JP2002033072A - 四極子質量分析計用四極子電極印加電圧発生回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が簡単で、調整が簡単で、小型で、安価
な四極子質量分析計用四極子電極印加電圧発生回路を提
供することにある。 【解決手段】 マイクロプロセッサにより次の動作が全
てディジタルに行われる。ディジタル可変高周波発振手
段５０により周波数可変のディジタル高周波電圧を発生
する。ディジタル包絡線検出手段５４により四極子電極
印加電圧の包絡線がディジタルに検出され、ディジタル
比較手段５８により基準ノコギリ波と比較され誤差が生
成され、ディジタルＰＩＤ制御手段６０により誤差が係
数に変換され、ディジタル乗算手段５２により高周波電
圧と係数とが乗算され、その後Ｄ／Ａ変換されて、増幅
・昇圧後に四極子電極に印加される。直流電圧も検出さ
れたディジタル包絡線値からディジタル可変増幅手段６
４により生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気圧以下の真空
圧力を計測する圧力測定器における分圧測定用四極子質
量分析計用の四極子電極印加電圧発生回路に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】圧力測定器における分圧測定用四極子質
量分析計では、四極子電極の対向電極同士を接続し、こ
れに高周波電圧と直流電圧の、ある一定の比率で加えた
ものを電極に印加することで、特定の質量−電荷数比
（Ｍ／ｅ）に対応するイオンのみを選択的にふるい分け
る、いわゆる質量分離作用を行わせる。四極子質量分析
計では通常、Ｍ／ｅ＝１から連続的な質量スペクトルを
得るために、高周波電圧と直流電圧を基準ノコギリ波で
変調させた電圧を四極子電極に印加する。

【０００３】四極子質量分析計の四極子電極に印加され
る制御された電圧を発生する従来の典型的な回路を図３
に示す。図３のように水晶発振器１０１で発振させた正
弦波の高周波電圧（周波数は約１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、３
ＭＨｚ及び５ＭＨｚのうちの１つである。）をある程度
の大きさに高周波増幅器１（ＲＦＡＭＰ１）１０２で増
幅し、コントロール回路（図示せず）から入力される基
準ノコギリ波１２０と乗算器１０３で乗算して、その高
周波の振幅を振幅変調する。変調出力は、高周波トラン
ス１０９を駆動する高周波増幅器２（ＲＦＡＭＰ２）１
０４に送られ、高周波トランス１０９の一次側コイル１
０９ａ１を駆動する。高周波トランス１０９で１００Ｖ
程度の高周波電圧は一気に１０００Ｖ以上にまで昇圧さ
れ、別に送られてくる直流電圧と重畳されて四極子電極
１１５に印加される。高周波トランス１０９の二次側を
形成する２つのコイル１０９ｂ１、１０９ｂ２のそれぞ
れには並列に可変コンデンサ１１０、１１１が接続さ
れ、水晶発振器１０１の発振周波数に同調するようにそ
の静電容量が調整される。そして、同調を取ることによ
り回路は並列共振状態となり、高周波電圧の最大電圧が
得られると共に、駆動する高周波増幅器２（ＲＦＡＭＰ
２）１０４の電力も最小になる。高周波トランス１０９
では、四極子電極印加電圧を監視するため、高周波トラ
ンス１０９の一次側に別巻線のコイル１０９ａ２が設け
られ、四極子電極印加電圧に比例した高周波電圧が直接
検出される（なお、二次側に分圧回路を挿入する検出も
あり得る）。検出された高周波電圧は、検波回路１０８
で包絡線検波され、ローパスフィルタ１０７で脈動成分
が除去され、更にコントロール回路からの基準ノコギリ
波１２０の電圧と比較器１０５により比較され、次いで
誤差を訂正するためＰＩＤ制御器１０６に送られる。高
周波電圧に重畳される直流電圧は、高周波電圧とある一
定の比を保たねばならないので、先の高周波電圧の検波
電圧を取り出して、それをもとにして＋ＤＣ増幅器（＋
ＤＣＡＭＰ）１１２及び−ＤＣ増幅器（−ＤＣＡＭＰ）
１１３で増幅して大きさが同じで正負の１対の直流電圧
を生成して高周波トランス１０９の二次側のそれぞれの
コイル１０９ｂ１、１０９ｂ２を介して四極子電極に印
加する。なお、二次側コイル１０９ｂ１と１０９ｂ２と
の間に挿入されているコンデンサ１１４は、高周波電圧
を通し、直流電圧の通過を阻止するためのものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の四極子質量分析計用四極子電極印加電圧発生回路は、
個々のアナログ回路を組み合わせていたため、個々の素
子の温度特性や周波数特性、直線性や安定性などがまち
まちであったため、制御された電圧を発生するための回
路全体として必要な性能を満たすために複雑な補正回路
を更に組み込んだり、複雑な調整を必要とされていた。
このため部品点数が多くなり、調整のための作業時間も
多くなり、コストダウンも難しく、回路の嵩も大きく小
型化ができなかった。

【０００５】詳細には、水晶発振器の発振周波数に同調
するための高周波トランス１０９の二次側の同調回路の
コンデンサ１１０及び１１１に可変コンデンサを用いて
いるため、静電容量が経時的に変化しやすく、測定中に
さえしばしば再調整が必要であり、また、調整毎の調整
のばらつきに起因する質量分析誤差も問題であった。な
お、コンデンサを固定型にして、水晶発振器を可変周波
数発振器にするのは発振器に可変容量ダイオード、可変
コンデンサ等を用いたりすることになるため、発振周波
数の温度及び経時変動が質量分析に必要な範囲に収まら
ず実用性がない。

【０００６】質量分析は、最適な解像度を得るために、
被測定質量により、最適な周波数が異なり、最適な周波
数としては例えば１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、３ＭＨｚ、５Ｍ
Ｈｚと大きく離れている。図３に示されるような従来の
アナログ構成では、１ＭＨｚから５ＭＨｚまでをカバー
するため水晶発振器、同調回路等に選択型を採用する
と、安定性に欠け使用に耐える装置にすることは極めて
難しかった。そのため、１ＭＨｚから５ＭＨｚまでをカ
バーするには各周波数に対して独立に図３の回路を構成
する必要があり、従って４個の回路を設けることにな
り、極めて高価となるので、現実にそのような使用は行
われてなく、１つの周波数の高周波電圧を発生する回路
のみを用いて感度を犠牲にして測定していた。

【０００７】また、正確で安定に測定するためには、測
定中に高周波電圧と直流電圧との比は極めて一定であ
る、例えば１０^-5のオーダの変動内にあることが必要で
ある。そのため＋ＤＣＡＭＰ １１２及び−ＤＣＡＭＰ
１１３は、可変抵抗器用いて利得を変えられるような
可変ＤＣ増幅器を採用している。しかしながら、可変抵
抗器は機械式のワイパーを用いているため振動や機械的
ショックのため抵抗値が変動し、また気中にされされて
いる抵抗体の吸湿性や電食等のため接触抵抗の変動が生
じるので、可変ＤＣ増幅器の利得もそれに伴い変動し、
その結果高周波電圧と直流電圧の比を測定に必要な変動
内に維持することが極めて困難であった。実際には、測
定中に可変ＤＣ増幅器の利得の温度や経時変動が生じる
とその都度、熟練を要する調整を長時間行っていた。

【０００８】本発明の課題は、構成が簡単で、調整が簡
単で、小型で、安価な四極子質量分析計用四極子電極印
加電圧発生回路を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、四極子に直流と高周波の重畳電圧を印加して質量分
離作用を行わせる本発明の四極子質量分析計用四極子電
極印加電圧発生回路は、高周波電圧発生部、当該高周波
電圧発生部で発生され前記四極子に印加された高周波電
圧に基づいて直流電圧を生成する直流電圧生成部、及び
前記高周波電圧発生部で発生された高周波電圧を昇圧し
かつ前記の生成された直流電圧を昇圧された高周波電圧
に重畳して前記四極子電極に印加する昇圧・重畳部とを
備え、当該昇圧・重畳部は高周波の周波数に同調する周
波数同調部を有し、かつ前記周波数同調部が固定の同調
周波数を有するよう構成されており、前記高周波電圧発
生部が、ディジタルに可変の周波数の高周波電圧を発生
するディジタル可変高周波数電圧発生手段を備えること
を特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の四
極子質量分析計用四極子電極印加電圧発生回路の一好適
実施形態を説明する。図１は、本発明の四極子質量分析
計用四極子電極印加電圧発生回路の一好適実施形態をブ
ロック図である。図１において、図３における参照番号
と同一の参照番号を付した構成要素は同じ又は類似の構
成要素を示し、その説明を繰り返さない。図１におい
て、参照番号１０はマイクロプロセッサを、参照番号１
２はマイクロプロセッサ１０に接続された外部メモリ
を、参照番号１４はマイクロプロセッサ１０に接続され
クロック信号を与える水晶発振器を、参照番号１６はマ
イクロプロセッサ１０に接続され条件を設定あるいは情
報を入力するための設定・入力装置を、参照番号１８は
マイクロプロセッサ１０に接続されそれから出力される
情報を表示するディスプレイを、参照番号２０はマイク
ロプロセッサ１０に接続されたリレー群を、参照番号２
２はマイクロプロセッサ１０に接続されそれから出力さ
れたディジタルの高周波電圧をアナログ形式に変換して
ＲＦＡＭＰ １０４に出力するディジタル／アナログ
（以下「Ｄ／Ａ」と記す。）変換器を、参照番号２４は
高周波トランス１０９の一次側コイル１０９ａ２に接続
され、検出された四極子印加電圧に比例した高周波電圧
を増幅する（実際には減衰させる）減衰とバッファ機能
を有する高周波増幅器を、参照番号２６は高周波増幅器
２４に接続されそれからのアナログの高周波電圧をディ
ジタル形式に変換してマイクロプロセッサ１０に出力す
るアナログ／ディジタル（以下「Ａ／Ｄ」と記す。）変
換器を、参照番号２８はＡ／Ｄ変換器２６からのディジ
タル高周波電圧をマイクロプロセッサ１０において処理
・生成（後述）されたディジタル直流電圧を受け取って
アナログ形式に変換するＤ／Ａ変換器をそれぞれ示す。
マイクロプロセッサ１０は、中央演算処理装置（以下
「ＣＰＵ」と記す。）３０、タイマ３２、メモリ３４及
びＩ／Ｏインタフェース３６を含む。更に、高周波トラ
ンス１０９の二次側コイル１０９ｂ１及び１０９ｂ２の
各両端間にはそれぞれ固定静電容量を有するコンデンサ
Ｃ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ４ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ
３ｂ、Ｃ４ｂが、リレー群２０のリレー１、２、３、４
の対応スイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ３ａ、Ｓ４ａ、Ｓ１
ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ３ｂ、Ｓ４ｂを介して接続されている。
コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ４ａ、Ｃ１ｂ、
Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂ、Ｃ４ｂは、各コンデンサと高周波トラ
ンス１０９の二次側コイル１０９ｂ１及び１０９ｂ２の
それぞれと１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、３ＭＨｚ、５ＭＨｚの
それぞれに同調（共振）する固定静電容量値を有する。
ここでは、コンデンサＣ１ａ、Ｃ１ｂの静電容量値は１
ＭＨｚの同調周波数を有する値であり、コンデンサＣ２
ａ、Ｃ２ｂの静電容量値は２ＭＨｚの同調周波数を有す
る値であり、コンデンサＣ３ａ、Ｃ３ｂの静電容量値は
３ＭＨｚの同調周波数を有する値であり、コンデンサＣ
４ａ、Ｃ４ｂの静電容量値は５ＭＨｚの同調周波数を有
する値であるとする。外部メモリ１２、設定・入力装置
１６、ディスプレイ１８、リレー群２０、Ｄ／Ａ変換器
２２、Ａ／Ｄ変換器２６及びＤ／Ａ変換器２８は、マイ
クロプロセッサ１０とはそのＩ／Ｏインタフェース３６
を介してそれぞれ接続されている。

【００１１】図２は、マイクロプロセッサ１０、外部メ
モリ１２及び水晶発振器１４により実行される機能を示
す図である。これらの構成要素が以下に説明するように
機能するためのプログラムがメモリ３４に記憶されてお
り、ＣＰＵ ３０は各機能を実行するためのプログラム
をメモリ３４から適時読み出して実行する。参照番号５
０は、ＣＰＵ ３０、水晶発振器１４、外部メモリ１２
及びタイマ３２からなりディジタルに可変高周波数の電
圧を発振するディジタル可変高周波発振手段を示す。参
照番号５２はディジタル可変高周波発振手段５０からの
ディジタル高周波電圧にある係数（後述）を乗算してＤ
／Ａ変換器２２に出力するディジタル乗算手段を、参照
番号５４はＡ／Ｄ変換器２６からのディジタル高周波電
圧を受け取りその包絡線をディジタルに検出するディジ
タル包絡線検出手段を、参照番号５６は基準のノコギリ
波をディジタルに発生するディジタル・ノコギリ波発生
手段を、参照番号５８はディジタル包絡線検出手段５４
からの検出されたディジタル包絡線値とディジタル・ノ
コギリ波発生手段５６からのディジタルの基準ノコギリ
波とを受け取りディジタル比較してその誤差を生成する
ディジタル比較手段を、参照番号６０はディジタル比較
手段５８からのディジタル誤差をディジタルに増幅して
ディジタル誤差に対応した係数を生成するディジタルＰ
ＩＤ制御手段を、参照番号６２は後述の自動同調のため
開ループにするためディジタルＰＩＤ制御手段６０とデ
ィジタル乗算手段５２との間の接続を切るためのディジ
タル・スイッチ手段を、参照番号６４はディジタル包絡
線検出手段５４からの検出されたディジタル包絡線値を
ディジタルで可変に増幅できるディジタル可変増幅手段
をそれぞれ示す。

【００１２】次に図１及び図２に示される本発明のディ
ジタル構成型の四極子質量分析計用四極子電極印加電圧
発生回路の動作を説明する。ディジタルに正弦波を生成
する方法としては、いわゆるアナログ発振回路をマイク
ロプロセッサ１０でディジタル的にシミュレーションす
る方法、関数発生を用いる方法、メモリに正弦波の角度
（又は時間）に対応する例えば１周期分の波形データを
ディジタルで記憶しておきそれを読み出す方法等が知ら
れている。本発明は、ディジタルに正弦波を生成できれ
ばその生成方法には制限されず、いずれの方法も用いる
ことが可能である。ここでは、説明の容易さのため、メ
モリに正弦波の波高値を読み出す方法を用いて説明す
る。外部メモリ１２に正弦波の所定の角度（即ち時間）
毎の波高値の例えば１周期分をディジタル・データとし
て予め記憶しておく。水晶発振器１４はクロック信号用
であり、例えば６０ＭＨｚで発振してマイクロプロセッ
サ１０に供給され、ＣＰＵ ３０及びタイマ３２に与え
られる。ＣＰＵ ３０はこのクロック信号で動作してい
る。例えば１ＭＨｚのディジタル正弦波を発生する場合
には、ＣＰＵ ３０は、タイマ３２を１ＭＨｚに対応す
る外部メモリ１２からのディジタル正弦波データの読出
し間隔に設定（具体的には、タイマの読出しパルス発生
までの１ＭＨｚ対応クロック数を設定）し、タイマ３２
は水晶発振器１４からのクロック信号をカウントして１
ＭＨｚに対応する読出し間隔毎に読出しパルスを発生す
る。ＣＰＵ ３０はその読出しパルス毎に外部メモリ１
２からディジタル正弦波の波高値を順次読出し、１ＭＨ
ｚの周波数のディジタル正弦波即ちディジタル高周波電
圧を生成する。２ＭＨｚ、３ＭＨｚ及び５ＭＨｚの場合
も同様にしてそれぞれの周波数のディジタル正弦波即ち
ディジタル高周波電圧を生成することができる。いずれ
の周波数のディジタル高周波電圧を発生するかは設定・
入力装置１６で設定し、ＣＰＵ ３０はＩ／Ｏインタフ
ェース３６を介して与えられたその設定信号に応答して
タイマ３２の対応する読出し間隔を設定する。自動同調
のため発生ディジタル正弦波の周波数をディジタルに掃
引する動作は次のとおりである。中心周波数が１ＭＨｚ
の場合を説明する。設定・入力装置１６により自動同調
を設定すると、その設定信号をＣＰＵ ３０はＩ／Ｏイ
ンタフェース３６を介して受け取る。ＣＰＵ ３０はこ
の信号に応答して、タイマ３２の読出しパルス発生まで
のクロック数を１ＭＨｚの場合より所定の数変えて設定
する。タイマ３２は、設定された１ＭＨｚのクロック数
から所定の数異なるクロック数にクロックのカウント数
が一致したとき読出しパルスを発生する。外部メモリ１
２は１ＭＨｚに対して所定の数異なるクロック数に対応
した時間分長い（又は短い）間隔で読み出され、それに
より所定の数異なるクロック数に対応する周波数偏移を
生じたディジタル正弦波即ちディジタル高周波電圧が発
生される。なお、ディジタル正弦波の振幅は掃引範囲内
で一定である。このような動作を次々と１ＭＨｚに対応
するクロック数を所定の数異なるクロック数の整数倍変
える（ずらす）のを繰り返して、ディジタル的に周波数
を掃引する。２ＭＨｚ等の他の周波数においても同様に
動作して周波数掃引が行われる。ディジタル可変高周波
発振手段５０は、このように周波数を可変にすることが
でき、その周波数安定度は水晶発振器１４のクロック信
号の周波数安定度と同じであるので極めて安定であり、
この安定度はアナログの可変周波数発振器では実現でき
ないものである。

【００１３】設定・入力装置１６で１ＭＨｚを選択して
設定した場合、ＣＰＵ ３０はＩ／Ｏインタフェース３
６を介して与えられたその設定信号に応答してリレー群
２０のリレー１をＩ／Ｏインタフェース３６を介して駆
動して、対応するスイッチＳ１ａ及びＳ１ｂをオンし、
コンデンサＣ１ａ及びＣ１ｂを高周波トランス１０９の
二次側コイル１０９ｂ１及び１０９ｂ２のそれぞれに並
列接続させ、１ＭＨｚの同調回路を形成する。同様に、
２ＭＨｚの場合は、設定・入力装置１６において２ＭＨ
ｚの設定により、ＣＰＵ ３０はリレー群２０のリレー
２を駆動して、対応するスイッチＳ２ａ及びＳ２ｂをオ
ンし、コンデンサＣ２ａ及びＣ２ｂを二次側コイル１０
９ｂ１及び１０９ｂ２に並列接続させて２ＭＨｚの同調
回路を形成する。３ＭＨｚ及び５ＭＨｚも同様であるの
で説明を省く。

【００１４】再び、高周波電圧の周波数が１ＭＨｚを設
定した場合について説明続ける。前述したように、ディ
ジタル可変高周波発振手段５０で１ＭＨｚのディジタル
正弦波、即ち１ＭＨｚのディジタル高周波電圧が発生さ
れ、そのディジタル高周波電圧はディジタル乗算手段５
２を介してＤ／Ａ変換器２２に供給され、そこでディジ
タル高周波電圧はアナログに変換され、例えばほぼ１Ｖ
のオーダのアナログの高周波電圧が得られる。このアナ
ログ高周波電圧はＲＦＡＭＰ １０４に与えられ、そこ
で増幅され、例えばほぼ１００Ｖのアナログ高周波電圧
となり、高周波トランス１０９で例えばほぼ１０００Ｖ
に昇圧される。昇圧された高周波電圧は１ＭＨｚの同調
回路（二次側コイル１０９ｂ１、１０９ｂ２及びコンデ
ンサＣ１ａ、Ｃ１ｂ）を介して四極子電極１１５に印加
される。四極子電極印加電圧を監視するため、高周波ト
ランス１０９の一次側コイル１０９ａ２により四極子電
極印加電圧に比例した高周波電圧が取り出され、高周波
増幅器２４でＡ／Ｄ変換器２６が処理するのに適切な大
きさまで減衰される。なお、四極子電極印加電圧に比例
した高周波電圧の取り出しは二次側に分圧回路を挿入し
て取り出してもよく、本発明はいずれの取り出し方でも
よい。減衰されたアナログの高周波電圧はＡ／Ｄ変換器
２６によりディジタル形式に変換され、ディジタル包絡
線検出手段５４に与えられる。ディジタル形式の高周波
電圧の包絡線をディジタルに検出するのは、例えば既知
の極大値を見つける方法を利用すれば容易に実行でき
る。本発明は、包絡線をディジタル的に検出する方法に
制限されるものではない。図１に示す従来例のようにダ
イオード等の非線形素子を用いた包絡線検出はダイオー
ド等の非線形素子の温度及び経時変動により包絡線検出
レベルが変動し、精度及び安定性に欠け、その都度の再
調整等を必要としたが、本発明は、上記のようにディジ
タル処理を行って包絡線を検出するので、従来例のよう
な問題は全く発生しない。

【００１５】ディジタル・ノコギリ波発生手段５６によ
りディジタルに基準のノコギリ波を発生するのは、所定
の間隔で増分させればよく、多くの既知の方法があり、
本発明はいずれの方法であってもよい。なお、従来例の
ようにディジタル・ノコギリ波発生手段５６は、外部の
コントロール回路で構成してもよい。ディジタル包絡線
検出手段５４からの検出されたディジタルの包絡線デー
タ及びディジタル・ノコギリ波発生手段５６で発生され
たディジタルの基準ノコギリ波はディジタル比較手段５
８に与えられる。ディジタル比較手段５８によるディジ
タル誤差の生成は、例えば入力された２つの数値の差を
とればよく、本発明の既知のいずれのディジタルに比較
して誤差を生成する方法を用いてもよい。ディジタル比
較手段５８からのディジタル誤差はディジタルＰＩＤ制
御手段６０に与えられる。ディジタルＰＩＤ制御手段６
０は、ディジタル誤差に対応したディジタルの係数を生
成する。変換されたディジタル係数はディジタル・スイ
ッチ手段６２を介してディジタル乗算手段５２に与えら
れる。ディジタル乗算手段５２は、ディジタル可変高周
波発振手段５０からのディジタル高周波電圧に係数ｋを
乗算する。この操作は、単なる数値の乗算であるのであ
り、いずれのディジタル処理手法を用いてもよい。ディ
ジタル・スイッチ手段６２がオンの閉ループにおいて、
ディジタルＰＩＤ制御手段６０を用いてディジタル比較
手段５８の出力誤差がゼロとなるよう制御される動作は
従来例の図１のアナログ構成と同様であるのでその説明
は省く。なお、ディジタル・スイッチ手段６２のオンと
はディジタル乗算手段５２で乗算を実行させ、オフとは
乗算を実行させないことであるので、ＣＰＵ ３０によ
るその操作は容易である。

【００１６】ディジタル包絡線検出手段５４からのディ
ジタル包絡線データはディジタル可変増幅手段６４に与
えられる。ディジタル可変増幅手段６４の操作は、入力
値をある係数だけ拡大（又は縮小）する単純な乗算操作
である。この係数は、高周波電圧と直流電圧との比が所
望の比となるよう設定・入力装置１６から設定される。
従来例では、高周波電圧と直流電圧との比は固定で変え
ることができなかったが、本発明は、上記のように直流
電圧、その結果高周波電圧と直流電圧との比を容易に変
えることができ、しかも直流電圧の大きさをディジタル
処理で調整できるので温度や経時変化もない。

【００１７】次に、自動同調の動作について１ＭＨｚの
場合を例に説明する。なお、他の周波数帯でも動作は全
く同様である。設定・入力装置１６で自動同調を設定す
ると、ＣＰＵ ３０はＩ／Ｏインタフェース３６を介し
て受け取った自動同調の設定に応答してメモリ３４に格
納されている自動同調プログラムを読み出して処理を実
行する。ディジタル可変高周波発振手段５０は前述のよ
うに１ＭＨｚの近傍でタイマ３２を用いて振幅一定で周
波数掃引を行う。ディジタル可変高周波発振手段５０は
掃引範囲内の各周波数でディジタル正弦波を発生して、
それをディジタル乗算手段５２に供給する。自動同調モ
ードでは、開ループで行うためディジタル・スイッチ手
段６２をオフ状態にする。ディジタル・スイッチ手段６
２のオフは、ＣＰＵ ３０によるディジタル処理ではデ
ィジタルＰＩＤ制御手段６０からのデータをディジタル
可変高周波発振手段５０からのディジタル正弦波データ
に乗算しなければよい。従って、ディジタル可変高周波
発振手段５０からのディジタル正弦波即ちディジタル高
周波電圧はディジタル乗算手段５２を単に通過しＤ／Ａ
変換器２２にそのまま与えられる。時間に対して振幅一
定のディジタル高周波電圧が高周波トランス１０９に与
えられるので、ディジタル包絡線検出手段５４で検出さ
れるディジタル包絡線値はディジタル高周波電圧の振幅
値となる。従って、ディジタル包絡線検出手段５４によ
り検出されるディジタル包絡線値は、四極子電極１１５
に印加される高周波電圧に比例した高周波電圧の振幅値
を表し、同調回路（二次側コイル１０９ｂ１、１０９ｂ
２及びコンデンサＣ１ａ、Ｃ１ｂ）の同調周波数にディ
ジタル可変高周波発振手段５０により発生されたディジ
タル高周波電圧の周波数と一致したとき最大値を取り、
周波数ずれがある場合には小さくなる。ＣＰＵ ３０
は、掃引範囲内の各周波数に対してディジタル包絡線検
出手段５４で検出された高周波電圧の振幅値をディスプ
レイ１８に例えば周波数対振幅値のグラフとして表示す
る。表示された波形は単峰性の形になる。その最大値を
示す周波数がオペレータにより読取られ、設定・入力装
置１６でその周波数値が入力される。ＣＰＵ ３０は入
力された周波数値に応答し、ディジタル可変高周波発振
手段５０は入力された周波数でディジタル正弦波即ちデ
ィジタル高周波電圧を発生する。なお、この実施形態で
はある用途上同調周波数をオペレータにより入力する方
法を採用しているが、本発明は、検出された高周波電圧
の振幅値の最大値を判定しその最大値に対応する周波数
のディジタル正弦波即ちディジタル高周波電圧をディジ
タル可変高周波発振手段５０により発生させるプログラ
ムを組み込んでもよい。この場合には完全な自動同調が
可能となる。以上説明したようなディジタル処理による
自動同調は、容易かつ正確に同調を取ることができ、し
かも同調後の周波数安定性もディジタル可変高周波発振
手段５０が可変周波数型であることによる低下はない。

【００１８】なお、上記実施形態においては、マイクロ
プロセッサを用いたが、プログラマブルＩＣロジック等
いずれの他の同等の機能を有するデバイスを用いてもよ
い。

【００１９】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で次のような作用効果を奏する。従来の複雑な補正回路
や繁雑な調整作業を不要にし、大幅なコストダウンを実
現することができる。

【００２０】ディジタル可変高周波発振手段を採用する
ことによりディジタルに周波数を可変にすることがで
き、その結果周波数安定度が固定周波数発振器のそれと
同じになり極めて良く実用に耐え得るものが実現でき
る。

【００２１】本発明の一局面により、従来不可能であっ
た被測定質量に応じて複数の異なる高周波数を有する高
周波電圧を１つの回路で構成することができ、１つの回
路で常に最適感度の状態で測定ができ、回路の小型化が
著しく可能となる。

【００２２】本発明の別の局面により、直流電圧の大き
さをディジタルで調整するので、調整が容易で、直流電
圧の温度や経時変化がなく、そして高周波電圧対直流電
圧比の微小な調整が可能でかつ極めて安定である。

【００２３】本発明のまた別の局面によるディジタル処
理による自動同調は、容易かつ正確に同調を取ることが
でき、しかも同調後の周波数安定性も極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の四極子質量分析計用四極子電
極印加電圧発生回路の一好適実施形態をその制御回路を
中心に示したブロック図である。

【図２】図２は、マイクロプロセッサ１０、外部メモリ
１２及び水晶発振器１４により実行される機能を示す図
である。

【図３】図３は、従来の典型的な四極子質量分析計用四
極子電極印加電圧発生回路を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ マイクロプロセッサ １２ 外部メモリ １４ 水晶発振器 １６ 設定・入力装置 １８ ディスプレイ ２０ リレー群 ２２、２８ Ｄ／Ａ変換器 ２４ 高周波増幅器 ２６ Ａ／Ｄ変換器 ３０ ＣＰＵ ３２ タイマ ３４ メモリ ３６ Ｉ／Ｏインタフェース ５０ ディジタル可変高周波発振手段 ５２ ディジタル乗算手段 ５４ ディジタル包絡線検出手段 ５６ ディジタル・ノコギリ波発生手段 ５８ ディジタル比較手段 ６０ ディジタルＰＩＤ制御手段 ６２ ディジタル・スイッチ手段 ６４ ディジタル可変増幅手段 Ｃ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ４ａ コンデンサ Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂ、Ｃ４ｂ コンデンサ Ｓ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ３ａ、Ｓ４ａ リレー・スイッチ Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ３ｂ、Ｓ４ｂ リレー・スイッチ １０９ 高周波トランス １１５ 四極子電極 １０９ａ１、１０９ａ２ 一次側コイル １０９ｂ１、１０９ｂ２ 二次側コイル １０４ ＲＦＡＭＰ １１２ ＋ＤＣＡＭＰ １１３ −ＤＣＡＭＰ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣木 成治 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 浜田 智 神奈川県藤沢市亀井野473−１ 有限会社 レムフクラフト内 Ｆターム(参考） 5C038 JJ06 JJ07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 四極子に直流と高周波の重畳電圧を印加
   して質量分離作用を行わせる四極子質量分析計用四極子
   電極印加電圧発生回路であって、高周波電圧発生部、当
   該高周波電圧発生部で発生され前記四極子に印加された
   高周波電圧に基づいて直流電圧を生成する直流電圧生成
   部、及び前記高周波電圧発生部で発生された高周波電圧
   を昇圧しかつ前記の生成された直流電圧を昇圧された高
   周波電圧に重畳して前記四極子電極に印加する昇圧・重
   畳部とを備え、当該昇圧・重畳部は高周波の周波数に同
   調する周波数同調部を有する、四極子質量分析計用四極
   子電極印加電圧発生回路において、 前記周波数同調部が固定の同調周波数を有するよう構成
   されており、 前記高周波電圧発生部が、ディジタルに可変の周波数の
   高周波電圧を発生するディジタル可変高周波数電圧発生
   手段を備えることを特徴とする四極子質量分析計用四極
   子電極印加電圧発生回路。
2. 【請求項２】 前記昇圧・重畳部は、高周波電圧を昇圧
   する昇圧トランスを有し、 前記周波数同調部は、前記昇圧トランスの二次側コイル
   を含み、かつ当該二次側コイルに並列に選択可能に接続
   される複数の固定静電容量の同調用コンデンサを備える
   ことを特徴とする請求項１記載の四極子質量分析計用四
   極子電極印加電圧発生回路。
3. 【請求項３】 前記直流電圧発生部は、前記四極子に印
   加された高周波電圧の包絡線をディジタルに検出するデ
   ィジタル包絡線検出手段と、当該検出されたディジタル
   包絡線の大きさをディジタルに可変増幅して所望の高周
   波電圧と直流電圧との比となる直流電圧を生成するディ
   ジタル可変増幅手段とを含むことを特徴とする請求項１
   記載の四極子質量分析計用四極子電極印加電圧発生回
   路。
4. 【請求項４】 前記ディジタル可変周波数電圧発生手段
   により発生される高周波電圧の周波数が前記周波数同調
   部の固定同調周波数と一致するよう前記ディジタル可変
   周波数電圧発生手段を制御するディジタル自動同調手段
   を更に備えることを特徴とする請求項１記載の四極子質
   量分析計用四極子電極印加電圧発生回路。