RU1795419C - Система экстремального регулировани квадрупольного масс-спектрометра - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к цифровой контрольно-измерительной технике и системам автоматического управлени  и может быть использовано при построении анализаторов экстремумов функций, систем экстремального регулировани  и цифровой регистрации , например, дл  квадрупольных (монопольных) масс-спектрометров и ультразвуковых колебательных систем. Цель изобретени  - повышение быстродействи  и устойчивости. Цель достигаетс  за счет введени  задатчиков кода числа допустимых приращений и кода начала поиска экстремума , счетчика приращений, элемента ИЛИ, элемента ИЛИ-НЕ, элемента И, циф- роаналогового и аналого-цифрового преобразователей , .переключателей режима работы и поиска экстремума, триггеров управлени  прохождением тактовых импульсов и реверсировани  развертки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к цифровой контрольно-измерительной технике и системам автоматического управлени  и может быть использовано при построении анализато-- ров экстремумов функций, систем экстремального регулировани  и цифровой регистраци информации, например, в квадг рупольных (монопольных) масс-спектрометрах , ультразвуковых установках и след щих системах.

Известен экстремальный регул тор, содержащий последовательно соединенные блок определени  знака приращений входного сигнала, триггер знака, счетный |риггер реверсов, интегратор, блок формировани  сигнала момента изменени  знака скорости управл емой координаты, выходом соединенный со вторым входом триггера знака. Недостатками известного устройства  вл ютс : ограниченность применени , низкое быстродействие и устойчивость регулировани , которые вызваны

принудительными реверсами при по влении импульсных помех в процессе поиска глобального максимума.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  экстремальный регул тор, содержащий датчик показател  качества, генератор импульсов , блок формировани  приращений, первый, второй, третий и четвертый элементы И, блок пам ти знака предыдущего приращени , первый и второй элементы задержки и исполнительный механизм.

Недостатками этого устройства  вл ютс  малое быстродействие и низка  устойчивость регулировани  при воздействии импульсных помех и по влении локальных экстремумов.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и устойчивости.

С этой целью в устройство, содержащее блок формировани  приращений, первый, второй, третий и четвертый элементы И, генератор тактовых импульсов, триггер елеXI

ю ел

Ј.

ю

жени  за знаком приращений, исполнительный механизм, первый и второй элементы задержки, причем первый и второй выходы блока формировани  приращений подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, а инверсный выход триггера слежени  за знаком приращений подключен ко второму входу первого Элемента И, дополнительно введены задат- кода числа допустимых приращений, за- датчик кода начала поиска экстремума, счетчик приращений, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, п тый элемент И, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, кнопка Пуск, переключатель режима работы, переключатель поиска экстремума, триггер управлени  прохождением тактовых импульсов , триггер реверсировани  развертки , исполнительный механизм выполнен в виде реверсивного счетчика, выход переполнени  которого подключен к R - входу триггера управлени  прохождением тактовых импульсов, вход занесени  - к S-входу триггера управлени  прохождением тактовых импульсов и к выходу кнопки Пуск, информационный вход - к выходу задатчика кода начала поиска экстремума, управл ющие входы сложени  и вычитани  - к выходам соответственно третьего и четвертого элементов И, информационный выход - ко входу цифроаналогового преобразовател , Ьыход которого подключен ко входу квадру- польного масс-спектрометра, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразовател , выходы Конец преобразовани  и информационный которого подключен соответственно к первому и второму входам блока формировани  приращений, а синхронизирующий вход - к выходу второго элемента задержки, вход которого подключен к первым входам соответственно третьего и четвертого элементов И и к выходу п того элемента И, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу генератора тактовых импульсов и к выходу триггера управлени  прохождением тактовых импульсов, вторые входы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к пр мому выходу и инверсному выходу и D-входу триггера реверсировани  развертки, счетный вход и S-вход которого подключены соответственно к первому и второму выходам переключател  режима работы, управл ющий вход которого  вл етс  входом переключени  режима работы системы, первый информационный вход-к общей шине, второй информационный вход- ко входу первого элемента задержки.

к выходу счетчика приращений, к счетному входу триггера слежени  за знаком приращений и к выходной шине Строб, а третий выход-к информационному входу переключател  поиска экстремума, управл ющий вход которого  вл етс  входом переключени  поиска экстремума системы, а первый и второй выходы - соответственно к S-входу и R-входу триггера слежени  за знаком приращений , D-вход которого подключен к его инверсному выходу и к третьему входу блока формировани  приращений, четвертый вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, п тый вход - к пр мому

5 выходу триггера слежени  за знаком приращений и ко второму входу второго элемента И, выход которого и выход первого элемента И подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход кото0 рого подключен к вычитающему входу счетчика приращений, информационный вход которого подключен к выходу задатчика кода числа допустимых приращений, а вход занесени  подключен к выходу элемента

5 ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока формировани  приращений, п тый и шестой выходы которого  вл ютс  соответственно выходами

0 Код максимума и Код минимума системы, вход кнопки Пуск подключен к общей шине. Кроме того, блок формировани  приращений содержит мультиплексор, компаратор , первый и второй элементы И, первый и

5 второй элементы ИЛИ, регистр максимума и регистр минимума, выходы которых  вл ютс  соответственно п тым и шестым выходами блока и подключены соответственно к первому и второму информационным вхо0 дам мультиплексора, входы занесени  - третьим и четвертым выходами блока и подключены соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛИ, информационные входы подключены ко второму входу

5 блока и к первому информационному входу компаратора, второй информационный вход которого подключен к выходу мультиплексора , первый и второй выходы  вл ютс  соответственно первым и вторым

0 выходами блока и подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к первому входу блока, третьи входы - соответственно к п тому и третьему

5 входам блока, выходы - к первым входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к четвертому входу блока, а управл ющий вход мультиплексора подключен к третьему входу первого элемента И.

На фиг.1 приведена функциональна  схема системы; на фиг.2 - эпюры напр жений основных узлов системы.

Система экстремального регулировани  квэдрупольного масс-спектрометра содержит блок 1 формировани  приращений, первый 11, второй 12, третий 22, четвертый 23, п тый 25 элементы И, элемент ИЛИ 13, элемент 14 ИЛИ-НЕ, счетчик приращений 15, задатчи к кода 16 допустимого числа приращений , триггер слежени  за знаком приращений 17. первый 18 и второй 24 элементы задержки, переключатель 19 режима работы системы, переключатель 20 поиска экстремума, триггер 21 реверсировани  развертки, генератор тактовых импульсов 26, триггер управлени  прохож дением тактовых импульсов 27, кнопку Пуск 28, реверсивный счетчик 29, задатчик кода начала поиска экстремума 30, цифроанало- говый преобразователь (ЦАП) 31, объект регулировани  - квадрупольный масс-спектрометр 32, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 2.

Блок 1 формировани  приращений содержит компаратор 3, регистр 4 максимума, регистр 5 минимума, мультиплексор 6, первый 7 и второй 8 элементы И, первый 9 и второй 10 элементы ИЛИ,

Первый и второй входы блока 1 соединены соответственно с выходом Конец преобразовани  и информационным выходом АЦП 2. Третий вход блока 1 соединен с пр мым выходом триггера 17 слежени  и первым входом второго элемента И 12. Четвертый вход блока 1 соединен с выходом первого элемента задержки 18, а п ти вход - с точкой соединени  инверсного выхода и D-входа триггера слежени  17 и с первым входом первого элемента И 11. Первый и второй выходы блока 1 соединены соответственно с вторыми входами первого 11 и второго 12 элементов И. Третий и четвертый быходы подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ-НЕ 14. П тый и шестой выходы блока 1  вл ютс  информационными и подключены соответственно к выходным шинам Код максимума и Код минимума системы.

Выходы первого 11 и второго 12 элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 13, выход которого подключен к входу Еычитани  счетчика приращений 15, информационный вход которого соединен с выходом задатчи- ка 16 допустимого числа приращений. Выход элемента ИЛИ-НЕ 14 соединен с. входом занесени  счетчика приращений 15, выход которого  вл етс  выходной шиной Строб и соединен с входом первого 18 элемента задержки, вторым входом переключател  19 режима работы и счетным входом триггера 17 слежени  за знаком приращений . S-вход и R-вход которого соединены 5 соответственно с первым и вторым выходами переключател  20 поиска экстремума, управл ющий вход которого соединен с третьим выходом переключател  19, первый вход которого подключен к общей шине.

0 Первый и второй выходы переключател  19 режима работы соединены соответст венно с S-входом и счетным входом триггера 21 реверсировани  развертки. Пр мой и объединенный с D-входом инвер5 сный выходы триггера 21 реверсировани  развертки соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И 22, 23, вторые объединенные входы которых соединены соответственно с

0 . входом второго элемента задержки 24 и выходом п того 25 элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора 26 тактовых импульсов, а второй вход - с пр мым выходом триггера 27 управлени  про5 хождением тактовых импульсов. Выход кнопки Пуск 28 подключен ко входу занесени  реверсивного счетчика 29 и S-входу триггера 27 управлени , Н:вход которого соединен с выходом переполнени  реверсив0 ного счетика 29, входы сложени  и вычитани  которого соединены соответственно с выходами третьего 22 и четвертого 23 элементов И.

Информационный выход задатчика ко5 да начала поиска экстремума 30 соединен с информационным входом реверсивного счетчика 29, выход которого подключен к информационному входу ЦАП 31, выходом соединенного с входом объекта регулирова-0 ни  32, выход которого подключен к инфор- мационному входу АЦП 2. Вход синхронизации АЦП 2 соединен с выходом второго элемента задержки 24.

Кроме того, второй вход блока 1 соеди5 нен с информационными входами регистра 4 максимума, регистра 5 минимума и первой группой (А) информационного входа компаратора 3, втора  информационна  группа (В) которого соединена с выходом мульти0 плексора 6. Управл ющий вход мультиплексора 6 соединен с третьим входом элемента И 7 и  вл етс  третьим входом блока 1, Первый и второй информационные входы мультиплексора 6 соединены со.ответствен5 но с выходами регистра Л максимума и регистра 5 минимума и  вл ютс  п тым и шестым выходами блока 1. Входы занесени  регистра 4 и регистра 5 подключены соответственно к выходам первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ и  вл ютс  третьим

1 четвертым выходами блока 1, Первый зход элемента ИЛИ 9 соединен с выходом первого элемента И 7, а второй вход объединен с вторым входом элемента ИЛИ 10 и  вл етс  четвертым входом блока 1, Первый вход элемента ИЛИ 10 соединен с выходом второго элемента И 8, третий вход которого  вл етс  п тым входом блока 1. Первый и второй выходы компаратора 3 соединены соответственно с вторыми входами первого 7 и второго 8 элементов И и  вл ютс  первым и вторым выходами блока 1. Первый вход блока 1 подключен к объединенным первым входам первого 7 и второго 8 элементов И блока 1.

Система работае1 следующим образом.

В исходном состо нии системы в задат- чик 16 кода числа допустимых приращений заноситс  единичный код, а в задатчик 30 кода начала поиска экстремума - нулевой код. При включении системы сигналом Начальна  установка (на фиг,1 не показан) обнул ютс  регистры 4 и 5, триггер управлени  27 и реверсивный счетчик 29, а триггеры слежени  17 и реверсировани  развертки 21 устанавливаютс  в единичное состо ние.

Система работает в двух режимах: Развертка и Слежение, задаваемых переключателем 19 режима работы, причем основным  вл етс  режим Слежение,-при котором реализуетс  поиск глобального максимума или глобального минимума и экстремальное регулирование объекта, а в качестве функции показател  качества (ФПК) используетс  выходной сигнал масс- спектрометра.

Дл  реализации режима поиска и еле жени  за глобальными экстремумами ФПК - интенсивности атомной единицы массы (а.е.м.) - необходимо в режиме Развертка просмотреть весь масс-спектр анализируемых веществ или газов, определить наибольшую длительность локальных экстремумов и задать число допустимых при- Ьащений с целью автоматического Игнорировани  локальных экстремумов, ко- |орые могут возникать при воздействии на системсу импульсных помех и наводок.

Переключатель 19 режима работы устанавливаетс  в положение Развертка, а к выходу усилител  посто нного тока масс спектрометра подключаетс  осциллограф с полосой пропускани  не менее 0-100 МГц. Нажатием кнопки Пуск 28 взводитс  триггер управлени  27 прохождением тактовых импульсов. Единичный сигнал с выхода триггера 27 разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 26 через п тый 25 элемент И. Тактовые импульсы через третий 22 элемент И поступают на вход

сложени  реверсивного счетчика 29, увеличива  его содержимое. Нарастающий выходной код реверсивного счетчика 29 поступает на вход ЦАП 31, с выхода которого возрастающее линейное напр жение развертки подаетс  на вход генератора высокой частоты масс-спектрометра, с выхода усилител  посто нного тока которого снимаютс  сигналы интенсивности масс-спект0 ра. .

С помощью осциллографа оператор просматривает все сигналы масс-спектра в диапазоне, например, 1 - 200 а.е.м., а также измер ет наибольшую длительность и амп5 литуду локальных экстремумов. Зна  наибольшую длительность локальных экстремумов, тактовую частоту генератора 26и врем  преобразовани  АЦП 2, оператор определ ет, сколько измерительных точек

0 приходитс  на наибольший по длительности локальный экстремум. Дл  надежного автоматического исключени  локальных экстоемумов в режиме поиска и слежени  за глобальным экстремумом ФПК число допу5 стимых приращений выбираетс  больше числа измерительных точек, приход щихс  на локальный экстре-.,/ум. Например, при числе измерительных точек 3, приход щихс  на наибольший локальный экстремум, не0 обходимо выбрать число допустимых приращений как минимум 4. Число допустимых приращений может выбиратьс  в 1,2;1,5;2 раза больше длительности локального экстремума, при этом увеличиваетс 

5 помехоустойчивость, но уменьшаетс  точность работы системы.

Допустимое число приращений используетс  дл  анализа и игнорировани  локальных экстремумов по ходу развертки, без

0 принудительного ее реверсировани , а также задает зону автоколебательного слежени  за глобальными экстремумами на вершине (впадине) пика а.е.м.

После развертки всего масс-спектра,

5 когда выходное напр жение ЦАП 31 достигает максимального значени , импульсом переполнени  с выхода реверсивного счетчика 29 сбрасываетс  триггер управлени  27, который прекращает подачу тактовых

0 импульсов через элемент И 22 на реверсивный счетчик 29 и система приводитс  в исходное состо ние.

Дл  перехода к режиму Слежение в задатчик 16 кода допустимого числа прира5 щений, например при числе допустимых приращений 4 заноситс  двоичный код 0010, В задатчике 30 кода начала поиска экстремума заноситс  начальный код номера , а.е.м., выбранной дл  слежени , кото- рый определ етс  по формулам:

Хп а.е.м. гл. макс (п-1) х 82 + 8, (1)

где п - номер а.е.м, дл  слежени  за глобальным максимумом,

Хп а.е.м. (п-1) х 41 +8,(2)

гл, мин

где п- номер а.е.м. дл  слежени  за.глобальным минимумом.

Например, дл  поиска и слежени  за глобальным максимумом 32-й а.е.м. необходимо в задатчике кода 30 набрать число:

(32-1) х 82 + 8 2550, что соответствует двоичному коду:

1р234567891011 12 13 14 р (старший)

О 1101111100100 при использовании 14-ти разр дного ЦАП.

Дл  реализации слежени  за глобальным максимумом выбранной а.е.м, переключатель 19 режима работы системы устанавливаетс  в положение Слежение, а переключатель 20 поиска экстремума - в положение Макс.. После нажати  кнопки 28 Пуск низким уровнем взводитс  триггер 27 управлени  прохождением тактовых импульсов и по входу занесени  реверсивного счетчика 2.9 из задатчика 30 кода начала поиска экстремума через входы данных в реверсивный счетчик 29 переписываетс  двоичный код начала поиска глобального максимума заданной а.е.м. Единичный сигнал с выхода триггера 27 управлени  разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И 25 на вход синхронизации АЦП 2, а также через элемент И 22 на вход сложени  реверсивного счетчика 29, увеличива  его содержимое. Выходной код реверсивного счетчика 29 поступает на вход ЦАП 31, который подает .возрастающее развертывающее напр жение на вход масс-спектрометра 32.

С выхода масс-спектрометра 32 на информационный вход АЦП 2 подаетс  нарастающий аналоговый сигнал интенсивности U(t) выбранной а.е.м. (фиг.2, эпюра 33). Причем эпюры 1 соответствуют нормальному процессу, а эпюры 2 - процессу слежени  при дрейфе сигнала во времени и по амплитуде ..

Через второй элемент задержки 24 тактовые импульсы подаютс  на синхронизирующий , вход АЦП 2. который преобразует аналоговый сигнал интенсивности в цифровой код, поступающий на входы А компаратора 3, а также на информационные входы регистра 4 максимума и регистра 5 минимума дл  промежуточного хранени . Так как в начальном состо нии значение кода в регистре 4 максимума было нулевым, а с выхода АЦП 2 на входы А компаратора 3 подавалс 

значащий код, то на его первом выходе 37 формируетс  положительный импульс , поступающий на вторые входы элементов И 7 и И 11 (фиг.Я, эпюра 37). На третий вход 5 элемента И 7 подаетс  разрешающий уровень с пр мого выхода триггера 17 слежени  (фиг.2, эпюра 36). Импульсом Конец преобразовани  положительной пол рности , поступающим через первый вход эле0 мента И 7 и элемент ИЛИ 9 на вход занесени  регистра 4 максимума, в него записываетс  код с выхода АЦП 2.

С выхода регистра 4 максимума код первого измерени  через первый информаци5 онный вход мультиплексора 6, . стробируемый единичным сигналом с пр мого выхода триггера 17 слежени  (фиг.2, эпюра 36), поступает с выхода мультиплексора 6 дл  сравнени  на входы второй груп0 пы В компаратора 3. На выходе А В компаратора 3 устанавливаетс  сигнал логической единицы, а на выходах и - сигналы логического нул . Второй тактовый импульс, прохождение которого разре5 шаетс  единичным сигналом с выхода триггера 21 реверсировани  развертки (фиг.2, эпюры 40, 41), поступает через тре-. тий элемент И 22 на вход сложени  реверсивного счетчика 29, увеличива  его

0 содержимое на единицу. С выхода ЦАП 31 снимаетс  возрастающее напр жение развертки , подаваемое на вход масс-спектро- . метра 32. Новое приращение аналогового сигнала U(t) интенсивности с выхода масс5 спектрометра 32 поступает на информационный вход АЦП 2, после запуска которого задержанным тактовым импульсом выходной код АЦП 2 поступает на входы А компаратора 3 и регистр 4 максимума.

0 Компаратор 3 производит сравнение кодов текущего и предыдущего значений. Если на выходе компаратора 3 снова окажетс  единичный сигнал, то очередным импульсом Конец преобразовани  произво5 дитс  запись нового кода в регистр 4 максимума и перепись кода допустимого числа приращений 4 с задатчика 16 кода допустимого числа приращений в счетчик приращений 15.

0 При по влении первого локального экстремума 1 (фиг.2, эпюра 33) на выходе компаратора 3 (фиг.2, эпюра 38) по вл етс  единичный сигнал, что свидетельствует об отрицательном знаке приращений, входного

5 сигнала U(t). Положительный сигнал поступает на второй вход элемента И 12, на первый вход которого подаетс  единичный уровень с пр мого выхода триггера 17 слежени  за знаком приращений (фиг.2, эпюра 36). С выхода элемента И 12 через второй

ёход элемента ИЛИ 13 сигнал поступает на вычитающий вход счетчика приращений 15, уменьша  его содержимое на единицу и подготавлива  схему селекции локальных экстремумов. При этом код в регистре 4 максимума остаетс  без изменений , так как сигнал на выходе компаратора 3 имеет уровень логического нул  и запрещает перепись кода с выхода АЦП2 в регистр 4.

Если при следующем шаге ЦАП 31 и измереним входного сигнала на выходе по витс  снова.единичный сигнал, то через элементы И 12, ИЛИ 13 по входу вычитани  содержимое счетчика приращений 15 уменьшитс  еще на одну единицу (точка 1, фиг.2, эпюры 33,38), а содержимое регистра 4 максимума не изменитс . После следующего измерени  при единичном сигнале на выходе компаратора 3 импульсом Конец преобразовани  через элементы И 7, ИЛИ 9 по входу занесени  С записываетс  новый код в регистр 4 максимума ,и через первый вход элемента ИЛЙ-НЕ 14 по входу занесени  счетчика приращений 15 восстанавливаетс  код допустимого числа приращений (4й - 0010) в счетчике приращений 15, который переписываетс  из задатчика 16 кода допустимого числа приращений. При первом 1 и втором 1.1 локальных экстремумах (фиг.2, эпюра 33) счетчик приращений не обнул етс  (фиг.2, эпюра 39), сигнал Строб на его выходе не вырабатываетс  и триггер реверсировани  развертки 21 не измен ет своего состо ни . Процесс развертки И поиска глобального максимума продолжаетс  аналогично описанному. ; Суть анализа и игнорировани  локальных экстремумов заключаетс  в том, что счетчик приращений 15 при поиске глобального максимума интенсивности масс-спектра U(t) производит подсчет числа Отрицательных приращений, образно говор  - фиксирует и берет на учет помеху дл  Анализа.

} . Если в процессе: (изменени  входного сигнала при поиске глобального максимума и смены знака производной единичные сигналы на втором выходе компаратора 3  вл ютс  устойчивыми и повтор ютс  более трех раз. при этом в регистре 4 код глобального максимума не измен етс  (точка С1, фиг.2, эпюра 33) из-за отсутстви  разрешающего сигнала на выходе 38 компаратора 3, то по входу вычитани  счетчика приращений 15 четвёртым единичным импульсом , поступающим через элементы И 12, ИЛИ 13, счетчик приращений обнул етс . На его выходе заема формируетс  отрицательный импульс Строб (точка 1,

фиг.2, эпюры 33, 39), передний фронтом которого переписываетс  код глобального максимума в точке С1 из регистра 4 максимума на выходную шину Код максимума.

5 Передним фронтом импульса Строб, задержанным и проинвертированным на первом элементе задержки 18, через элемент ИЛИ 9 по входу занесени  регистра 4 максимума в него переписываетс  значение кода АЦП

0 2, измеренное в точке D1 (фиг.2,эпюра 33). Далее задержанным передним фронтом импульса Строб через элемент ИЛИ 9 и первый вход элемента ИЛИ-НЕ 14 с задатчика 16 кода числа допустимых приращений в счет5 чик приращений 15 переписываетс  код допустимого числа приращений 4. Это необходимо дл  того, чтобы анализировать приращени  при реверсировании развертки в зоне автоколебательного слежени  за

0 глобальным максимумом интенсивности а.е.м.

Задний положительный фронт импульса Строб поступает на счетные входы триггера 17 слежени  и триггера 21

5 реверсировани  развертки, устанавлива  последний в нулевое состо ние (фиг.2, эпюры 40, 41), Единичный сигнал с инверсного .выхода триггера реверсировани  21 разрешает прохождение тактовых импульсов че0 рез четвертый элемент И 23 на вход вычитани  реверсивного счетчика 29, уменьша  его содержимое. Выходное напр жение ЦАП 31 уменьшаетс , обеспечива  развертку пика а.е.м в обратном

5 направлении.

При единичных сигналах на первом выходе компаратора 3 в регистр 4 максимума занос тс  возрастающие коды интенсивности а.е.м.. После прихода четвертого

0 сигнала импульсом Конец преобразовани  в регистр 4 снова записываетс  значение глобального максимума в точке С1, но счетчик приращений 15 не обнул етс  и реверс развертки не производитс .

5 При смене знака приращений и уменьшении амплитуды пикай кодов АЦП 2 после четвертого единичного сигнала счетчик приращений обнул етс . Сигналом Строб производитс : перепись на выходную шину

0 Код максимума кода глобального максимума , измеренного ранее в точке С1 и хранившегос  в регистре 4 максимума, занесение кода, измеренного в точке D1, занесение кода допустимого числа приращений 4 с

5 задатчика 16 кода в счетчик приращений 15 и установление триггера реверсировани  развертки21 в единичное состо ние. Происходит реверсирование развертки и выходное напр жение ЦАП 31 начинает возрастать{$ип2 эпюра 33).

Далее процесс слежени  за глобальным максимумом и реверсирование развертки, в зависимости от технологического процесса, осуществл етс  в автоматическом режиме в течение любого заданного времени. Дл  прекращени  слежени  заданной а.е.м., например за а.е.м. Nfe 32, и перехода на слежение за новой а.е.м., н.апри-мер № 49, необходимо в ходе слежени  за 32-й а.е.м. в эадатчике 30 кода начала поиска экстрему- ма установить код начала поиска 49-й а.е.м., рассчитав его по формулам (1) или (2). Нажатием кнопки 28 Пуск подтверждаетс  единичное состо ние триггера управлени  27, а по входу занесени  L в реверсивный счетчик 29 заноситс  код начала поиска 49-й а.е.м., причем код развертки прежней 32-й а.е.м. .очищаетс . Поскольку тактовые импульсы продолжают поступать на счетный вход реверсивного счетчика 29, код с его выхода подаетс  на вход ЦАП 31, выходное напр жение которого разворачивает новую - 49- 10 а.е.м.: .

.Когда все а.е.м., выбранные дл  слежени , пройдены, оператор дл  ускоренного возвращени  системы в исходное состо - ние может установить в задатчике кода на- чала поиска экстремума 30 единичный код и нажать кнопку 28 Пуск. Тогда в реверсивный счетчик 29 перепишетс  максимальный код ЦАП 31, соответствующий выходному на- пр жению развёртки 10 В. Импульсом.пере- полнени  с выхода реверсивного счетчика 29 сбрасываетс  триггеруправленй  27 прохождением тактовых импульсов, прекраща  подачу тактовых импульсов через элементы И 25, И 22 на вход сложени  реверсивного счетчика 29.

В системе имеетс  возможность выхода из режима слежени  путем установлени  переключател  19 режима работы в положе- . ние Развертка. Тогда триггер реверсировани  развертки 21 взводитс  в единичное состо ние, разреша  прохождение тактовых импульсов на вход сложени  реверсив- ного счетчика 29. Увеличение кода в счетчике 29 обеспечивает рост напр жени  с выхода ЦАП 31 и развертку всего диапазона , а.е.м., после чего система возвращаетс  в исходное состо ние.

При дрейфе входного сигнала (положение 2, фиг.2. эпюра 33) по амплитуде или во времени система адаптируетс  к.изменению входного сигнала. Например, при уменьшении амплитуды в зоне слежени  за сигналом (точки C1-D1) и уменьшении напр жени  развертки (фиг.2, эпюра 34) по витс  единичный сигнал на втором выходе компаратора 3 и содержимое счетчика приращений 15 уменьшитс  на единицу . При следующем измерении на втором выходе компаратора по витс  единичный сигнал , который разрешает перепись нового значени  кода импульсом Конец преобразовани  в регистр 4 максимума и восполн ет код допустимого числа приращений 4 в счетчике приращений 15. При по влении четвертого сигнала в регистр 4 запишетс  код глобального максимума , измеренный в точке С2, и далее процесс слежени  будет производитьс  в зоне точек C2-D2.

Бели дрейф сигнала U(t) происходит при пр мом направлении развертки, когда напр жение ЦАП 31 увеличиваетс ; а содержимое счетчика приращений 15 уменьшилось на 2-3 единицы, то единим ным сигналом счетчик приращений обнул етс , импульсом Строб производитс  перепись нового кода в регистр 4 максимума и кода допустимого числа приращений в счетчик приращений 15 (точка 2, фиг.2. эпюра 33). Происходит реверсирование развертки и напр жение ЦАП 31 уменьшаетс , при этом .увеличиваетс  входной сигнал интенсивности U(t) и на первом выходе компаратора 3 по вл ютс  единичные импульсы . После нескольких измерений, завис щих от величины дрейфа и смены знака производной в регистр 4 заноситс  новое значение глобального максимума в точке С2. Далее при по влении четвертого сигнала происходит реверсирование развёртки (точка D2) и слежение будет осуществл тьс  в зоне точек D2 - С2.

Дл  поиска и слежени  за глобальным минимумом интенсивности а.е.м. переключатель 20 поиска экстремума устанавливав етс  в положение Мин.. На R-вход триггера 17 слежени  при этом подключаетс  обща  шина и он переходит в нулевое состо ние. ...

Отличие при слежении за глобальным минимумом .состоит р том, что единичный сигнал с инверсного выхода триггера слежени  17 разрешает работу элемента И 8, занесение информации производитс  в регистр.5 минимума, выходной код которого поступает на вторые входы мультиплексора 6. Управл ющим сигналом дл  мультиплексора  вл етс  уровень логического нул  с пр мого выхода триггера слежени  17 за знаком приращений.

Кроме того, перепись кода числа допустимых приращений из задатчика 16 кода допустимого числа приращений в счетчик приращений 15 производитс  импульсом Конец преобразовани , но через элементы И 8, ИЛИ 10 и второй вход элемента И ЛИНЕ 14 - при поиске глобального минимума,

а также импульсом Строб - при обнаружении глобального минимума. Уменьшение содержимого счетчика приращений 15 вводитс  также по входу вычитани , но при этом используетс  единичный сигнал , соторый поступает через элементы И 11, ИЛИ 13, поскольку единичный разрешающий сигнал подаетс  с нулевого выхода триггера слежени  17 (фиг,2, эпюра 42).

Остальные процессы по нахождению глобального минимума (точки C-D, фиг.2, эпюра 33) и зоны слежени , расчету кодов дл  задатчика 16 кода числа допустимых приращений и задатчика 30 кода начала поиска экстремума (по формуле (2)) аналогичны режиму поиска глобального максимума.. .-...

При этом слежение за глобальным минимумом интенсивности а.е.м. дает возможность в режиме накоплени  измер ть фоновый сигнал, а получа  значение глобального максимума интенсивности, можно с высокой точностью определ ть величину отношени  сигнал/шум, .; При воздействии импульсных помех, в VOM числе систематических, на фронте и спаде ФПК, а также в зоне автоколебательного Ьлежени , система обладает более устойчи- рой характеристикой регулировани  по сравнению с известными аналогами. Это Обусловлено введением счетчика приращений 15, который фиксирует отрицательные приращени  при по влении помехи - в случае поиска глобального максимума или положительные приращени  - в случае поиска глобального минимума. После прохождени  помехи и по влени  положительных приращений - дл  нахождени  глобального максимума, или отрицательных приращений А В-дл  нахождени  глобального минимума, в счетчике приращений 15 происходит восстановление кода допустимого числа приращений. Этим самым фиксируетс  новый уровень отсчета дл  .анализа следующего локального экстремума или обнаружени  глобального максимума (минимума) ФПК.

Система экстремального регулировани  реализована на микросхемах серий К 555, К 1108, КМП 817, К 544. В качестве объекта регулировани  32 используетс  се- рийный масс-спектрометр MX - 7304.

АЦП 2 реализован на микросхеме К1108 ПВ1 с инвертором на микросхеме (МС) К 555ЛЫ1. Компаратор 3 выполнен на трех МС К 555 СП1 с каскадным включением дл  обеспечени  разр дности. Регистры 4 и 5 выполнены на трех МС К 555ТМ8 каждый. Мультиплексор выполнен на трех МС К 555КП11 с каскадным включением.

Элементы 7,8 реализованы на МС К 555ЛИ6, элементы е 11,12,22,23,25 - на МС К555ЛИ1, элементы 9,10,13-МСК555ЛЛ1, элемент 14 - на МС К555Л Е1. Счетчик приращений 15 реализован на МС К 555I/1E7.

Задатчики кодов 16 и 30 выполнены на кнопочных переключател х П2К, подключенных к питающему напр жению + 5В и общей шине дл  задани  логических нулей и единиц . Триггеры 17, 21 И 27 реализованы на

МС К555ТМ2. Первый элемент задержки 18 выполнен на МС К555ЛН1, К555ЛИ1 с вре- м задающей цепью R, С и временем задержки 0,2 мкс. Переключатели 19, 20 .выполнены на тумблерах МТ-1. Второй элемент задержки 24 реализован на МС К 555АГЗ с врем задающей цепью на R, С, VD элементах с инверсией входного тактового импульса. Врем  задержки -около 160 мкс на установление ЦАП 31 и переходных процессов в масс-спектрометре. Реверсивный счетчик выполнен на четырех МС К 555ИЕ7 с каскадным включением дл  обеспечени  14- разр дного кода. ЦАП 31 выполнен на МСКМЦ817ПА1 с выходным усилителем на

МСК544УД2.

Таким образом, технико-экономическа  эффективность системы экстремального регулировани  квадрупольного масс-спект- ромбтра заключаетс  в повышенных быстродействии и устойчивости регулировани .

Claims (2)

1. Система экстремального регулировани  квадрупольного масс-спектрометра, содержаща  блок формировани  напр жений , с первого по четвертый элементы l/i, генератор тактовых импульсов, триггер слежени  за знаком приращений, исполнительный механизм, первый и второй элементы задержки, причем первый и второй выходы

блока формировани  приращений подключены к первым входам соответственно пер- вого и второго элементов И, а инверсный выход триггера слежени  за знаком приращений подключен к второму входу первого элемента И, отличающа с  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и устойчивости , дополнительно введены задат- чик кода числа допустимых приращений,

задатчик кода начала поиска экстремума , счетчик приращений, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, п тый элемент И, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, кнопка Пуск, переключатель режима работы, переключатель поиска экстремума, триггер управлени  прохождением тактовых импульсов , триггер реверсировани  развертки , исполнительный механизм выполнен в виде реверсивного счетчика, выход переполнени  которого подключен к R-входу триггера управлени  прохождением тактовых импульсов, вход занесени  - к S-входу триггера управлени  прохождением тактовых импульсов и к выходу кнопки Пуск, информационный вход- к выходу задатчика кода начала поиска экстремума, управл ющие входы сложени  и вычитани  - к выходам соответственно третьего и четвертого элементов И, информационный выход- к входу цифроаналогового преобразовател , выход которого подключен к входу квад- рупольногр масс-спектрометра, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразовател , выходы Конец преобразовани  и информационный которого подключены соответственно к первому и второму входам блока формировани  приращений, а синхронизирующий вход- к выходу второго элемента задержки, вход которого подключен к первым входам соответственно третьего и четвертого элементов И и к выходу п того элемента И, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и триггера управлени  прохождением тактовых импульсов , вторые входы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к пр мому и инверсному выходам и D-входу триггера реверсировани  развертки, счетный вход и S-вход которого подключены соответственно к первому и второму выходам переключател  режима работы, управл ющий вход которого  вл етс  входом переключени  режима работы системы, первый информационный вход подключен к общей шине, второй информационный вход-к входу первого элемента задержки, к выходу счетчика приращений, к счетному входу триггера слежени  за знаком приращений и к выходной шине строб, а третий выход - к информационному входу переключател  поиска экстремума, управл ющий вход которого  вл етс  входом переключени  поис ка

экстремума системы, а первый и второй выходы - соответственно к S- и R-входам триггера слежени  за знаком приращений. D-вход которого подключен к его инверсно- 5 му выходу и к третьему входу блока формировани  приращений, четвертый вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, п тый вход - к пр мому выходу триггера слежени  за знаком прира0 щений и второму входу второго элемента И, выход которого и выход первого элемента И подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к вычитающему входу счет5 чика приращений, информационный вход которого подключен к выходу задатчика кода числа допустимых приращений, а вход занесени  подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого

0 подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока формировани  приращений, п тый и шестой выходы которого  вл ютс  соответственно выходами Код максимума и Код минимума систе5 мы, вход кнопки Пуск подключен к общей шине.

2. Система по п.1,отличающа с  тем, что блок формировани  приращений содержит мультиплексор, компаратор, пёр0 вый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, регистр максимума и регистр минимума, выходы которых  вл ютс  соответственно п тым и шестым выходами блока и подключены соответственно к пер5 вому и второму информационным входам мультиплексора, входы занесени  - третьим и четвертым выходами блока и подключены . соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛИ, информационные входы

0 подключены к второму входу блока и к первому информационному входу компаратора, второй информационный вход которого подключен к выходу мультиплексора, первый и второй выходы  вл ютс  соответст5 венно первым и вторым выходами блока и подключены соответственно к первым входам первого и второго элемента И, вторые входы которых подключены к первому входу блока, третьи входы - соответственно к п 0 тому и третьему входам блока, выходы - к первым сходам соответственно первого и второго элег- .ентов ИЛ И, вторые входы которых подключены к четвертому, входу блока, . а управл ющий вход мультиплексора под5 ключен к третьему входу первого элемента И.