DE1673252A1

DE1673252A1 - Circuit arrangement for converters of the nth power, especially for mass spectrometers

Info

Publication number: DE1673252A1
Application number: DE19671673252
Authority: DE
Inventors: Llewellyn Peter M
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1966-02-21
Filing date: 1967-02-20
Publication date: 1971-09-23
Also published as: FR1512025A

Description

Schaltungsanordnung für Wandler n-ter Potenz» insbesondere für MassenspektrometerCircuit arrangement for converters of the nth power »in particular for mass spectrometers

Priorität: 21. Februar I966 - 7. St. v. Amerika - Ser. No. 528 949Priority: February 21, 1966 - 7th St. America - Ser. No. 528 949

Die Erfindung betrifft allgemein tandemgeschaltete Hallsonden, mit denen eine Ausgangsgröße proportional der η-ten Potenz einer bestimmten Magnetfeldstärke erzeugt werden kann, und verbesserte Massenspektrometer, in denen eine solche Schaltungsanordnung verwendet wird, um eine lineare Wobbelung in Masseneinheiten zu erhalten. Die Verwendung von η tandemgeschaltenen Hallsonden zur Erzielung einer Ausgangsgröße proportional H ist besonders brauchbar zur Erzielung der Massenwobbelung eines magnetischen Massenspektrometer s, jedoch nicht hierauf beschränkt; bei dieser speziellenThe invention relates generally to tandem-connected Hall probes, with which an output variable proportional to the η-th power of a certain magnetic field strength can be generated, and improved Mass spectrometers in which such circuitry is used to obtain linear sweep in units of mass. The use of η tandem-connected Hall probes to achieve an output proportional to H is particularly useful for achieving the mass sweep of a magnetic mass spectrometer s, but not limited to; at this particular one

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Anwendung kann eine Ablesung der Massen der zu untersuchenden Substanzen erzielt werden, die eine lineare Punktion der Masseneinheiten in einen weiten Meßbereich ist, so daß die Spektrum-Analyse, -Kalibrierung und »Interpretation erheblich erleichtert werden.In the application, a reading of the masses of the substances to be examined can be achieved, which is a linear puncture of the mass units in a wide measuring range, so that the spectrum analysis, calibration and interpretation is made considerably easier will.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Widerstandsnetzwerk dazu zu verwenden, eine Ausgangsgröße zu erzeugen, die proportionalIt has already been proposed to add a resistor network to this to use to produce an output that is proportional

α der η-ten Potenz einer Eingangsgröße ist, wobei η größer als eins ist· Es ist bereits vorgeschlagen worden, dieses Hetzwerk dazu zu verwenden, die Massenwobbelung eines zykloiden Massenspektrometer zu kontrollieren, um eine Wobbelung der Massenspektrometer-Ausgangsgröße zu erzielen, die in Masseneinheiten-Trennung der zu analysierenden Partikel linear sein würde. (Yergl. gleichzeitig eingereichte Anmeldung ........ der Anmelderin, Anwaltsakte T1 P111 D)₀ α is the η-th power of an input quantity, where η is greater than one It has already been proposed to use this network to control the mass sweep of a cycloid mass spectrometer in order to achieve a sweep of the mass spectrometer output which is expressed in units of mass -Separation of the particles to be analyzed would be linear. (Yergl. Application filed at the same time ........ by the applicant, attorney's file T1 P111 D) ₀ Ein solches Widerstandsnetzwerk kann zwar diese Aufgabe erfüllen, die gewünschte Linearität für Wobbelungen des Magnetfeldes in großen Magnetfeldbereichen in der Größenordnung von 1 kG bis 10 kGSuch a resistor network can indeed fulfill this task, the desired linearity for wobbling of the magnetic field in large magnetic field areas of the order of 1 kG to 10 kG

ν wird jedoch nicht ganz erreicht·However, ν is not quite reached

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei in das zu wobbelnde Magnetfeld eingetauchte Halleffekt-Halbleiter oder -Kristalle derart zusammengeschaltet, dass die AusgangsspannungIn a preferred embodiment of the invention, two are included in the to be wobbled magnetic field immersed Hall effect semiconductor or -Crystals interconnected in such a way that the output voltage

des ersten Kristalls als Eingangsgrösse für den zweiten dient, so dass die Aus gangs spannung des zweiten Kristalls proportional dem Quadrat der Magnetfeldstärke ist. Die Verwendung von einem oderof the first crystal serves as the input variable for the second, see above that the output voltage of the second crystal is proportional to the Square of the magnetic field strength. The use of an or

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mehreren Hallkristallen als kombinierte Feldfühler und Wobbel-Wandler n-ter Potenz in einem Hagnetfeldregulator mit geschlossener Schleife für ein Massenspektrometer ist besonders vorteilhaft, weil damit besonders leicht lineare Ablesungen der Massen-Spektren ermöglicht werden, die sonst entsprechend einer willkürlichen Punktion der Masseneinheiten abgelesen werden müssten. Sine solche lineare Massenwobbelung von zykloiden Massenspektrometern hat grosse praktische Vorteile, und es haben sich Massenspektren ergeben, die, gesehen in Masseneinheiten, grundsätzlich linear in sehr weiten Bereichen sind, beispielsweise 10 bis 2000 Masseneinheiten, so dass eine automatische Aufzeichnung solcher Spektren auf vorkalibrierten Medien ermöglicht ist, beispielsweise Papierstreifen, so dass viele zeitaufwendige und mühsame Arbeiten vermieden werden, die bisher zur Kalibrierung aufgezeichneter Spektren aufgewendet werden mussten.several Hall crystals as a combined field sensor and wobble converter The nth power in a magnetic field regulator with a closed loop for a mass spectrometer is particularly advantageous because it is special easy linear readings of the mass spectra are made possible, which otherwise correspond to an arbitrary puncture of the mass units would have to be read. Sine such linear mass sweep of Cycloid mass spectrometer has great practical advantages and it mass spectra have resulted which, seen in mass units, are basically linear in very wide ranges, for example 10 to 2000 mass units, so that such spectra can be automatically recorded on pre-calibrated media, for example Paper strips, so that a lot of time-consuming and tedious work can be avoided that was previously used to calibrate recorded spectra had to be expended.

Durch die Erfindung soll ein Magnetfeldfühler verfügbar gemacht werden, der eine Ausgangsgrösse proportional der η-ten Potenz der Stärke des Magnetfeldes liefert, und eine solche Sonde in Verbindung mit einem Massenspektrometer verwendet werden, um eine Wobbelung des Spektrometers hervorzurufen, die in Masseneinheiten linear ist, so dass die Analyse, Kalibrierung und Interpretation von Massenspektren erleichtert ist.The invention is intended to make a magnetic field sensor available, which supplies an output variable proportional to the η-th power of the strength of the magnetic field, and such a probe in conjunction with a Mass spectrometers can be used to produce a sweep of the spectrometer that is linear in mass units so that the Analysis, calibration and interpretation of mass spectra is facilitated.

Durch die Erfindung wird ein Magnetfeldfühler verfügbar gemacht, der aus einer Anzahl η von Halleffekt-Halbleitern oder -Kristallen od.dgl. besteht, wobei die Ausgangsgrösse eines Kristalls als EingangsgrosseThe invention makes a magnetic field sensor available that from a number η of Hall effect semiconductors or crystals or the like. consists, with the output size of a crystal as the input size

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für den nächsten dient, so dass eine Ausgangsgrösse erzeugt wird, die proportional der η-ten Potenz der Eingangsgrösse, dem magnetischen Feld ist.for the next one, so that an output variable is generated, which is proportional to the η-th power of the input variable, the magnetic field.

Erfindungsgemäss wird ferner ein Magnetfeldfühler in einer Magnetfeldregulatorschal tung verwendet, wobei die Ausgangsgrösse des Feldfühlers in einem Fehlerdetektor mit einer linear veränderlichen Bezugswobbeleingangsgrösse verglichen wird, um eine Fehlerspannung zur Erzeugung einer linearen Wobbelung der η-ten Potenz der Stärke des Magnetfeldes zu erzielen.According to the invention there is also a magnetic field sensor in a magnetic field regulator shell device is used, with the output of the field sensor in an error detector with a linearly variable reference sweep input is compared to an error voltage to produce a linear sweep of the η-th power of the strength of the To achieve magnetic field.

Erfindungsgemäss werden diese Merkmale mit einem Massenspektrometer kombiniert, um ein Ausgangsspektrum zu erhalten, das eine lineare Wobbelung in Masseneinheiten aufweist, so dass die Kalibrierung, Analyse und Interpretierung der aufgezeichneten Massenspektren erleichtert ist.According to the invention, these features are identified with a mass spectrometer combined to obtain an output spectrum that has linear sweep in units of mass so that the calibration, Analysis and interpretation of the recorded mass spectra is facilitated.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen: Fig· 1 ein schemetisches Blockschaltbild eines MagnetfeldfühlersFurther features and advantages of the invention emerge from the following description in conjunction with the drawing; show it: Fig. 1 is a schematic block diagram of a magnetic field sensor

und Wandlers n-ter Potenz gemäss der Erfindung} Fig. 2 ein Schaltbild einer Magnetfeld-Kontroll- oder Wobbel-Schaltung mit Merkmalen der Erfindung;and converter of the nth power according to the invention} Fig. 2 is a circuit diagram of a magnetic field control or wobble circuit with features of the invention;

Fig. 3 ein detaillierteres Schaltbild der Feldwobbel-Steuerschaltung nach Fig. 2 in Kombination mit einem zykloiden Massenspektrometer) Figure 3 is a more detailed circuit diagram of the field sweep control circuit according to Fig. 2 in combination with a cycloid mass spectrometer)

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Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines Magnetfeld-Wobbel- und Spektrometersystems mit Merkmalen der Erfindung; undFig. 4 is a schematic block diagram of another embodiment a magnetic field sweep and spectrometer system incorporating features of the invention; and

Fig. 5 ein detaillierteres Schaltbild der Schaltung naoh Fig. 4·Fig. 5 is a more detailed circuit diagram of the circuit shown in Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild für die erfindungsgemässe Magnetfeld-Fühl- und Wandfer-Schaltung 1 dargestellt. Der Wandler 1 besteht aus einer Anzahl η von Halleffekt-Halbleitergeräten oder -Kristallen, die derart zusammengeschaltet sind, dass die Ausgangsspannung eines Hallkristalls an die Eingangsklemmen des nächsten Hallkristalls geführt wird, der in ähnlicher Weise i» gleichen Magnetfeld angeordnet ist. Sie Ausgangsspannung des η-ten Hallkristalls ist proportional der η-ten Potenz der Magnetfeldstärke H.In Fig. 1 is a schematic block diagram for the inventive Magnetic field sensing and Wandfer circuit 1 shown. Of the Converter 1 consists of a number η of Hall effect semiconductor devices or crystals, which are interconnected in such a way that the output voltage of a Hall crystal to the input terminals of the Next Hall crystal is guided, which is arranged in a similar manner in the same magnetic field. You output voltage of the The η-th Hall crystal is proportional to the η-th power of the magnetic field strength H.

Ein Halleffekt-Halbleiter hat eine Ausgangsspannung 7, , die proportional ist dem durch den Kristall fliessenden Strom multipliziert mit der Stärke der Magnetfeldkomponente rechtwinklig zum Strom. Genauer gesagt, die Ausgangsspannung 7. ist proportional IxB. Wenn also die Ausgangsspannung des ersten Hallkristalle, die proportional ist IxB als Strom in den zweiten Hallkristall eingespeist wird, dann ist die Ausgangsspannung des zweiten HallkristallsA Hall effect semiconductor has an output voltage 7, which is proportional is the current flowing through the crystal multiplied by the strength of the magnetic field component perpendicular to the current. More precisely, the output voltage 7. is proportional to IxB. So if the output voltage of the first Hall crystals that is proportional IxB is fed into the second Hall crystal as a current then is the output voltage of the second Hall crystal

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proportional B oder H . Ein Magnetfeldfühler gemäss.Fig. 2, bei dem η » 2, der durch die Tandemschaltung von zwei Hallkristallen gebildet wird, ist besonders vorteilhaft als Magnetfeldfühler zur Bildung linearer Wobbelungen proportional dem Quadrat des gefühlten Magnetfeldes.proportional B or H. A magnetic field sensor according to Fig. 2, at the η »2, which is formed by the tandem connection of two Hall crystals is particularly advantageous as a magnetic field sensor for Formation of linear wobbles proportional to the square of the sensed magnetic field.

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Die ^Hallkristalle sind besonders geeignet zur Erzielung einer präzisen linearen Wobbelung des Feldes, weil die Hallkristalle in der Grössenordnung von 0,1 ^i des Magnetfeldes in weiten Bereichen des Magnetfeldes, beispielsweise dynamischen Bereichen von 1OO/1 linear sind. Halleffektkristalle sind bereits zur Regelung der Magnetfeldstärke verwendet worden. Ein typisches Beispiel einer solchen Schaltung ist in der älteren Anmeldung V 25 185 VIIIb/21c der Anmelderin beschrieben worden«The ^H allkristalle are particularly suitable for achieving precise linear sweep of the field, because the Hall crystals of the order of 0.1 ^ i of the magnetic field in a wide range of the magnetic field, for example, the dynamic ranges of 1OO / 1 are linear. Hall effect crystals have already been used to regulate the strength of the magnetic field. A typical example of such a circuit is described in the applicant's earlier application V 25 185 VIIIb / 21c «

In Fig. 2 ist ein Schematisches Schaltbild eines Magnetfeldwobblers dp gestellt, bei dem der Feldfühler und Wandler nach Fig. 1 dargestellt ist, wobei η β 2. Genauer gesagt, der Feld-Fühler-Wandler ist im Magnetfeld eines Elektromagneten 4 untergebracht, der von einer Magnetstromversorgung 5 über einen Serien-Feld-Regulator 6 erregt wird, der dazu dient, den Strom zum Magneten 4 so zu kontrollieren, dass die Stärke des Magnetfeldes im Spalt des Magneten verändert wird.In Fig. 2 is a schematic circuit diagram of a magnetic field wobbler dp set, in which the field sensor and transducer shown in FIG where η β 2. More precisely, the field-probe transducer is accommodated in the magnetic field of an electromagnet 4, which is supplied by a magnetic power supply 5 via a series field regulator 6 is excited, which serves to control the current to the magnet 4 so that the strength of the magnetic field in the gap of the magnet is changed.

Die Ausgangsspannung des Feldwandlers 1 zweiter Potenz, die proportional ist dem Quadrat des Magnetfeldes B, wird über den Rückführweg 7 an eine Eingangsspannung eines Fehlerdetektors 8 geliefert, in dem sie mit einer Bezugsspannung Y verglichen wird, die von einer Wobbeiquelle 9 erhalten wird, die von einem Potentiometer gebildet wird, das mit einer Reihenschaltung von Batterien 11 mit Mittenanzapfung gebildet wird.The output voltage of the field converter 1 second power, which is proportional is the square of the magnetic field B, is supplied via the return path 7 to an input voltage of a fault detector 8, by comparing it with a reference voltage Y given by a Wobbeiquelle 9 is obtained, which is formed by a potentiometer with a series connection of batteries 11 with Center tap is formed.

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Bie Ausgangsspannung E des Fehlerdetektors 8 wird an den Eingang eines Verstärkers geführt, in dem sie verstärkt und dann an den Eingang des Serienregulators 6 geführt wird, um das Magnetfeld B auf einen Wert zu regeln, der der Bezugsspannung 7 entspricht· Eine Wobbelung der Bezugsspannung 7 ergibt eine magnetische Wobbelung, die proportional dem Quadrat der Magnetfeldstärke ist.The output voltage E of the error detector 8 is applied to the input an amplifier, in which it is amplified and then fed to the input of the series regulator 6 in order to generate the magnetic field B to regulate to a value that corresponds to the reference voltage 7 A wobble of the reference voltage 7 results in a magnetic wobble which is proportional to the square of the magnetic field strength.

Die Schaltung nach Fig. 2 ist also besonders geeignet zur Erzeugung von linearen Wobblungen einer Magnetfeldstärke zum Quadrat. Wenn auch zur Vereinfachung der Erläuterung die Schaltung nach Fig. 2 mit Gleichstrombetrieb dargestellt ist, ist das nicht unbedingt erforderlich. Tatsächlich wird die Verwendung von niederfrequenten Spannungen sowohl für die Bezugsspannung V als auch die Ausgangsspannung V des Hall-Fühlers bevorzugt, weil bei Verwendung von Wechselspannungen Gleichstrom-Drifterscheinungen leichter vermieden werden können.The circuit according to FIG. 2 is therefore particularly suitable for generation of linear wobblings of a magnetic field strength squared. Even if the circuit according to FIG. 2 is used to simplify the explanation is shown with direct current operation, this is not absolutely necessary. Indeed, the use of low frequency Voltages for both the reference voltage V and the output voltage V of the Hall sensor is preferred because it is easier to avoid direct current drift phenomena when using alternating voltages can be.

In Fig. 3 ist die Magnetfeld-Regulatorschaltung zweiter Potenz nach Fig. 2 in Kombination mit einem zykloiden Massenspektrometer dargestellt, das daduroh gekennzeichnet ist, dass es eine Maseen-Ausgangsgrösse proportional der zweiten Potenz der Magnetfeldstärke hat. Eine Niederfrequenz-Konstantstrom-Quelle 15 liefert einen Wechselstrom mit einer Frequenz von beispielsweise 1200 Hz an den Stromeingang 16 des ersten Hallkristalle 17 über Leitung 18 und Reihenwiderstand 19. Der Halleffektkristall 17 ist im Magnetfeld des Spalts 21 eines kräftigen Elektromagneten 22 angeordnet, wie durchIn Fig. 3, the magnetic field regulator circuit is second power after Fig. 2 is shown in combination with a cycloid mass spectrometer, which is characterized by the fact that it is a Maseen output variable proportional to the second power of the magnetic field strength. A low frequency constant current source 15 provides one Alternating current with a frequency of 1200 Hz, for example, to the current input 16 of the first Hall crystals 17 via line 18 and Series resistance 19. The Hall effect crystal 17 is in the magnetic field of the Gap 21 of a powerful electromagnet 22 arranged as by

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die unterbrochenen Linien dargestellt ist, die zum Spalt des Magneten führen.the broken lines are shown leading to the gap of the magnet.

Eine Hall-Ausgangs spannung wird am Anschluss 23 abgenommen und der Primärwicklung 24 eines Trenntransformators 25 zugeführt, um eine Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung 26 des Trenntransformators 25 zu erzeugen· Die Primärwicklung 24 wird durch einen Kondensator abgestimmt, und parallel zu ihr liegt ein Temperaturkompensationswiderstand 27 mit einem Temperaturkoeffizienten, der dem Temperaturkoeffizienten des Widerstands des Hall-Kristalls 17 angepasst ist, um Wärmeeffekte im Hallkristall zu kompensieren.A Hall output voltage is picked up at connection 23 and the primary winding 24 of an isolating transformer 25 is supplied to an output voltage in the secondary winding 26 of the isolation transformer 25 · The primary winding 24 is tuned by a capacitor, and in parallel with it is a temperature compensation resistor 27 with a temperature coefficient which corresponds to the temperature coefficient of the resistance of the Hall crystal 17 is adapted to compensate for heat effects in the Hall crystal.

Genauer gesagt, die abgestimmte Primärwicklung 24 ist auf Resonanz bei der Niederfrequenz abgestimmt, so dass sie eine sehr hohe Parallelimpedanz verglichen mit der Impedanz des Widerstandes darstellt, so dass die Spannung über der Primärwicklung 24 durch die Spannung bestimmt wird, die über dem Temperaturkompensationswiderstand 27 steht. Durch Anpassung des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes 27 an den effektiven Widerstand des Hallkristalls wird die Ausgangsspannung über der Sekundärwicklung des Trenntransformators 25 temperaturkompensiert und wird proportional zur Magnetfeldstärke im Spalt 21 des Magneten.More precisely, the matched primary winding 24 is at resonance tuned at the low frequency so they have a very high parallel impedance compared to the impedance of the resistor so that the voltage across the primary winding 24 is determined by the voltage across the temperature compensation resistor 27 stands. By adapting the temperature coefficient of resistor 27 to the effective resistance of the Hall crystal the output voltage across the secondary winding of the isolating transformer 25 is temperature compensated and is proportional to the magnetic field strength in gap 21 of the magnet.

Der Reihenwiderstand 19 ist ein Präzisionswiderstand mit einem variablen Abgriff 27 zum Abgreifen einer variablen Gegenspannung, die über Trenntransformator 28 in Reihen-Gegenschaltung mit derThe series resistor 19 is a precision resistor with a variable tap 27 for tapping a variable counter voltage, which is connected via isolating transformer 28 in series counter circuit with the

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Halleffekt-^Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung 26 des ersten Trenntransformators 25 transformiert wird. Der Primärkreis 31 des Trenntransformators 28 ist auf die Niederfrequenz abgestimmt, um dem Widerstand 19 eine hohe Impedanz darzubieten. Die Gegenspannung vom Widerstand 19 wird in der Sekundärwicklung 32 des Transformators 28 transformiert und dient dazu, die Spannung von dem Hallkristall 17 auszulöschen. Durch Einstellung des Eontaktes wird ein Fehlersignal entsprechend der Differenz zwischen der Ausgangsspannung der Hallkristall-Schaltung 17 und der Gegenspannung erzeugt, die dem Unterschied zwischen der Hagnetfeldstärke im Bereich des Hallkristalle 17 und irgendeinem anderen Wert des Magnetfeldes entspricht, der dafür sorgt, dass die vom Hallkristall erzeugte Spannung gerade gleich der Spannung ist, die durch die Stellung des. Abgriffkontaktes 27 ausgewählt ist. Der Kontakt 27 dient also als Primärfeldwähler zur Auswahl einer Hagnetfeldstärke, die über das Fehlersignal durch die Rückführschleife verfolgt wird. ^A Hall Effect usgangsspannung in the secondary winding 26 of the first isolation transformer 25 is transformed. The primary circuit 31 of the isolation transformer 28 is tuned to the low frequency in order to present the resistor 19 with a high impedance. The counter voltage from the resistor 19 is transformed in the secondary winding 32 of the transformer 28 and serves to extinguish the voltage from the Hall crystal 17. By setting the Eontaktes an error signal corresponding to the difference between the output voltage of the Hall crystal circuit 17 and the counter voltage is generated, which corresponds to the difference between the magnetic field strength in the area of the Hall crystals 17 and any other value of the magnetic field that ensures that the Hall crystal The voltage generated is just the same as the voltage selected by the position of the tapping contact 27. The contact 27 thus serves as a primary field selector for selecting a magnetic field strength that is tracked via the error signal through the feedback loop.

Das Primärfeld-Kontroll-Fehlersignal wird dem Eingang eines Verstärkers mit hoher Stromverstärkung zugeführt, beispielsweise einem Operationsverstärker von Burr-Brown, Modell 1513* Der Ausgang des Verstärkers 33 wird in die Primärwicklung 34 eines Aufwärtstransformators 35 eingespeist, der ein Aufwärtstransformationsverhältnis von beispielsweise 1» 10 hat· Der Ausgangsstrom des Transformators 3 von beispielswäse 10 aA wird in den Stromeingang 37 des zweiten Hallkristalls 38 eingespeist, der ebenfalls im Hagnetfeld des Spalts 21 des Elektromagneten 22, wie durch den unterbrochenen Kreia mit der Führungslinie zum Hagnetspalt 21 angedeutet ist, angeordnet ist·The primary field control error signal is applied to the input of an amplifier with high current gain, for example a Burr-Brown operational amplifier, model 1513 * The output of the amplifier 33 is fed to the primary winding 34 of a step-up transformer 35 which has a step-up transformation ratio of for example 1 »10 has · The output current of the Transformer 3 of for example 10 aA is in the power input 37 of the second Hall crystal 38 fed, which is also in the magnetic field of the gap 21 of the electromagnet 22, as by the broken circles with the guide line to the magnet gap 21 is indicated, is arranged

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Wiθ bei der Schaltung des ersten Hallkristalls 17 steht die Ausgangsapannung des zwiten Hallkristalls 38 über der abgestimmten Primärwicklung 39 eines Trenntransformators 41, um in der Sekundärwicklung ein· Aus gangs spannung proportional dem Quadrat der Magnetfeldstärke im Bereich der beiden Hallkristalle zu erzeugen· Ein Temperaturkompensationswiderstand 43, wie bereits in Verbindung mit dem ersten Hallkristall beschrieben, ist über die Primärwicklung des Transformators 41 geschaltet, um Wärmeeffekte im Hallkristall 38 zu kompensieren·Wiθ in the connection of the first Hall crystal 17 is the output voltage of the second Hall crystal 38 via the tuned primary winding 39 of an isolating transformer 41 to in the secondary winding input · output voltage proportional to the square of the magnetic field strength to be generated in the area of the two Hall crystals · A temperature compensation resistor 43, as already in connection with the first Hall crystal described, is connected across the primary winding of the transformer 41 in order to compensate for thermal effects in the Hall crystal 38

Ein». Wobbel-Bezugsspannung 7 steht in Reihe mit der Sekundärwicklung 42 des zweiten Hallkristall-Transformators 4I· Die Bezugsspannung 7 wird yon einem Potentiometerabgriff 43 erhalten, der über der Sekundärwicklung 44 eines Transformators 45 liegt, dessen Primärwicklung rariabel über Teilen von Reihenschlusswiderständen 47 angeschlossen ist, die in Reihe mit dem Strompfad des ersten Hallkristalls 17 über Leitung 18 liegen und ein Spannungsteilernetzwerk bilden· Eine variable Einstellung des Potentiometerabgriffe 43 führt eine Bezugswechselspannung V variabler Grosse in den Fehlerdetektor 8 ein, der durch den Reihenzweig gebildet wird, der die Sekundärwicklung 42 und Wobbel-Bezugsepannungsquelle 9 »it Potentiometer gebildet wird. Der Ausgangs-A". The wobble reference voltage 7 is in series with the secondary winding 42 of the second Hall crystal transformer 4I · The reference voltage 7 is obtained from a potentiometer tap 43 which is located above the secondary winding 44 of a transformer 45, the primary winding of which Rariabel connected via parts of series resistors 47 which are in series with the current path of the first Hall crystal 17 via line 18 and form a voltage divider network · A variable Adjustment of the potentiometer tap 43 introduces a reference alternating voltage V of variable magnitude in the error detector 8, which the series branch is formed, which the secondary winding 42 and Wobbel reference voltage source 9 »is formed by the potentiometer. The starting kreis de· zweiten Hallkristalls 38 bildet den Bückführweg 7, mit demThe circle of the second Hall crystal 38 forms the return path 7 with which

2 die von B abhängige Hall spannung in den Fehlerdetektor 8 eingeführt2 the Hall voltage dependent on B introduced into the error detector 8

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Das Fehlersignal E , das durch den Unterschied zwischen der Bezugs-Wobbelspannung Y und der Ausgangsspannung des zweiten Hallkristalls gebildet wird, wird dem Eingang eines Wechselstromverstärkers 48 mit hoher Eingangsimpedanz zugeführt, in dem es verstärkt und einem Ein» gang eines phasenempfindlichen Detektors 49 zugeführt wird.The error signal E represented by the difference between the reference wobble voltage Y and the output voltage of the second Hall crystal is formed, the input of an AC amplifier 48 with high input impedance, in which it is amplified and fed to an input of a phase-sensitive detector 49.

Im phasenempfindlichen Detektor 49 wird das verstärkte Fehlersignal mit einer Bezugsspannung verglichen, die von der NF-Quelle 15 über Leitung 5I zugeführt wird, um ein phasenempfindliches Gleichstrom-Fehl ersignal am Ausgang zu erzeugen, das dem Eingang des Gleichstromverstärkers 12 zugeführt wird, der bereits in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben ist. Der Ausgang des Gleichstromverstärkers wird dem Eingang des Serienregulators 6 zugeführt, um das Magnetfeld des Elektromagneten 2 dadurch zu regeln, dass der Strom kontrolliert wird, der der Elektromagnetenspule 4 von der Stromversorgung 5 zugeführt wird.In the phase-sensitive detector 49, the amplified error signal compared with a reference voltage from the LF source 15 via Line 5I is fed to a phase sensitive DC fault to generate ersignal at the output, which is fed to the input of the direct current amplifier 12, which was already described in connection with FIG is described. The output of the DC amplifier is fed to the input of the series regulator 6 in order to control the magnetic field of the To regulate the electromagnet 2 by controlling the current supplied to the electromagnet coil 4 from the power supply 5 will.

Ein zykloides Massenspektrometer 55» *i^e es in der US-Patentschrift 2 221 467 beschrieben ist, ist im Spalt 21 des Elektromagneten 22 angeordnet. Das zykloide Massenspektrometer 55 enthält ein evakuiertes Vakuumgefäss 56, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, das eine Reihe von rechteckigen, rahmenartigen Elektroden 57 enthält, mit denen ein gleichförmiges elektrisches Feld E rechtwinklig zur Richtung des Magnetfeldes B im Spalt 21 erzeugt wird. Eine Ionenquelle 58 projiziert einen Strom zu analysierender ionisierter Gaspartikel in den Bereich der gekreuzten elektrischen und magnetischen Felder· UnterA cycloidal mass spectrometer 55 »i * ^e is described in US Patent 2,221,467, is disposed in the gap of the electromagnet 22 21st The cycloid mass spectrometer 55 contains an evacuated vacuum vessel 56, for example made of stainless steel, which contains a series of rectangular, frame-like electrodes 57 with which a uniform electric field E is generated at right angles to the direction of the magnetic field B in the gap 21. An ion source 58 projects a stream of ionized gas particles to be analyzed into the region of the crossed electric and magnetic fields · sub

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dem Einfluss der gekreuzten elektrischen und magnetischen Felder laufen die geladenen Ionen auf einem zykloidischen.Weg und werden auf einer Detektorelektrode 59 gesammelt, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die Gasionen mit einer bestimmten Masse entspricht. Die Aus gangs spannung vom Detektor 59 wird einem Elektrometerverstärker 61 zugeführt, in dem die Spannung verstärkt und dann einem Eingang eines Schreibers 62 zugeführt wird, in dem das Massen-Ausgangs signal in Abhängigkeit von der Magnetfeldwobbelung aufgezeichnet wird.the influence of the crossed electric and magnetic fields the charged ions run on a cycloidal path and are collected on a detector electrode 59 to produce an output voltage to produce which corresponds to gas ions with a certain mass. The output voltage from the detector 59 is an electrometer amplifier 61 supplied, in which the voltage is amplified and then fed to an input of a recorder 62, in which the mass output signal recorded as a function of the magnetic field sweep will.

Die Magnetfeldwobbelung wird von einem Wobbelgenerator 65 entwickelt, der eine Eingangespannung für den Schreiber 62 liefert und beispielsweise durch eine mechanische Verbindung 64 dazu dient, die Lage des Wobbel-Bezugs-Abgriffs 45 zu verändern, um die Bezugsspannung V zu wobbeln, die dem Fehlerdetektor 8 in der Magnetfeld-Wobbeleinheit zugeführt wird. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass die Magnetfeldstärke B in linearer Weise proportional zur zweiten Potenz der Magnetfeldstärke gewobbelt wird, so dass die Spektrallinien das Massenepektrometers 55 in linearer Trennung durch Masseneinheiten auf dem Schreibpapier des Schreibers 62 aufgezeichnet werden. Das erfolgt deshalb, weil die auf den Detektor 59 fkussierte Masseneinheit proportional der zweiten Potenz der Magnetfeldstärke ist.The magnetic field sweep is developed by a sweep generator 65, which supplies an input voltage for the writer 62 and is used, for example by means of a mechanical connection 64, to determine the position of the To change wobble reference tap 45 to the reference voltage V to wobble by the error detector 8 in the magnetic field wobble unit is fed. In this way it is ensured that the magnetic field strength B is proportional to the power of the second in a linear manner Magnetic field strength is swept so that the spectral lines the Mass spectrometer 55 in linear separation by mass units can be recorded on the writing paper of the pen 62. This is because the unit of mass focused on the detector 59 is proportional to the second power of the magnetic field strength.

Andere !Typen von Massenspektrometera haben ebenfalls Massen-Ausgangsgrössen, die proportional sind der zweiten Potenz der Stärke des magnetischen Ionenfokussierfeldes des Spektrometers. Ein solchesOther! Types of mass spectrometers also have mass output quantities, which are proportional to the second power of the strength of the magnetic ion focusing field of the spectrometer. One such

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Massenspektrometer ist beispielsweise das übliche Massenspektrometer mit einfacher magnetischer Ablenkung.The mass spectrometer is, for example, the usual mass spectrometer with simple magnetic deflection.

Eine Aufzeichnung der Ausgangsgrösse eines Massenspektrometer mit linearer Wobbelung in Masseneinheiten ist besonders vorteilhaft, «eil dadurch die Kalibrierung, Analyse und Interpretation von aufgezeichneten Massenspektren wesentlich erleichtert wird. Linear vorkalibriertes Aufzeichnungspapier kann verwendet werden, und die Anzahl von Masseneinheiten für unbekannte aufgezeichnete Massenlinien wird leicht dadurch erhalten, dass der Abstand von der aufgezeichneten bekannten Linie zu der aufgezeichneten unbekannten Massenlinie auf dem vorlalibrierten Papier abgemessen wird.A record of the output of a mass spectrometer with Linear wobbling in units of mass is particularly advantageous as it enables calibration, analysis and interpretation of recorded data Mass spectra is made much easier. Linear pre-calibrated recording paper can be used, and the number of Mass units for unknown recorded mass lines are easily obtained by taking the distance from the recorded known Line to the recorded unknown mass line on the pre-calibrated Paper is measured.

In Fig. 4 is* ein Massenspektrometereystem dargestellt, bei dem das Magnetfeld proportional zur ersten Potenz der Magnetfeldstärke gewobbelt wird, um ein aufgezeichnetes Massenspektrum mit linearer Trennung durch Masseneinheiten zu erzeugen.4 shows a mass spectrometer system in which the Magnetic field proportional to the first power of the magnetic field strength is swept to a recorded mass spectrum with linear To create separation by mass units.

Bei diesem System liefert der Wandler 1 n-ter Potenz aus einer Tandemschaltung von zwei Hallkristallen die zweite Potenz der Feldausgangsgrösse (yocB ) an die Basisfunktion-Eingänge des Schreibers 62, zur Aufzeichnung gegen die Massenspektrum-Ausgangsgröese (aoCB ) des Massenspektrometer 55. In einem solchen Falle ist das aufgezeichnete Massenspektrum linear gesehen in der Trennung der Zahl von Masseneinheiten längs der Basislinie der Aufzeichnung, um die Kalibrierung, Analyse und Interpretierung der aufgezeichneten Spektren zu erleichtern.In this system, the converter 1 supplies the nth power from a tandem circuit of two Hall crystals, the second power of the field output variable (yocB ) to the basic function inputs of the recorder 62, for recording against the mass spectrum output variable (aoCB) of the mass spectrometer 55 in such cases, the recorded mass spectrum is linear in separating the number of mass units along the baseline of the record to facilitate calibration, analysis and interpretation of the recorded spectra.

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In Fig· 5 ist die Schaltung nach Fig. 4 mit näheren Einzelheiten dargestellt. Die Schaltung ist ähnlich aufgebaut wie die nach Fig. 3, und die gleichen Elemente haben die gleichen Bezugs ζ eich en; nur die Unterschiede zwischen den Schaltungen sollen näher erläutert werden. Der Fehlerdetektor 8 wird durch den Eeihen-Zweig gebildet, der durch die Reihenschaltung der Ausgangsspannungen des Primär-FeIdWählers 27, des ersten Hallkristalls 17 und der Feld-Wobbel-Bezugsquelle 9 ge~Referring to Figure 5, the circuit of Figure 4 is shown in greater detail shown. The circuit is constructed similarly to that of Fig. 3, and the same elements have the same reference numbers; only the differences between the circuits are to be explained in more detail. The error detector 8 is formed by the series branch, which is formed by the series connection of the output voltages of the primary field selector 27, of the first Hall crystal 17 and the field wobble reference source 9 ge ~

in bildet wird. Die Aus gangs spannung E des Fehlerdetektors 8 wird/des Verstärker 33 verstärkt und axt einem Signal rom IF-Generator 15 verglichen, um ein Gleichstrom-Fehler signal zu erzeugen, mit dem das Feld H in einer linearen Wobbelung entsprechend der Ausgangsspannung des Wobbeigenerators 63 gewobbelt wird. Die Auagangsspanmmg des ersten Hallkristalls 17 wird von der Primärwicklung 24 des Trenntransformators 25 über Leitung 71 abgegriffen und dem Eingang des Operationsverstärkers 33 zugeführt, um die erste Hallspannung in einen Strom proportional der Hallspannung umzuwandeln.in forms. The output voltage E of the error detector 8 is / of the amplifier 33 amplified and axt a signal rom IF generator 15 compared to generate a direct current error signal with which the field H wobbled in a linear wobble corresponding to the output voltage of the wobble generator 63 will. The output voltage of the first Hall crystal 17 is tapped from the primary winding 24 of the isolating transformer 25 via line 71 and fed to the input of the operational amplifier 33 in order to convert the first Hall voltage into a current proportional to the Hall voltage.

Die Ausgangs spannung des zweiten Hallkristalls wird in 48 verstärkt und im Phasen detektor 49 phasenempfindlich gleichgerichtet und schlieselich gleichstrommäßig im Verstärker 12 verstärkt, um dem Basisfunktions-Eingang des Schreibers 62 zugeführt zu werden. Die Signaleingangsspannung des Schreibers 12 wird, wie bei der vorherigen AuBführungsform, vom Spektrometer 55 und Verstärker 61 abgeleitet. The output voltage of the second Hall crystal is amplified in 48 and in the phase detector 49 phase-sensitive rectified and finally amplified in terms of direct current in the amplifier 12 in order to be fed to the basic function input of the recorder 62. As in the previous embodiment, the signal input voltage of the recorder 12 is derived from the spectrometer 55 and amplifier 61.

.../Ansprüche.../Expectations

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Claims

PATENT Attorney DIPL.-ING. H. KLAUS BERNHARDT y-J p-J 15 JJ claims

1. Circuit arrangement for generating an output variable proportional to the η-th power of the strength of a magnetic field, where η is greater as one is characterized by a sensor for the strength of the magnetic field, which has an output variable proportional to the strength of the monitored magnetic field, and at least one second sensor for the strength of the magnetic field, which is an output variable proportional to the product of an input variable at the input and the strength of the sensed magnetic field, and further characterized in that the output of the first field sensor is fed to the input of the second field sensor as an input variable, so that the output variable of the second field sensor proportional to the second power of the strength of the magnetic field felt, and this output variable, if applicable further sensors until the number of sensors equals η.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the two field sensors are Hall effect crystals, both of which are immersed in the magnetic field to be discharged.

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3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized by combination with a reference variable source, one Error detector, with which the reference variable with the output variable The n-th power of the η-th field sensor is compared in order to derive an error size, as well as one on this error size appealing control device for the strength of the sensed magnetic field, so that the magnetic field strength to the nth Power can be changed linearly according to the reference value.

4 · Circuit arrangement according to claim 3 »characterized by Combination with a mass spectrometer that is immersed in the magnetic field and output parameters for different particle masses of substances to be analyzed in the spectrometer as a function of the second power of the magnetic field strength supplies, and a wobble device with which a linear wobble of the various mass output variables is thereby achieved what is obtained is that the reference variable is swept linearly according to the (n - i) th power.

5 · Circuit arrangement according to claim 4 »characterized by a Recorder for recording the Ά output values of the mass spectrometer depending on the swept reference quantity, so that a precisely linearized mass spectrum is made easier the calibration, analysis and interpretation is achieved.

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