Устройство питания анализатора квадрупольного масс- спектрометра

 

1. УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ АНАЛИЗАТОРА КВАДРУПОЛЬНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА , содержащее генератор высокой частоты, выход которого соединен с первым входом контурной системы, ое аэованной индуктивностью повылающей обмотки трансформатора,,емкостыб квадрупольного анализатора и подстроечным конденсаторами, устройство , формирования постоянной составляющей напрязкения, выход которого соединен с выходом контурной системы, со стержнями квадрупольного анализатора и входами высокочастотного детектора, дифференциальный усидитель, первый вход которого соединен с основным выходом высокочастотного детектора а выход - с управляющим уходом геве-г ратора высокой частоты, Генератор управляющего напряжения, выход которого подключён к второму входу дифференциального усилителя и управляющему входу устройства формирования постоянней составляющей напряжения, и источник питания генератора высокой частоты, выход которого подключен через токосьемный резистор к второму входу контурной систеки, отличаю щеес я тем, что, с целью повьшёния симметрии выходных высокочастотных напряжений и уменьшения коэффициента1 нелинейных искажений в широком диапазоне изме нения выходных напряжений, в него дополнительно введены влок управления величиной индуктивности контурной схемы и два управляекедх конденсатора , подключенные между выходами контурной системы и общей шиной масс-спектрометра,. С5лок управления величиной их емкости., входы которого соединены с основным и дополнительным выходами высокочастотного детектора, выходы подключены к входам управляемых конденсаторов, один вход блока управления величиной индуктивности контурной системы подключен к выходу генератбра управляющего напряжения, второй - к второму входу контурной системы, а выход - к управляющему входу контурной системы. 2..Устройство по п. 1, отличающее с .я тей, что управляемые конденсаторы выполнены в виде последовательно соединенныхконденсатора постояннойемкости и О. варикапа, а блок управления величиной их емкости содержит дифференциX альный усилитель с парафазными выхсг4 дами, которые соединены с аарикапаtm , а входы подключены к основному DO 4i Ю и дополнительному выходам высокочастотного детектора. 3. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что в контурную систему дополнительно введена обмотка подмагничивания, один из выводов которой служит управляющим входом контурной системы, а второй Соединен с общей шиной масс-спект рометра , блок управления величиной индуктивности контурной системы содержит дополн.ительный дифференциальный усилитель, выход которого соединен с первым выводом обмотки подмагничивания , первый вход подключен к выходу детектора, вход которого соединен с

ОФ (11) СООЗ СООЕТСНИХ

РВИ Д

РЕСПУБЛИК

Юр Н 01Ю 49/42

1.

1: с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОБУСНОМУ СВИД,ЕТЕЛЬСТ@У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ОО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3472037/18-21 (22) 16.07. 82 (46) 30. 12.83. Бюл. 9 48 (72) С.A.Øàáîòåíêî и A.A.Евстифеев (71) Московский ордЕна Трудового

Красного Знамени инженерно-физичес кий институт (53) 621.384(088.8) (56) 1. Патент CltlA В 4214160, кл. 250/292, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

9 54 3864, кл. С 01 М 27/62, 1977 (прототип). (54) (57 ) 1. УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ АНАЛИЗАТОРА КВАДРУПОЛЬНОГО MACC-СПЕКТРОМЕТРА, содержащее генератор высокой частоты, выход которого соединен с первым входом контурной системы, образованной индуктивностью повышающей обмотки трансформатора,,емкостью квадрупольного анализатора и подстро» ечными конденсаторами, 1гстройство ", формирования постоянной составляющей напряжения, выход которогб соединен с выходом контурной системы, со стержнями квадрупольного анализатора и входами высокочастотного детектора, . дифференциапьный усилитель, первый вход которого соединен с основным выходом высокочастотного детектора, а выход — с управляющим входом генератора высокой частоты, генератор управляющего напряжения, выход кото рого подключен к второму входу дифференциального усилителя и управляющему входу устройства формирования, постоянной составляющей напряжения, и источник питания генератора высокой частоты, выход которого подключен через токосьемный резистор к второму входу контурной системы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения симметрии выходных высокочастотных напряжений и уменьшения коэффициента нелинейных- искажений в широким диапазоне изменения выходных напряжений, в него дополнительно введень| блок управлении величиной индуктивности контурной схемы и два управляемых конденсатора, подключенные между выходами контурной системы и.общей шиной масс-спектрометра,. блок управления величиной их емкости, входы которого соединены с основным и до полнительным выходами высокочастотного детектора, выходы подключены к входам управляемых конденсаторов, один вход блока управления величиной индуктивности контурной системы подключен к выходу генератора управ- ляющего напряжения, второй - к вто- Е рому входу контурной системы, а вы,ход - к управляющему входу контурной системы.

2.,устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с .я тем, что управляемые конденсаторы выполнены в виде Q последовательно соединенных конденсатора постоянной емкости и варикапа, а блок управления величиной их емкости содеркит дифференци-„ альный усилитель с парафаэнымн выходаьы, которые соединены с аарикапами, а входы подключены к основному и дополнительному выходам высокочастотного детектора.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в контурную систему дополнительно введена обмотка подмагничивания, один иэ выводов которой служит управляющим входом контурной системы, а второй соединен с общей шиной масс-спектрометра, блок управления величиной иидуктивности контурной системы содержит дополнительный дифференциальный усилитель, выход которого соединен с первым выводом обмотки подмагничивания, первый вход подключен к выходу детектора, вход которого соединен с

1064349 дом дополнительного дифференциального усилителя, а вход с выходом генератора уйравляющего напряжения. вторым входом контурной системы, и функциональный преобразователь, выход которого соединен с вторым вхо1 а

Изобретение относится к электрон- матически подстраивать симметрию при ным генераторам напряжения вида

+ (У+Чсозю1) и предназначено для ис- .напряжений, так как при этом иэменяпольэования в квадрупольной масс- ются параметры контурной системы, спе кт роме трии . 5 при изменении которых возрастает

Известны устройства питания ана- коэффициент нелинейных искажений, . лиэатора квадрупольного масс-спект- растет потребляемая генератором рометра с раздельным формированием, высокой частоты мощность. составляющей и переменной составляю- Наиболее близким к предлагаемому щей Ч выходного напряжения, содер- 0 по технической сущности является устжащие генератор высокой частоты, ройство питания анализатора квадро вырабатывающий переменную составляю-; польного масс-спектрометра, содержащую V с контурной системой, образо- . щее генератор высокой частоты, выход ванно и и индуктивностью повышающей которого соединен с первым входом ованной инобмотки трансформатора, емкостью .15 контурной системы, образован квадрупольного анализатора и емкос- дуктивностью повышающей обмотки транс тями подстроечных конденсаторов. форматора, емкостью квадрупольного

Ам а генератора высокой часто- анализатора и подстроечными конденплитуда г н ми ования ты стабилизируется при помощи обрат- саторами, устройство формир в ной связи, в цепь к епь которой включены постоянной составляющей напряжения, высокочастотный детектор и диффе- 20 выход которого соединен с выходом ренциальный усилитель. Использование контурной системы со стержнями квадконтурной системы обеспечивает не- рупольного анализатора и вход мн большое потребление мощности и умень- высокочастотного детектора, дифферен- . шает коэффициент нелинейных искаже- циальный усилитель, первый вход коний. устройство формирования постоян- >5 торого соединен с основным выходом но ой составляющей напряжения U выпол- . высокочастотного детектора, а выняется в виде стабильных высоковольт- ход — с управляющим входом генерат— оных усилителей постоянного тока либо ра высокой частоты, генератор управуправляемых стабилизаторов постоян- ляющего напряжения, выход которого ного напряжения„Они обладают высо- 30 подключен к второму входу дифференкой стабильностью выходных напряже- циального уоилителя и управляющему ний U, линейностью амплитудной харак- входу устройства формирования постотеристики и, кр м и кроме того . в них ис- янной составляющей напряжения, и

У . ь ются ст ойства автосимметриро- . источник питания генератора- высокой вания напряжений + 0 относительно об-. 35 частоты, выход которо д ого по ключен щей шины масс-спектрометра. через токосъемный резистор к второму входу контурной системы C2), достоинствами устройств питания Недостатками известного устройстанализаторов кваДРУпольных масс- ва являются асимметрии выходных спектРометРов ЯвлЯютсЯ высокаЯ ста- . высокочастотных напряжений и значи40: бильнбсть параметров U ×, Л=0у Ч, Bblco тельные нелинейные искажения в р иакаЯ степень симметрии напрйжений паэоне изменения выходных напряй е« U и малое вРеми УстановлениЯ выход- ний ных напряжений, причем данные досто- Цель изобретения — повышение инства наиболее существенно пРоЯвлЯ- симметрии выходных высокочастотных ютсЯ пРи изменении выходных напрЯже- 45 напряжений устройства питания анали. ний О и Ч в широком диапазоне Г1 3 затора квадрупольного масс-спектроОднако в данных устройствах руч- метра и ум ньшение коэффициента неная подстройка, дифференциальными линейных искажений в широком диапаконДенсаторами не поэвоЛЯет пРОизво- : зоне изменения выходных напряжений, масс спект-, Поставленная цель достигается ование напряжений + Ч 50 относительно общей шины масс-спектто в стройство питания анарометра с погрешностью ст ойства лизатора кв адрупольного масс-спект рометра содержащее генератор высохарактериэуются невозможностью авто- рометра, 1064349 кой частоты, выход которого подключен к первому входу контурной системы, образованной индуктивностью повыаающей обмотки трансформатора, емкостью квадрупольного анализатора и подстроечными конденсаторами, устройство формирования постоянной составляющей напряжения, выход которого соединен с выходом -контурной системы, со стержнями квадрупольного анализатора и входами высокочастотного детектора, дифференциальный усилитель, первый вход которого подключен к основному выходу высокочастотного детектора, а выход — к управляющего входу генератора высокой 15 частоты, генератор управляющего напряжения, выход которого подключен к второму входу дифференциального усилителя и управляющему входу устройства формирования постоянной сос 2О тавляющей напряжения, и источник питания, соединенный с вторым входом контурной системы через токосъемный резистор, дополнительно введены блок управления величиной индуктивности 25 контурной схемы и два управляемых конденсатора, включенных между выходами контурной системы и общей шиной масс-спектрометра, блок управления величиной их емкости, выходы которого соединены с управляющими входами управляемых конденсаторов, а входы подключены к основному и дополнительному выходам высокочастотного детектора, и блок управления величиной индуктивности контурной системы, выход которого подключен к управля1ощему входу контурной системы, один вход подключен к выходу генератора управляющего напряжения, а второй вход — к второму входу контурной 40 системы.

Управляемые конденсаторы выполнены в виде последовательно соединенных конденсатора постоянной емкости и варикапа, а блок управления 45 величиной их емкости содержит дифференциальный усилитель с парафазными выходами, которые соединены с варикапами, а входы подключены к основному и дополнительному выходам высокочастотного детектора.

Блок управления величиной индуктивности контурной системы содержит дополнительный дифференциальный усилитель, выход которого соединен., 55 с первым выводом обмотки подмагничиI вания, дополнительно введенной в контурную систему, второй выход которой соединен с общей шиной массспектрометра, а первый вход подклю-. чен к выходу детектора, вход которого соединен с вторым входом контурной системы, и функциональный преобразователь, выход которого .подключен к второму входу дополнительного диф-. ференциального усилителя, а вход - к 65 выходу генератора управляющего напря . ж.ения.

Предлагаемое устройство обеспечи- . вает автоматическое симметрирование выходных высокочастотных напряжений относительно общей шины масс-спектрометра с более высокой точностью и в широком диапазоне изменений выходных напряжений, что достигается эа счет использования следящей отрицательной обратной связи, в цепь которой включены высокочастотный детектор с двумя выходами — датчик асимметрии напряжений, дифференциальный усилитель с парафазными выходами усилитель рассогласования и управляемые конденсаторы — исполнительные элементы. Кроме того, увеличение коэффициента нелинейных искажений, вызванное уходом контурной системы иэ резонанса вследствие изменения емкостей управляемых конденсаторов и изменения параметров контурной системы, в предлагаемом устройстве компенсируется за счет автоматической настройки резонанса контурной системы в широком диапазоне изменения выходных напряжений при помощи отрицательной обратной связи следящей эа величиной тока потребления генератора высокой частоты, в цепь которой включены токосъемный резистор с детектором — датчик величины реального тока потребления, дополнительный дифференциальный усилитель усилитель рассогласования, функциональный преобразователь с генератором управляющего напряжения, вырабатывающий сигнал, пропорциональный току потребления генератора высокой частоты при резонансе контурной системы и различных напряжениях на ней, опорный элемент и обмотка подмагничивания - исполнительный элемент.

На чертеже представлена структурная схема устройства питания анализатора квадрупольного масс-спектрометра.

Устройство питания анализатора квадрупольного масс-спектрометра содержит генератор 1 высокой частоты, выход которого подключен к контурной системе 2, выход которой вместе с выходом устройства 3 формирования постоянной составляющей напряжения подключены к стержням 4 квадрупольиого анализатора, высокочастотный детектор 5 через дифференциальный усилитель 6 с парафаэными выходами подключен к управляемым конденсаторам 7, входы дифференциального усилителя 8 подключены к генератору 9 управляющего напряжения, а источник 10 питания генератора высокой частоты через токосъемный резистор 11 подключеH к детектору 12, выход которого соединен с дополнительным дифференциальным уси1064349 в сторону увеличения емкости, другого - в сторону уменьшения) до тех пор, лоха не будет скомпенсирован начальный разбаланс емкостей и

НЕ установится требуемая симметрия напряжений +V и -Ч

Емкость управляемых конденсаторов 7 (С„и С„) равна

"2 лителем 13, второй вход которого подключен к функциональному преобразователю 14.

Устройство питания анализатора квадрупольного масс-спектрометра работает следующим образом.

Генератор 1 высокой частоты, подключенный к первому входу контурной системы 2, вырабатывает высоковольтное высокочастотное напряже- 10 ииеЧсоэш, амплитуда Ч которого стабилизируется при помощи отрицательной обратной связи, в цепь которой включены высокочастотный детектор 5 и дифференциальный усилитель 8. Вхо- 5 ды высокочастотного детектора 5 соединены с выходами контурной системы 2, а основной выход высокочастотного детектора 5 подключен к одному иэ входов дифференциального усилителя 8, выход которого соединен с управляющим входом генератора 1 высокой частоты. Управление выходным напряжением генератора высокой частоты осуществляется напряжением генератора 9 управляющего напряжения, отсюда выход которого подключен к второму входу дифференциального усилителя 8.

Формирование постоянной составляющей. О осуществляется при помощи устройства 3 формирования постоянной составляющей напряжения, в котором приняты меры по стабилизации и автосимметрированию выходных напряжений.

Управление выходным напряжением устройства 3 формирования постоянной, 35 составляющей напряжения осуществляется выходным напряжением генератора 9 управляющего напряжения, выход кото, рого соединен с управляющим входом устройства 3 формирования постоянной 4() составляющей напряжения. Выходы контурной системы 2 и устройства 3 формирования постоянной составляющей напряжения подключены к стержням квадрупольного анализатора 4, подаю вая на них напряжение (U+Vcosaut)

+ относительно общей шины масс-спектрометра. Автосимметрирование пере- . менных составляющих выходного напряжения + Ч иЧ, снимаемых с выходов

1 2 контурной системы 2, осуществляет- ся при помощи управляемых конденсаторов 7, включенных между выходами контурной системы 2 и общей шиной масс-спектрометра, Выходные посто 55 янные напряжения с основного и допол-5 нительного выходов высокочастотного детектора 5, пропорциональные выходным высокочастотнйм напряжениям +Ч„ и -Ч2, подаются на входы дифференциального усилителя 11 60 с парафазнымн выходами, выходные сигналы которого, пропорциональные асимметрии высокочастотных напряжений, изменяют величины емкостей управлемьн конденсаторов (одного - 65 где С - емкость высоковольтного конЬ денсатора постоянной емкости °

" начальная емкость варикапа, 0

4 (Ч) - изменение емкости варикапа; а С6 - Условие малого сигнала для

> Co (Ч) варикапа.

Максимальный разбаланс емкостей, компенсируемый устройством, равен дС (Y) ДС (Ч)

С+С 1+ =(iC6 1 0 +ЬС, 6 С . 6 С йсо(Ч)

ДС=2С6

Со

Изменение емкостей управляемых конденсаторов 7 и параметров контурной системы 2 при сканировании спектра масс. приводит к тому, что контурная система 2 выходит из резонанса и, следовательно, растет коэффициент нелинейных искажений, который может увеличиться до недопустимого уровня, и также мощность, потребляемая генератором 1 высокой частоты. Уменьшение нелииейных искажениЯ высокожас=.: тотного напряжения осуществляется путем изменения индуктивности контурной системы 2 и поддержания самой контурной системы 2 в резонансе.

Для этого сигнал, пропорциональный потребляемому генератором 1 высокой частоты току, с токосъемного резистора 11 подается на детектор 12, с выхода которого поступает на первый вход дополнительного дифференциального усилителя 13. Опорным сигналом, подаваемым на второй вход дополнительного дифференциального усилителя 13, служит напряжение, пропорциональное току потребления генерато- . ра 1 высокой частоты при резонансе контурной системы 2 и формируемое функциональным преобразователем 14, на вход которого подается напряжение с генератора 7 управляющего напряжения, Напряжение сшибки с выхода дополнительного дифференциального усилителя 13 подается на управляющий вход контурной системы 2, к которому подключен оДин иэ выводов дополнительной обмотки под

7 1064349 8

Составитель С.Шитов

Редактор Ю.Ковач Техред И.Кузьма Корректор H.ìócêà

Заказ 10540/53 Тираж 703 Подпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобрЕтений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4 магннчивания, а другой — к общей шине масс-спектрометра. Изменение величины постоянного тока в обмотке .подмагничивания, вызванное выходным напряжением дополнительного дифференциального усилителя 13, приводит к измевению величины магнитной проницаемости сердечника, а следовательно, и индуктивности контурной системы 2. Функциональный преобразователь 14 формирует опорное напряжение, .пропорциональное току потреб- ления генератора 1 высокой частоты при резонансе контурной системы 2.

Функциональная связь между током потребления генератора 1 высокой 15 частоты и. напряжением генератора 9 управляющего напряжения находится экспериментально и формируется при помощи днодных прес бразовате- . лей.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет эа счет использования управляемых конденсаторов автоматически симметрировать выходные высокочастотные напряжения с высокой точностью (погрешность не более 0,01В) и в широком диапазоне изменения выходных напряжений. увеличение нелинейных искажений, вызванное изменениями емкостей управляемых конденсаторов и параметров контурной системы, компенсируется путем автоматической подстройки в резонанс контурной системы в широком диапазоне изменения выходных напряжений, Вследствие этого становится возможным получение более высвкой разреаающей способности квадрупольного масс-спектрометра беэ ухудшения его чувствительнбсти в широком диапазоне анализируемых масс.