синусоидальный сигнал и сигнал, подаваемый обратно устройством обратной связи, и, наконец, загружаются в квадруполь радиочастотной передачи 70 с помощью устройства управления 10 и соответствующих радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50, соединенных под стробоскопом первого стробирующего элемента 40 и второго стробирующего элемента 60, создают радиочастотное электрическое поле высокого напряжения в квадруполе радиочастотной передачи 70. В вышеуказанных вариантах установлены несколько различных радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50, при передаче ионов с различным диапазоном масс и различными массовыми числами за счет первого стробирующего элемента 40 и второго стробирующего элемента 60 выполняется стробирование различных радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50, таким образом, реализуется передача ионов от ионов с малыми массовыми числами к ионам с высокими массовыми числами в чрезвычайно широком диапазоне масс, а также генерируется радиочастотное электрическое поле высокого напряжения, совместимое с различным диапазоном частот с целью достижения хорошей эффективности передачи ионов в широком диапазоне масс и чувствительности прибора; кроме этого, за счет устройства обратной связи реализуется архитектура управления с замкнутым контуром, благодаря которой цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи обладает очень высокой степенью адаптивности и стабильности, ввиду этого можно значительно расширить диапазон применения масс-спектрометра.

Как показано на Фиг. 4, метод управления цепи питания вышеупомянутого квадруполя радиочастотной передачи, включает шаг S100, шаг S200 и шаг S300.

Шаг S100, получение заданного значения частоты; шаг S200, управление первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом в соответствии с заданным значением частоты для стробирования соответствующих радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов; шаг S300, получение резонансной частоты цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи при минимальной потребляемой мощности посредством настройки генератора синусоидальных колебаний и устройства регулировки обратной связи.

В частности, конкретная структура цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи показана в вышеуказанных вариантах осуществления и на прилагаемых чертежах, во время работы цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи, представленная в настоящей заявке, используется подробный пошаговый алгоритм программы частотного сканирования широкого диапазона частот, при различных частотных диапазонах для квадруполя радиочастотной передачи с различными эквивалентными емкостями и соответствующих катушек индуктивности на вторичной стороне радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50 можно выполнять быстрое и точное сканирование резонансной частоты при минимальной потребляемой мощности одним нажатием кнопки. Сначала устройство управления 10 получает заданное значение частоты, данное заданное значение частоты может быть непосредственно введено пользователем в устройство управления 10, или может быть отправлено главным компьютером или пользовательским терминалом, подключенными к устройству управления 10.

После этого управляющее устройство 10, в соответствии с заданным значением частоты управляет первым стробирующим элементом 40 и вторым стробирующим элементом 60 для стробирования различных радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50, выполняет непрерывную регулировку входного сигнала посредством усилительного устройства 30 и, наконец, сканирует и получает резонансную частоту при минимальной потребляемой мощности для обеспечения хорошей адаптивности цепи питания квадруполя радиочастотной передачи.

Способ сканирования для получения резонансной частоты не уникален, как показано на Фиг. 5, в одном варианте осуществления шаг S300 включает шаг S310 и шаг S320.

Шаг S310, настройка генератора синусоидальных колебаний и устройства регулировки обратной связи, а также сбор текущего значения тока усилительного устройства в режиме реального времени; шаг S320, если получено минимальное значение тока усилительного устройства, выполняется считывание текущей частоты генератора синусоидальных колебаний, а именно резонансной частоты цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи при минимальной потребляемой мощности.

В частности, когда устройство управления 10 регулирует генератор синусоидальных колебаний 20 и устройство регулировки обратной связи 80, соответствующий сигнал, загруженный в усилительное устройство 30, также будет изменяться. В это время устройство управления 10 анализирует сигнал тока, собранный и переданный тока и мощности 12, при получении сигнала минимального тока, частота, соответствующая сигналу минимального тока, может быть использована в качестве резонансной частоты.

Как показано на Фиг. 6, в одном варианте осуществления радиочастотный магнитный кольцевой трансформатор 50 включает низкочастотный магнитный кольцевой трансформатор 50, среднечастотный магнитный кольцевой трансформатор 50 и высокочастотный магнитный кольцевой трансформатор 50, шаги S200 включают шаг S210, шаг S220, шаг S230, шаг S240, шаг S250 и шаг S260.

Шаг S210, сравнение с заданным первым диапазоном частот и его анализ в соответствии с заданным значением частоты; шаг S220, если заданное значение частот находится в заданном первом диапазоне частот, то за счет управления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом выполняется стробирование низкочастотных магнитных кольцевых трансформаторов; шаг S230, если заданное значение частот не находится в заданном первом диапазоне частот, выполняется сравнение с заданным вторым диапазоном частот и его анализ в соответствии с заданным значением частоты, а минимальное пороговое значение заданного второго диапазона частот равно максимальному пороговому значению заданного первого диапазона частот; шаг S240, если заданное значение частоты находится в заданном втором диапазоне частот, то за счет управления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом выполняется стробирование среднечастотных магнитных кольцевых трансформаторов; шаг S250, если заданное значение частот не находится в заданном втором диапазоне частот, выполняется сравнение с заданным третьим диапазоном частот и его анализ в соответствии с заданным значением частоты, а минимальное пороговое значение заданного третьего диапазона частот равно максимальному пороговому значению заданного второго диапазона частот; шаг S260, если заданное значение частоты находится в заданном третьем диапазоне частот, то за счет управления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом выполняется стробирование высокочастотных магнитных кольцевых трансформаторов.

В частности, как показано на Фиг. 7, для инициализации системы требуется включить цепь квадруполя радиочастотной передачи, управляющее устройство 10 сначала считывает значение заданной частоты Freg, отправленное главным компьютером (то есть заданное значение вышеуказанной частоты), и выполняет проверку того, находится ли заданная частота значение в первом заданном диапазоне частот, то есть находится ли между частотами FS1 и FE1. Если результатом проверки является "да", выполняется запуск стробирующего канала 1, реле мощности (первый стробирующий элемент 40) и реле высокого напряжения (второй стробирующий элемент 60), далее выбирается первый канал стробирования для включения низкочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50. После выполняется непрерывная пошаговая регулировка выхода цифроаналогового контроллера 82 (DAC) в устройстве регулировки обратной связи 80 и регулировка выхода частоты DDS (то есть генератору синусоидальных колебаний 20), монитор тока и мощности 12 устройства управления 10 выполняет сбор сигналов тока для циклического поиска минимального значение тока усилительного устройства 30, при завершении поиска минимального значения тока, выполняется считывание текущего фактического значения частоты Freg. Выполняется проверка того, находится ли значение частоты в заданном первом диапазоне частот, если результатом проверка является «да», то это означает, что найдена соответствующая резонансная частота в заданном первом диапазоне частот и сканирование частоты завершается; если результатом проверки является «нет», это означает, что произошла ошибка загрузки данных и подключения квадруполя радиочастотной передачи и программа завершается.

Если результатом определения является то, что заданное значение частоты не находится в заданном первом диапазоне частот, то выполняется проверка того, находится ли заданное значение частоты в заданном втором диапазоне частот, то есть находится ли между частотами FS2 и FE2. Если результатом проверки является «да», то запускается стробирующий канал 2, реле питания и реле высокого напряжения для стробирования второго канала и включения среднечастотного магнитного кольцевого трансформатора 50, аналогичным образом, выполняется непрерывная пошаговая регулировка выход цифроаналогового контроллера 82 и регулировка выхода частоты DDS, монитор токаи мощности 12 устройства управления 10 выполняет сбор сигналов тока для циклического поиска минимального значения тока усилительного устройства 30, при завершении поиска минимального значения тока, выполняется считывание текущего фактического значения частоты Freg. Выполняется проверка того, находится ли значение частоты в заданном втором диапазоне частот, если результатом проверки является «да», то это означает, что найдена соответствующая резонансная частота в заданном втором диапазоне частот, и сканирование частоты завершается; если результатом проверки является «нет», то это означает, что произошла ошибка подключения квадруполя радиочастотной передачи, и программа завершается.

Если заданное значение частоты не находится в заданном втором диапазоне частот, то выполняется проверка того, находится ли заданное значение частоты в заданном третьем диапазоне частот, то есть находится ли между частотами FS3 и FE3. Если результатом проверки является «да», то запускается стробирующий канал 3, реле питания и реле высокого напряжения для стробирования третьего канала и включения высокочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50, аналогичным образом выполняется непрерывная пошаговая регулировка выхода DAC и регулировка выхода частоты DDS, монитор тока и мощности 12 устройства управления 10 выполняет сбор сигналов тока для циклического поиска минимального значения тока усилительного устройства 30, при завершении поиска минимального значения тока, выполняется считывание текущего фактического значения частоты Freg. Выполняется проверка того, находится ли значение частоты в заданном третьем диапазоне частот, если результатом проверки является «да», то это означает, что найдена соответствующая резонансная частота в заданном третьем диапазоне частот и сканирование частоты завершается; если результатом проверки является «нет», это означает, что произошла ошибка подключения квадруполя радиочастотной передачи и программа завершается, в связи с этим, в момент включения питания выполняется быстрое и точное сканирование резонансной частоты.

Следует отметить, что соотношение между заданным первым диапазоном частот, заданным вторым диапазоном частот и заданным третьим диапазоном частот составляет: FS1<FE1=FS2<FE2=FS3<FE3. В одном варианте осуществления монитор тока и мощности 12 устройства управления 10 выполняет сбор сигналов тока для циклического поиска минимального значения тока усилительного устройства 30, циклический поиск можно осуществлять в течение одной минуты, наименьшее значение тока, найденное в течение одной минуты используется в качестве минимального значения тока усилительного устройства 30 для реализации быстрого и точного сканирования резонансной частоты.

В методе управления вышеуказанной цепью источника питания квадруполя радиочастотной передачи используется подробный пошаговый алгоритм программы частотного сканирования с широким диапазоном частот, для квадруполя передач с различными характеристиками емкости, реализуется гибкое переключение стробирования радиочастотного высокого напряжения в высокочастотных и низкочастотных диапазонах, а также автоматическое быстрое и точное сканирование частоты гармоник.

Силовая установка квадруполя радиочастотной передачи, включает цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи, устройство управления 10, которое используется для сканирования резонансной частоты при минимальной потребляемой мощности в соответствии с вышеописанным методом управления.

В частности, конкретная структура цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи показана в вышеуказанных вариантах осуществления и на прилагаемых чертежах, генератор синусоидальных колебаний 20, а именно генератор синусоидального сигнала DDS, под действием устройства управления 10 с помощью генератора синусоидальных колебаний 20 можно генерировать синусоидальные сигналы различной частоты. В одном варианте осуществления, в соответствии с рабочими потребностями времяпролетного масс-спектрометра, использующего квадруполь радиочастотной передачи 70, генератор синусоидальных колебаний 20, в частности, может генерировать синусоидальные сигналы в трех различных частотных диапазонах: высокочастотном диапазоне, среднечастотном диапазоне и низкочастотном диапазоне. В то же время, в цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи данного варианта осуществления установлено несколько радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50 с различными диапазонами частот, под действием устройства управления 10 и первого стробирующего элемента 40 можно выбрать первичную сторону радиочастотного кольцевого магнитного трансформатора 50, соответствующего требуемому диапазону частот для подключения к цепи, а также под действием устройства управления 10 и второго стробирующего элемента 60, можно выбрать вторичную сторону радиочастотного кольцевого магнитного трансформатора 50, соответствующую требуемому диапазону частот для подключения к цепи. Таким образом, одна из цепей источника питания квадруполя радиочастотной передачи подключается к цепи с целью соответствия требованиям к передаче ионов в различном диапазоне масс, а также реализации передачи ионов с малыми массовыми числами не более 20 к ионам с высокими массовыми числами выше 4500.

Кроме этого, в данном варианте осуществления используется аппаратный контур управления с обратной связью по амплитуде с замкнутым циклом, с помощью устройства регулировки обратной связи можно собрать форму выходного сигнала квадруполя радиочастотной передачи 70 в режиме реального времени, если амплитуда высокочастотного напряжения, подаваемого на квадруполь радиочастотной передачи колеблется, она будет компенсироваться обратной связью, таким образом гарантируется, что амплитуда высокочастотного напряжения, подаваемого на квадруполь радиочастотной передачи, является стабильной и освобожденной от интерференции, стабильность амплитуды находится в пределах 0,1%, образуя стабильное и постоянное радиочастотное электрическое поле. Отвод вторичной стороны каждых радиочастотных кольцевых трансформаторов 50 соединен с устройством управления 10, так что напряжение смещения постоянного тока может генерироваться с помощью устройства управления 10 и подаваться на промежуточный отвод на вторичной стороне катушки радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50, тем самым обеспечивая опорное напряжение смещения постоянного тока для радиочастотного переменного высокого напряжение, генерируемое вторичной боковой катушкой радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50.

Во время работы цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи используется подробный пошаговый алгоритм программы частотного сканирования широкого диапазона частот, при различных частотных диапазонах для квадруполя радиочастотной передачи с различными эквивалентными емкостями и соответствующих катушек индуктивности на вторичной стороне радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50 можно выполнять быстрое и точное сканирование резонансной частоты при минимальной потребляемой мощности одним нажатием кнопки. Сначала устройство управления 10 получает заданное значение частоты, данное заданное значение частоты может быть непосредственно введено пользователем в устройство управления 10, или может быть отправлено главным компьютером или пользовательским терминалом, подключенными к устройству управления 10.

После этого управляющее устройство 10, в соответствии с заданным значением частоты управляет первым стробирующим элементом 40 и вторым стробирующим элементом 60 для стробирования различных радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50, выполняет непрерывную регулировку входного сигнала посредством усилительного устройства 30 и, наконец, сканирует и получает резонансную частоту при минимальной потребляемой мощности для обеспечения хорошей адаптивности цепи питания квадруполя радиочастотной передачи.

В одном варианте осуществления, силовая установка квадруполя радиочастотной передачи дополнительно включает корпус, устройство управления 10, генератор синусоидальных колебаний 20, и устройство регулировки обратной связи 80, которые устанавливаются на одной и той же печатной плате главного управления, усилительное устройство 30, первый стробирующий элемент 40, второй стробирующий элемент 60 и несколько радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов 50, которые устанавливаются на одной печатной плате усилителя, печатная плата главного управления и печатная плата усилителя мощности, которые устанавливаются в корпусе.

В частности, в данном варианте осуществления представлено несколько печатных плат усилителя мощности, для облегчения понимания, см. Фиг. 8, в более подробном варианте осуществления представлены 2 печатные платы усилителя мощности, а именно первая печатная плата усилителя мощности 500 и вторая печатная плата усилителя мощности 600, две печатные платы усилителя мощности - это две печатной платы с абсолютно одинаковой структурой и функциями, разница заключается лишь в обмотках радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора 50, применяемых для различных электрических полей высокого напряжения, генерируемых различными квадруполями радиочастотной передачи. Печатная плата главного управления 400, первая печатная плата усилителя мощности 500 и вторая печатная плата усилителя мощности 600 могут удобно вставляются и извлекаются из корпуса 700. В частности, главная печатная плата главного управления 400 осуществляет связь с внешним миром, подает сигналы управления на первую печатную плату усилителя мощности 500 и вторую печатную плату усилителя мощности 600, первая печатная плата усилителя мощности 500 подает радиочастотное электрическое поле высокого напряжения на первый набор квадруполей радиочастотной передачи, а вторая печатная плата усилителя мощности 600 подает радиочастотное электрическое поле высокого напряжения на второй набор квадруполей радиочастотной передачи. В соответствии с различными требованиями к квадруполю радиочастотной передачи первая плата усилителя мощности 500 и вторая плата усилителя мощности 600 могут быть легко спроектированы и произвольно заменены, а также более удобны в обслуживании.

Вышеуказанная силовая установка квадруполя радиочастотной передачи оснащена интегрированной механической конструкцией съемного модуля, за счет которой реализуется быстрая настройка, обслуживание и замена функциональных модулей в соответствии с различными потребностями квадруполя радиочастотной передачи, а также удобна в эксплуатации.

Технические признаки вышеуказанных вариантов осуществления можно комбинировать произвольно. Для обеспечения краткости описания все возможные комбинации технических признаков в вышеуказанных вариантах осуществления не описываются. Однако до тех пор, пока в комбинациях данных технических признаков отсутствуют противоречия, их следует рассматривать как входящие в объем настоящей заявки.

Вышеуказанные варианты осуществления отображают лишь несколько способов реализации данной заявки и их описание является относительно конкретным и подробным, однако данные способы реализации не следует рассматривать как ограничивающие объем настоящей заявки. Следует отметить, что специалисты в данной области техники могут вносить изменения, не выходя за рамки концепции настоящей заявки, и все эти изменения входят в объем защиты настоящей заявки. Следовательно, объем защиты настоящей заявки должен основываться на прилагаемой формуле изобретения.

Группа изобретений относится к области электротехники, в частности к цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи, методу управления и силовой установке, установлены несколько различных радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов, при передаче ионов с различным диапазоном масс и различными массовыми числами за счет первого стробирующего элемента и второго стробирующего элемента выполняется стробирование различных радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов, таким образом, реализуется передача ионов от ионов с малыми массовыми числами к ионам с высокими массовыми числами в чрезвычайно широком диапазоне масс, а также генерируется радиочастотное электрическое поле высокого напряжения, совместимое с различным диапазоном частот с целью достижения хорошей эффективности передачи ионов в широком диапазоне масс и чувствительности прибора; кроме этого, за счет устройства обратной связи реализуется архитектура управления с замкнутым контуром. Технический результат заключается в повышении степени адаптивности и стабильности, что приводит к расширению диапазона применения масс-спектрометра. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи, отличающаяся тем, что включает устройство управления, генератор синусоидальных колебаний, усилительное устройство, первый стробирующий элемент, второй стробирующий элемент, несколько радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов, квадруполь радиочастотной передачи и устройство регулировки обратной связи, устройство управления соединено с генератором синусоидальных колебаний, генератор синусоидальных колебаний соединен с усилительным устройством, усилительное устройство соединено с первым стробирующим элементом, первичная сторона каждого радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора соединена с первым стробирующим элементом, вторичная сторона каждого радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора соединена со вторым стробирующим элементом, второй стробирующий элемент соединен с квадруполем радиочастотной передачи, квадруполь радиочастотной передачи соединен с устройством регулировки обратной связи, устройство регулировки обратной связи соединено с устройством управления, устройство регулировки обратной связи соединено с усилительным устройством, усилительное устройство, первый стробирующий элемент, отвод вторичной стороны каждого радиочастотного магнитного кольцевого трансформатора и второй стробирующий элемент соединены с устройством управления.

2. Цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи по п. 1, отличающаяся тем, что усилительное устройство включает амплитудный модулятор программного управления с переменным коэффициентом усиления, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления и цепь инвертирующего многокаскадного усиления, амплитудный модулятор программного управления с переменным коэффициентом усиления соединен с генератором синусоидальных колебаний и устройством регулировки обратной связи, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления и цепь инвертирующего многокаскадного усиления соединены с амплитудным модулятором программного управления с переменным коэффициентом усиления, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления и цепь инвертирующего многокаскадного усиления соединены с первым стробирующим элементом, цепь неинвертирующего многокаскадного усиления и цепь инвертирующего многокаскадного усиления соединены с устройством управления.

3. Цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи по п. 2, отличающаяся тем, что неинвертирующий многокаскадный усилитель включает неинвертирующий усилитель, усилитель мощности первого каскада и усилитель мощности второго каскада, неинвертирующий усилитель соединен с амплитудным модулятором программного управления с переменным коэффициентом усиления, неинвертирующий усилитель соединен с усилителем мощности первого каскада, неинвертирующий усилитель соединен с усилителем мощности второго каскада, усилитель мощности первого каскада соединен с усилителем мощности второго каскада, усилитель мощности второго каскада соединен с первым стробирующим элементом, неинвертирующий усилитель, усилитель мощности первого каскада и усилитель мощности второго каскада соединены с устройством управления: и/или

цепь инвертирующего многокаскадного усиления включает инвертирующий усилитель, усилитель первого каскада и усилитель второго каскада, инвертирующий усилитель соединен с амплитудным модулятором программного управления с переменным коэффициентом усиления, инвертирующий усилитель соединен с усилителем первого каскада, усилитель первого каскада соединен с усилителем второго каскада, усилитель второго каскада соединен с первым стробирующим элементом, инвертирующий усилитель, усилитель первого каскада и усилитель второго каскада соединены с устройством управления.

4. Цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что устройство управления включает главный контроллер, монитор тока и мощности, стробирующий контроллер и генератор среднего и низкого напряжения, главный контроллер соединен с генератором синусоидальных колебаний, устройство обратной связи соединено с главным контроллером, монитор источника питания мощности и тока, стробирующий контроллер и генератор среднего и низкого напряжения, соответственно, соединены с главным контроллером, монитор источника питания мощности и тока соединены с усилительным устройством, стробирующий контроллер соединен с первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом, генератор среднего и низкого напряжения соединен с отводом вторичной стороны каждого радиочастотного кольцевого магнитного трансформатора.

5. Цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи по п. 4, отличающаяся тем, что устройство регулировки обратной связи включает цепь детектирования, монитор амплитудного значения, цифроаналоговый контроллер и пропорционально-интегральный регулятор, цепь детектирования соединена с квадруполем радиочастотной передачи, цепь детектирования соединена с пропорционально-интегральным регулятором и монитором амплитудного значения, монитор амплитудного значения и цифроаналоговый контроллер соединены с устройством управления, цифроаналоговый контроллер соединен с пропорционально-интегральным регулятором, пропорционально-интегральный регулятор соединен с усилительным устройством.

6. Метод управления цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что включает:

получение заданного значения частоты;

управление первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом в соответствии с заданным значением частоты для стробирования соответствующих радиочастотных кольцевых трансформаторов;

получение резонансной частоты цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи при минимальной потребляемой мощности посредством настройки генератора синусоидальных колебаний и устройства регулировки обратной связи.

7. Метод управления по п. 6, отличающийся тем, что радиочастотный магнитный кольцевой трансформатор включает низкочастотный магнитный кольцевой трансформатор, среднечастотный магнитный кольцевой трансформатор и высокочастотный магнитный кольцевой трансформатор, шаги управления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом в соответствии с заданным значением частоты для стробирования соответствующих радиочастотных кольцевых трансформаторов включают:

сравнение с заданным первым диапазоном частот и его анализ в соответствии с заданным значением частоты;

если заданное значение частоты находится в заданном первом диапазоне частот, то за счет управления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом выполняется стробирование низкочастотными магнитными кольцевыми трансформаторами;

если заданное значение частот не находится в заданном первом диапазоне частот, то выполняется сравнение с заданным вторым диапазоном частот и его анализ в соответствии с заданным значением частоты, а минимальное пороговое значение заданного второго диапазона частот равно максимальному пороговому значению заданного первого диапазона частот;

если заданное значение частоты находится в заданном втором диапазоне частот, то за счет управления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом выполняется стробирование среднечастотных магнитных кольцевых трансформаторов;

если заданное значение частот не находится в заданном втором диапазоне частот, то выполняется сравнение с заданным третьим диапазоном частот и его анализ в соответствии с заданным значением частоты, а минимальное пороговое значение заданного третьего диапазона частот равно максимальному пороговому значению заданного второго диапазона частот;

если заданное значение частоты находится в заданном третьем диапазоне частот, то за счет управления первым стробирующим элементом и вторым стробирующим элементом выполняется стробирование высокочастотных магнитных кольцевых трансформаторов.

8. Метод управления по п. 6, отличающийся тем, что шаги получения резонансной частоты цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи при минимальной потребляемой мощности путем настройки генератора синусоидальных колебаний и устройства регулировки обратной связи, включают:

настройку генератора синусоидальных колебаний и устройства регулировки обратной связи, а также сбор значений тока усилительного устройства в режиме реального времени;

когда получено минимальное значение тока усилительного устройства, выполняется считывание текущей частоты генератора синусоидальных колебаний, а именно резонансной частоты цепи источника питания квадруполя радиочастотной передачи при минимальной потребляемой мощности.

9. Силовая установка квадруполя радиочастотной передачи, отличающаяся тем, что включает цепь источника питания квадруполя радиочастотной передачи, упомянутую в пп. 1-5, устройство управления используется для сканирования резонансной частоты при минимальной потребляемой мощности в соответствии с методом управления, упомянутым в пп. 6-8.

10. Силовая установка квадруполя радиочастотной передачи по п. 9, отличающаяся тем, что также включает корпус, устройство управления, генератор синусоидальных колебаний и устройство регулировки обратной связи, которые устанавливаются на одной и той же печатной плате главного управления, усилительное устройство, первый стробирующий элемент, второй стробирующий элемент и несколько радиочастотных магнитных кольцевых трансформаторов, которые устанавливаются на одной печатной плате усилителя, печатную плату главного управления и печатную плату усилителя, которые устанавливаются в корпусе.