Устройство для исследования молекулярных пучков Советский патент 1983 года по МПК H01J49/26 

Изобретение относится к области массоспектрометрии модулированных молекулярных. пучков.

Известно устройство для исследования молекулярных пучков, которое работает следующим образом. Атомарный кислород в смеси с инертным газом из источника поступает в виде молекулярного пучка в проточный реактор , Б зону реакции которого вводится пучок стабильных углеводородов, а продукты реакции поступают в источник инов массоспектрометра, содержащего в качестве детектора вторичный электронный умножитель. Выходные импульсы умножителя преобразуются нормализатором импульсов, содержащим импульсный усилитель и дискриминатор. Для повышения чувствительности детектирование осуществляется с помощью системы синхронного счета ионов, содержащей фазовый детектор и счетчики ионов.з При этом модуляция химической реакции осуществляется импульсами генератора и прерывателем, который управляет формирователем разряда и по дает импульсы на формирователь сигналов, управляюгдай фазовым детектором.. Фазовый детектор коммутирует импульсы от электронного умножителя в два счетчика ионов, информация из которых поступает в память 1 шогоканального анализатора l.

К недостаткам данного устройства относятся наличие двух каналов счета с увеличенной разрядностью, отсутствие .текущей оценки амплитуды модулированной составляющей, что приводит к непроизводительным иотерям времени, так как не позволяет оператору контролировать заданные параметры (период модуляции, величи ну фазового сдвига, время синхрон-М ного детектирования ), а также увеличение погрешности измерения за сч регистрации неинформативных участков сигнала (области переходного ;; процесса ), так как устройство осуществляет лишь фазовый сдвиг на периоде модуляции, а не выбор участков регистрации.

Известно также устройство для .исследования молекулярных пучков, содержащее ЭВМ, формирователь пучка прерыватель с приводом, массоспектрметр, генератор, формирователь сигналов и самописец. Устройство работает в двух режимах. В первом устройство осуществляет выделение сигнала из шума, когда массоспектромет настроен на определенное массовое число, во втором устройство производит регистрацию и обработку модулированчой составляющей заданных участков масс-спектра. Исследуемое вещество в виде молекулярного пучка, модулированного прерывателем, поступает в массоспектрометр. Опорный сигнал от прерывателя поступает на переключатель каналов формирователя сигналов. Последний формирует в ЭВМ сигналы, соответствующие началу и концу съема отсчетов ЭВМ по каналу интенсивности..При этом вырабатываются две пары сигналов. Одна из них относится к той области измеряемого сигнала, где присутствует, сумма модулированной составляющей и фона (участок сигнал4-фон другая - к области, где модулирован,ная составляющая отсутствует (участок фон ),

Участки сигнал+фон и фон Нравны по длительности. На участке сигнал+фон ЭВМ- последовательно суммирует данные от аналого-цифрового преобразователя (АЦП/, расположенного в канале измерения интенсивности , с содержимым ячеек массива накопления. На участке фон ЭВМ производит операцию вычитания, съем отсчетов от АЦП производится между сигналами начала и конца соответствующего участка. В результате работ устройство обеспечивает выделение сигнала из смеси фона и шума, осуществляя в процессе выделения индикцию и регистрацию как текущей оценки амплитуды модулированной составляющей, так и контроль и оптимизацию заданных оператором параметров t

Недостатками указанного ус- ройства являются невозможность выделения слабых периодических сигналов в диапазоне малых ионных токов 1(Г -10 А, т. е.в том. случае, когда полезный сигнал определяется единицами ионов на несколько секунд, значительньай объем оборудования, . включающий высокопроизводительную ЭВМ, и, кроме того, непроизводительные потери времени, связанные с подготовкой ЭВМ к работе и ее тестированием.

Цель- изобретения - повышение чув ствительности и уменьшение объема оборудования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для исследования молекулярных пучков, содержащее формирователь пучка, преры- ватель с приводом, массоспектрометр генератор, формирователь сигналов и самописец, введены нормализатор импульсов, реверсивный счетчик ионо с узлом управления реверсор, индикатор, цифро-аналоговый преобразователь , счетчик периодов модуляцйИ с индикатором и цифро-аналоговым преобразователем, делительное устройство и пульт .управления, при этом вход узла программного управления формирователя-сигналов соединен с пультом управления, один из выходов узла коммутации формирователя сигналов соединен с самописцем, другой - со счетчиком периодов

модуляции,, к выходам которого подключены индикатор и цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен с делительным устройством, выход узла сравнения формирователя сигнгшов подключен к первому входу узла управления реверсом, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика ионор, ко второму входу которого подключен выход нормализатора импульсов, вход которого подключен к выходу электронного умножителя массоспектрометра, а выходы реверсивного счетчика подключены к входам индикатора и цифро-аналогового преобразователя, к выходу которого подключено делительное устройство,, соединенное с входом самописца.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит формировател 1 пучка, прерыватель 2 с приводом 3, массоспектрометр 4, нормализатор 5 импульсов, узел б управления реверсом, реверсивный счетчик 7 ионов, индикаторы 8 и 9, цифро-аналоговые преобразователи 10 и 11, делительное устройство 12, счетчик 13 периодов модуляции, самописец 14 генератор 15, пульт 16 и формирователь 17 сигналов) содержащий переклк)чатель 18 каналов, делитель 19 частоты, узел 20 коммутации, формирователи 21 стробов, узел 22 сравнения и узел 23 программного управления, причем прерыватель 2 с приводом 3 соединён с формирователем 1 пучка, массоспектрометром 4 и переключателем каналов 18, связанным с генератором 15 и формирователями 21 стробов, узел 22 сравнения соединен с формирователями 21 стробов, узлом :6 управления реверсом, узлом 20 коммутации и узлом 23 программного управления, связанным с пультом 16, делителем 19 частоты и узлом 20 коммутации , который соединен с самописцем 14, счетчиком 13 периодов модуляции и через делитель 19 частоты с генератором 15, реверсивный счетчик 7 ионов, связанный с узлом б управления реверсом, подключен с одной стороны к нормализатору 5 импульсов, соединенному с электронным умножителем массоспектрометра 4, а с другой стороны связан с индикатором 8 и цифро-аналоговым преобразователем 10, соединеным с делительны устройством 12, выход которого связан с самописцем-14, а счетчик 13 периодов модуляции .соединен с ин дикатором 9 и цифро-аналоговым преобразователем 11, выход, которого подключен к делительному устройст ву 12.

Предлагаемое устройство ндботает следующим образом.

Исследуемое вещество в виде молекулярного пучка, модулированного преобразователем 2 поступает в массоспектрометр 4. Массоспектрометр настроен на определенное массовое число. Полезный сигнал, подлежащий измерению и выделению из фона, присутствует на выходе электронного. умножителя массоспектрометра в первую половину периода модуляции и частично может захвативать вторую половину вследствие наличия рассеяния и теплового распределения скоростей, молекул.

Кроме того, имеет место запаздывание во времени вследствие конечности скорости частиц пучка и амплитудно-фазовых искажений в тракте сигнала. Таким образом, выходной сигнал массоспектрометра содержит как участки полезной информации о сигнале, так и неинформативные участки. Исключение их осуществляется формирователем сигналов 17 аналогично прототипу.

В предлагаемом устройстве сигналы от узла 22 сравнения поступают на вход узла 6 управления реверсом реверсивного счетчика 7 ионов и через узел 20 коммутации - в счетчик 13 периодов модуляции. По этим сигналам реверсивный счетчик включается или на сложение импульсов от нормализатора 5 (.участок входного сигнала сигнал+фон ) или на их вычитание (участок входного сигнала фон ).

Накопленная реверсивным счетчиком сумма преобразуется цифро-аналоговым преобразователем 10 в напряжение , которое поступает на вход делительного устройства 12. На гой вход этого устройства поступает напряжение с цифро-аналогового преобразователя 11, подключенного к счетчику 13 периодов модуляции. Результирующий сигнал, представляющий собой текущую оценку амплитуды модулированной составляющей, вы.водится на самописец 14, который включается на запись по си-гналам узла 20 коммутации, формируемым делителем 19 частоты. Период вывода, начало и конец процесса регистрации, так же как и значения делительнос тей стробов, задаваемых в узел 22 сравнения, вводятся оператором с пульта 16.,

Предлагаемое стройство позволяет сократить объем оборудования путем исключения многоканального анализатора (или ЭВМ) и двухканальной системы счета ионов, повысить чувствительность и .точность измерения при исследовании молекулярных пучков в диапазоне ионных токов использованием счетчика ионов и исключения неинформатИвных участков , сократить непроизводительные 5 10154 отери времени в результате наличия текущей оценки амплитуды модулированной составляющей, что позволяет правильно выбрать режимы работы (.период модуляции, величины стробов, число циклов накопления) one-5 ратору и своевременно остановить процесс детектирования по достижению необходимого отношения сигнал/шум, а так же сократить непроизводительные потери времени, связанные с10 запуском и тестированием ЭВМ, 55 Результаты испытаний показали, что предлагаемое техническое {Решение по сравнению с известными дает существенный положительный эффект, эаключающийся в сокращении времени измерения амплитуды полезного сигнала на 10-15%, в уменьшении числа каналов накопления с 2 до 1, в уменьшении необходимой разрядности канала накопления примерно в 1,5 раза, в /экономии другого оборудова-ния.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПУЧКОВ, содержащее фор 1Ф1рователь пучка, соедииенНЕЛЙ с пре рывателем с приводом, массоспектрометр, генератор, формирователь сигн лов и самописец, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения объема аппаратуры, в него введены нормализатор импульсов, реверсивный счетчик ионов с узлом управления реверсом, индикатор, цифро-аналоговый преобразователь, счетчик периодов юдyляtU1И с индикатором и цифроаналоговым преобразователем, делительное устройство и пульт управления, при этом рход узла программного управления формирователя сигналов соехшнен с пультом управления, один из выходов узла коммутации формирователя сигналов соединен с самописцем, другой - со счетчиком периодов модуляции к выходам которого подключены индикатор и цифро-аналоговый . преобразователь, выход которого соединен с делительньв устройством, выход узла сравнения формирователя сигналов подключен к первому входу узла управления реверсом, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика ионов, ко второму входу которого подключен выход нормализатора импульсов, вход которого подключен к выходу электронного умножителя массоспектрометра, а выходы реверсивного счетчика подключены к входам индикатора и цифроаналогового преобразователя, к вьисоду которого подключено делительное устройство, соединенное с входом самописца.