СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1974 года по МПК G06F19/00 

1

Предлагаемое устройство предназначено для первичной обработки данных масс-спектрометров с электростатической разверткой.

Известны цифровые устройства, осуществляющие измерение амплитуды пиков ионных токов и вычисление массового числа.

Эти устройства построены по схемам аналого-цифровых преобразователей с обратной связью и нереверсивным счетчиком, включающие схему сравнения, преобразователь коднапряжение, счетчик и блок управления.

Недостатком таких устройств является низкая помехоустойчивость; случайное увеличение сигнала на вершине пика, вызываемое помехами, фиксируется устройством как полезный сигнал.

Известны устройства, содержащие блок усреднения с счетчиком, в которых для повып1ения помехоустойчивости использовано усред-, пение измеренного значения.

Однако такие устройства сложны из-за применения в блоке усреднения реверсивного накопительного счетчика большой емкости в режиме параллельного сумматора.

Целью изобретения является упрощение схемы устройства при помехоустойчивом измерении амплитуды масс-спектрометрического пика.

В предлагаемом устройстве эта цель достигается за счет проведения усреднения лишь

той части амплитуды пика, которая может изменяться под действием помех.

Для этого в устройство введены донолнительный тригер, счетный вход которого соединен с выходом младших разрядов счетчика преобразователя, а единичный выход - с преобразователем код-напряжение, первый элемент «И, входы которого соединены с нулевым выходом триггера и блоком управления,

а выход-с входом старших разрядов счетчика преобразователя, и второй элемент «И, входы которого соединены с выходами младших разрядов счетчика, а выход - с нулевым входом триггера.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) накапливающего типа с обратной связью, блока усреднения и

блока уиравления.

АЦП включает схему сравнения 1, соединенную с выходом преобразователя код-наиряжение (ПКН) 2, на котором действует напряжение Locj пропорциональное коду в счетчике 3 АЦП. связанном с ПКН кодовыми шинами.

Счетчик 3 состоит из младших 4 и старших 5 разрядов. Емкость младших разрядов 4 равна числовому эквиваленту двойной амплитуды

действующих на выходе масс-спектрометра

помех. Между младшими и старшими разрядами счетчика 3 установлен доиолиительный триггер 5, управляющий ячейкой ГЩН 2 с «весом, равным «весу первого из разрядов о счетчика 6. Нулевой выход триггера b связан с входом иервого элемента «И /, второй вход которого соединен с олоком унравления, а выход - с входом разрядов а счетчика о элемента «И 8, соединенного с выходами младших разрядов счетчика о и факсируюш,его момент заноминания их наноловиау. йыход разрядов 4 счегчика б соединен со счетным входим триггера и. i актовые имнульсы на счетчик о HOCTyuaioT но шине У из олока управления iU.

ьлок усреднения состоит из каскадно включенных счетчиков ii и 12. i актовые имнульсы в счетчик i 1 нодаются из Олока унравления но шмне id. Ьход счетчика iZ донолнительно связан с выходом элемента «И 14, входы которого соединены с олоком уиравления. Код на регистрацию выдается с выходов счетчика 12 и разрядов о счетчика 3. При этом единица из старшего разряда счетчика 12, аналогичная единице триггера 5, неред регистрацией нередается на вход разрядов 5 счетчика 3 но шине 15.

Блок управления 10, связаиный по первому (шина 1о) и второму выходам с блоком усреднения, по третьему (шина 9) с входом младших разрядов 4 счетчика 3 и по четвертому с элементом «И 7, а но входу со схемой сравиения 1, выполняет операции оонаружения ника, нахождения его центра и фиксирует число циклов усреднения при измерении амплитуды ника.

Устройство работает следующим образом.

При запуске на левый вход схемы сравнения 1 подается напряжение (Увх с выходного электрометрического усилителя масс-спектрометра. Импульсом сброса (цепь сброса на чертеже не показана) в разрядах 4 счетчика 3 устанавливается код порогового напряжения запуска.

При превышении входным сигналом порогового значения (сигнал на шине 16) устройство переводится в режим поиска вершины пика и формирования числового эквивалента его амплитуды. При этом из блока управления 10 по шине 9 тактовые импульсы в моменты поступают на вход разрядов 4 счетчика 3. Первое переполнение младших разрядов 4 устанавливает триггер 6 в «1, а при последующем их заполнении на половину их емкости на выходе элемента «И 8 появляется сигнал, который возвращ.ает триггер 6 в «О. При этом единица переноса через элемент «И 7 поступает на вход разрядов 5 счетчика 3. Так как «веса единицы первого из старших разрядов 5 и триггера 6 одинаковы, то напряжение t/oc при этом не изменяется.

Очередное нереполнение разрядов 4 счетчика 3 вызывает переход триггера 6 в «1, а сигнал элемента «И 8 возвращае- его в «О и т. д.

в момент достижения вершины ника, определяемый блоком унравления lU, элемент «ii У запирается, и на разряды 4 счетчика 3 и триггер U, изолированные теперь от остальной части счетчика , независимо от состояния схемы сравнения i нодаются по шине У тактовые имнульсы. При этом осуществляется развертывающее нреойразование изменяемой части амплитуды, ria счетчики 11 и 12 имнульсы проходят но шине и лишь при наличии сигнала на шине ш нри ивх(ос.

1аким ооразом, за время занолнения разрядов 4 (с учетом триггера 6 на его выходе), определяющее интервал между очередными измерениями амплитуды, на накапливающий счетчик поступает число имнульсов, соответствующее числовому эквиваленту изменяемой части амплитуды пика.

Так как емкость младших разрядов 4 вдвое превышает амплитуду помех, а триггер запасает единицу при заполнении блока перед началом усреднения менее, чем наполовину, то при возможном уменьшении сигнала на максимальную величину помехи, занимать единицу переноса из старших разрядов 5 счетчика 3 не требуется. Бели зафиксироваиное значение сигнала в младших разрядах 4 превышает половину коэффициента заполнения, то триггер 6 находится в положении «О и передавать единицу переноса в старшие разряды 5 при возможном увеличении сигнала на величину помехи также не требуется.

Емкость счетчика И равна числу циклов измереиия амплитуды, поэтому в счетчике 12 накапливается усредненное значение младших разрядов числового эквивалента амплитуды пика.

При вычислении массового числа реализуется схема вычислительного аналого-цифрового преобразователя, в котором выполнение операции деления совмещается с аналого-цифровым преобразованием. Для этого на левый вход схемы сравнения 1 подается напряжение t/ош а ПКП 2 запитывается от напряжения развертки Up. В момент равновесия имеет место равенство

и - м Р

ор

7V - :

f/0

t/n

где Л - код в счетчике 3, М коэффициент заполнения счетчика; С -постоянная, т. е. при соответствующем выборе С код в счетчике соответствует массовому числу.

Для удОбства регистрации при вычислении массового числа счетчик 12 включается через разрешенный блоком 10 элемент «И 14 на параллельную работу с младшими разрядами 4 счетчика 3.

Предмет изобретения

Специализированное вычислительное устройство, содеожащее схему сравнения, соединенную с преобразователем код-напряжение и входом блока управления, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим входам блока усреднения, а третий - к младшим разрядам счетчика преобразования, выход старших разрядов которого подключен к преобразователю код-напряжение, а вход - к выходу блока усреднения, отличающеес я тем, что, с целью упрощения устройства, в него дополнительно введены триггер, счетный вход которого соединен с выходом младших разрядов счетчика преобразования, а единичный выход - с преобразователем коднапряжение, первый элемент «И, к одному входу которого подключен четвертый выход блока управления, к другому - нулевой выход триггера, а к выходу -вход старших разрядов счетчика преобразователя, и второй элемент «И, входы которого соединены с выходами младших разрядов счетчпка преобразования и соответствующим входом преобразователя код-напряжение, а выход - с нулевым входом триггера.