Устройство питания квадрупольного масс-анализатора Советский патент 1989 года по МПК H01J49/42 

фиг.1

Изобретение относится к технике масс-спектрометрии и можат быть использовано для модер шэацки и создания новых квадрупольньгх (монополь- ных) масс-спектрометров с линейной шкалой MacCj стабильным отношением

постоянных напряжений к амплитуде

.rf

переменного --- ) , постоянной

азрешающей способностью во всем диапазоне сканируемых масс, и является усовершенствованием известного устройства по авт, св. № 917237,

Целью изобретения является повышение линейности выходного напряжения устройства.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства на фиг, 2 - эпюры токов д и напряжений в различных точках схемы.

Первый и второй выходы генерато ра 1 напряжения высокой частоты подключены соответственно к первой и вто- 25 рой парам электродов и масс-анализа- тора 2 о Выход емкостного делителя 3 подключен к входу детектора 4, нагру-. . женного на делитель 5 постоянных напряжений, К управляющемувходу гене- JQ ратора 1 подключен выход усилителя 6, на вход которого от источника 7 опорного напряжения5 генератора 8 пилообразного напряжения и делителя 5 подаются через операционные сопротивления 9-12 сигналы. На вход инвертирующего усилителя 13 подключен регулируемый выход U/V детектора 4, причем вход и ;, выход инвертирующего усилителя 13 подключены- к электродам масс-анализато- Q pa 2 через дроссели 14 и 15 соответственно. Второй емкостной делитель 16 подключен входом к первой паре электродов масс-спектрометра 2, а выходом - к входу пикового детектора 17, первый выход которого подключен к первому входу дифференциального . усилителя 18, второй вход которого подключен к выходу второго детектора 19, первый вход которого подключен . к входу детектора 4, второй и третий входы - к третьему и четвертому выходам блока 20 оптоэлектронной развязки,, первьй выход которого подключен к аноду диода детектора 4, а второй- к верхней точке переменного резисто ра делителя 5 постоянных напряжений. Первый и второй блокировочные конденсаторы 21 и 22 подключены между

35

45

55

д

5 . Q , Q.

5

45

общей шиной и выводами дросселей 14 и 15, подключенными к инвертирующему усилителю 13. Регулируемый выход U/V является клеммой индикации а.е.м.. Устройство работает следующим образом.

В начальном состоянии на выходах генератора 1 напряжения высокой частоты, детектора 4 и второго детектора 19 напряжения равны нулю, и развертка масс не производится. На вход усилителя 6 в зависимости от рода работы (развертка ручная, автоматическая, программная от ЭВМ) через соответствующие операционные сопротивления 9-11 подается управляющее напряжение положительной полярности. Усилитель 6 представляет собой суммирующий усилитель с отрицательной обратной связью, которая подается через сопротивление 12 с первого нерегулируемогсГ выхода детектора 4, и может работать как от одного, так и от нескольких источников управляющих напряжений.

Для развертки масс в определенном диапазоне и получения линейной шкалы масс управляющее напряжение для формирования амплитуды переменного напряжения должно изменяться по линейному закону. Линейное напряжение с (Выхода усилителя 6 подается на управляющий вход генератора 1 напряжения высокой частоты. Высокочастотное напряжение вида ±V-cosu)t, амплитуда которого изменяется по линейному закону, с первого и второго выходов генератора 1 подается на первый.и второй электроды масс-анализатора 2, а также на первый и второй емкостные делители 3 и 16 соответственно. С выхода емкостного делителя 3 переменное напряжение подается на вход детектора 4 и первый вход второго детектора 19, причем параметры второго детектора 19 аналогичны параметрам детектора 4.

5 . Q , Q .

55

Одновременно с выхода второго емкостного делителя 16 переменное напряжение поступает на вход пикового детектора 17,который введен для получения линейного напряжения постоянного тока, пропорционального амплитуде переменного напряжения V. С первого выхода пикового детектора 17 линейное опорное напряжение подается на второй вход дифференциального усилителя 18, на первый вход которого -, поступает нелинейное напряжение с выхода второго детектора 19. С целью приведения к одинаковому масштабу напряжений пикового детектора 17 и второго детектора 19 расчет делителя нагрузки второго детектора 19 производится таким образом, чтобы при развертке последней 200-й а.е.м. на выходе делителя быпо напряжение U , равное напряжению U,- с первого выпряжение -U, которое с

лируемого выхода

10

17 и

17

и,

9

хода пикового детектора (фиг. 2а) .

Разность ли, между линейным на- пряжением и„ и нелинейным напряжением и,в усиливается дифференциаль15

30

ным усилителем 18 (фиг. 2б), с выхода которого напряжение , UU подается на первый вход блока 20 опто- 20 электронной развязки.

Блок оптоэлектронной развязки содержит две одинаковые по параметрам диодные оптопары. Первая оптопара, на вход которой подается с выхода дифференциального усилителя 18 нели-. нейное напряжение U,g , предназначена для компенсации нелинейного тока детектора 4. Вторая оптопара, на вход которой подается линейное опорное напряжение с в ( .рого выхода пикового детектора 17, в; едена для учета нелинейной зависимости выходного тока оптопары от входного напряжения вых .f(U0). При этом ня нагрузке второго детектора 19 формируется нелинейное напряжение , образуемое суммарньм нелинейным током детек- тор.а la, и нелинейным выходным током второй оптопары. Диодные оптопары работают в фотодиодном режиме. Выходной фотодиод первой оптопары блока 20 подключен параллельно верхнему постоянному резистору делителя 5 детек35

40

и

--- дет

тупает на вход инвертир теля 13, через второй ра дроссель 15 - на вторую родов масс-анализатора индикации а.е.м. устр дикации массовых чисел п шкале. С выхода инверти лителя 13 напряжение +U рез первый развязывающи 14 на первую пару элект анализатора 2, куда под менно е напряжение с вых ра 1 .

При отклонениях напр выходе детектора 4 эти и наковы как для -и, так и чем достигается высокая питающих напряжений.

В отличие от известн ва, где стабилизация амп 25 осуществляется нелинейны ем с выхода детектора, мом устройстве стабилиз дится линейным отрицател жением -и с первого вых 4, подаваемым через опер противление 12 на вход и сравнивается с опорны щим напряжением, которо пать с источника 7 пита тора В пилообразного на ЭВМ. Разность между упр пряжением и линейным на ратной связи с первого в тора 4 воздействует на тора 1 так, чтобы с тре тью свести к минимуму о ных напряжений. За счет лагаемом устройстве дос лее высокая линейность

тора 4, через который протекает рабо- 45 ременного напряжения V.

Предлагаемое устройс вает развертку спектра ная с любой массы диапа

чий нелинейный ток детектора 1-, из- меняющийся по закону 3/2 (фиг. 2в).

Компенсация нелинейности тока 1 детектора 4 осуществляется выходным током первой диодной оптопары 1 50 (фиг. 2г), который прямо пропорционален усиленной разности напряжений и,в Ku,g ли, и суммируется с током 1а детектора 4 при соблюдении одинакового масщтаба токов. Таким образом, 55 в нагрузке детектора 4 протекает суммарный ток, изменяющийся по линейному закону фиг. 2д), а на резисторах делителя 5 формируется линейное,напряжение -U, которое

лируемого выхода

и

---

10

15

30

20

. -035

40

тупает на вход инвертирующего усилителя 13, через второй развязьшающий дроссель 15 - на вторую пару электродов масс-анализатора 2 и на индикации а.е.м. устройства для индикации массовых чисел по линейной шкале. С выхода инвертирующего усилителя 13 напряжение +U поступает через первый развязывающий дроссель 14 на первую пару электродов масс- анализатора 2, куда подводится пере- менно е напряжение с выхода генератора 1 .

При отклонениях напряжения -U на выходе детектора 4 эти изменения одинаковы как для -и, так и для +11, чем достигается высокая симметрия питающих напряжений.

В отличие от известного устройства, где стабилизация амплитуды V 25 осуществляется нелинейным напряжением с выхода детектора, в предлагаемом устройстве стабилизация производится линейным отрицательным напряжением -и с первого выхода детектора 4, подаваемым через операционное сопротивление 12 на вход усилителя 6, и сравнивается с опорным управляющим напряжением, которое может поступать с источника 7 питания, генератора В пилообразного напряжения или ЭВМ. Разность между управляющим напряжением и линейным напряжением обратной связи с первого выхода детектора 4 воздействует на вход генератора 1 так, чтобы с требуемой точностью свести к минимуму отличие указанных напряжений. За счет этого в предлагаемом устройстве достигается более высокая линейность амплитуды переменного напряжения V.

Предлагаемое устройство обеспечивает развертку спектра MacCj начиная с любой массы диапазона.

Ф Ормула изобретения

Устройство питания квадрупольного масс-анализатора по авт. св. № 917237, от.личающееся тем, что, с целью повышения линейности выходного напряжения устройства, в него введены нагрузка первого детектора в виде трех постоянных и одного переменного резисторов, второй

i /

4 д i 1 А Л Л А Л

Изобретение от эсится к технике масс-спёктрометрии ,Дс,аь изобретения - повышение линейности выходного напряжения устройства. Устройство содержит генератор 1 высокой частоты с клеммами для подключения электр адов массг спектрометра, два детектора 4 и 19 и делитель 5 напряжения. К входу генератора 1 подключен усилитель 6, на вход которого подаются сигналы от источника 7 опорного напряжения, генератора 8 пилообразного напряжения и напряжения обратной связи с делителя 5. Постоянное выходное напряжение снимается также с делителя 5. Повышение линейности амплитуды на выходе устройства достигается за счет то го, что линейное отрицательное напряжение и с выхода детектора 4 подается на вход усилителя 6 и сравнивается с напряжениями источника 7 или генератора 8. Их разность управляет режимом работы генератора 1 так, чтобы с требуемой точностью свести к минимуму отличия указанных напряжений. 2 ил.