SU1064349A1 - Устройство питани анализатора квадрупольного масс-спектрометра - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ АНАЛИЗАТОРА КВАДРУПОЛЬНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА , содержащее генератор высокой частоты, выход которого соединен с первым входом контурной системы, ое аэованной индуктивностью повылающей обмотки трансформатора,,емкостыб квадрупольного анализатора и подстроечным конденсаторами, устройство , формировани  посто нной составл ющей напр зкени , выход которого соединен с выходом контурной системы, со стержн ми квадрупольного анализатора и входами высокочастотного детектора, дифференциальный усидитель, первый вход которого соединен с основным выходом высокочастотного детектора а выход - с управл ющим уходом геве-г ратора высокой частоты, Генератор управл ющего напр жени , выход которого подключён к второму входу дифференциального усилител  и управл ющему входу устройства формировани  посто нней составл ющей напр жени , и источник питани  генератора высокой частоты, выход которого подключен через токосьемный резистор к второму входу контурной систеки, отличаю щеес   тем, что, с целью повьшёни  симметрии выходных высокочастотных напр жений и уменьшени  коэффициента1 нелинейных искажений в широком диапазоне изме нени  выходных напр жений, в него дополнительно введены влок управлени  величиной индуктивности контурной схемы и два управл екедх конденсатора , подключенные между выходами контурной системы и общей шиной масс-спектрометра,. С5лок управлени  величиной их емкости., входы которого соединены с основным и дополнительным выходами высокочастотного детектора, выходы подключены к входам управл емых конденсаторов, один вход блока управлени  величиной индуктивности контурной системы подключен к выходу генератбра управл ющего напр жени , второй - к второму входу контурной системы, а выход - к управл ющему входу контурной системы. 2..Устройство по п. 1, отличающее с .  тей, что управл емые конденсаторы выполнены в виде последовательно соединенныхконденсатора посто нной- емкости и О. варикапа, а блок управлени  величиной их емкости содержит дифференциX альный усилитель с парафазными выхсг4 дами, которые соединены с аарикапаtm , а входы подключены к основному DO 4i Ю и дополнительному выходам высокочастотного детектора. 3. Устройство по п. 1, о т л и чающеес  тем, что в контурную систему дополнительно введена обмотка подмагничивани , один из выводов которой служит управл ющим входом контурной системы, а второй Соединен с общей шиной масс-спект рометра , блок управлени  величиной индуктивности контурной системы содержит дополн.ительный дифференциальный усилитель, выход которого соединен с первым выводом обмотки подмагничивани , первый вход подключен к выходу детектора, вход которого соединен с

Description

вторым входом контурной системы, и функционёшьный првобразоватвль, выход которого соединен с вторым входом дополнительного дифференциаильного усилител , а вход с выходом генератора управл ющего напр жени .

Изобретение относитс  к электрон ным генераторам напр жени  вида y()+Vco6Lut) и предназначено дл  использовани  в квадрупольной массспектрометрии . Известны устройства питани  анализатора квадрупольного масс-спектрометра с раздельным формированием составл ющей и переменной составл ю щей V выходного напр жени j содержащие генератор высокой частоты, вырабатывающий переменную составл ю щую V с контурной системой, образованной индуктивностью повышающей обмотки трансформатора, емкостью квалрупольного анализатора и емкост ми подстроечных конденсаторов. Амплитуда генератора высокой частоты стабилизируетс  при помощи обрат ной св зи, в цепь которой включены высокочастотный детектор и дифференциальный усилитель. Использовани контурной системы обеспечивает небольшое потребление мощности и умен шает коэффициент нелинейных искажений . Устройство формировани  постб  ной составл ющей напр жени  U выпол н етс  в виде стабильных высоковоль ных усилителей посто нного тока либ управл емых стабилизаторов посто нного напр жени . Они обладгиот высокой стабильностью выходных напр жений и, линейностью амплитудной хара теристики и, кроме того, в них используютс  устройства автосимметрир вани  напр жений +и относительно об щей шины масс-спектрометра. Достоинствами устройств питани  анализаторов квадрупольных массспектрометров  вл ютс  высока  стабильность параметров и,V,, выс ка  степень симметрии напр жений +U и малое времй установлени  выход ных напр жений, причем данные досто инства наиболее существенно про вл  ютс  .при изменении выходных напр же ний и и V в широком диапазоне Г1Д. Однако в данных устройствах ручна  подстройка дифференциальными конденсаторами не позвол ет произво дить симметрирование напр жений +V относительно общей шины масс-спектfiOMeTpa с погрешностью менее (0,1+0,3)%. Кроме того, устройства характеризуютс  невозможностью авто матически подстраивать симметрию при изменении в широких пределах выходных напр жений, так как при этом измен ютс  параметры контурной системы, при изменении которых возрастает коэффициент нелинейных искажений, , рагстет потребл ема  генератором высокой частоты мощность. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство питани  анализатора квадруг . польного масс-спектрометра, содержащее генератор высокой частоты, выход которого соединен с первым входом контурной системы, образованной индуктивностью повышающей обмотки трансФорматора , емкостью квадрупольного анализатора и подстроечными конденсаторами , устройство формировани  посто нной составл ющей напр жени , выход которого соединен с выходом контурной системы со стержн ми квадрупольного анализатора и вход.ми высокочастотного детектора, дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с основным выходом высокочастотного детектора, а выход - с управл ющим входом генератора высокой частотыj генератор управл ющего Напр жени , выход которого подключен к второму входу дифференциального усилител  и управл ющему входу устройства формировани  посто нной составл ющей напр жени , И источник питани  генератора-высокой частоты, выход которого подключен через токосъемный резистор к второму вхОду контурной системы С2. Недостатками, известного устройства  вл ютс  асимметрии выходных высокочастотных напр жений и значи-тельные нелинейные искажени  в диапазоне изменени  выходных напр жений . Цель изобретени  - повьшение симметрии выходных высокочастотных напр жений устройства питани  анали-ч затора квадрупольного масс-спектрометра и уменьшение коэффициента нелинейных искажений в широком диапазоне изменени  выходных напр жений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство питани  анализатора квадрупольного масс-спектрометра , содержащее генератор высокой частоты, выход которого подключен к первому входу контурной систе1иы , образованной индуктивностью повышающей обмотки трансформатора, емкостью квадрупольного анализатора и подстрречными конденсаторами, устройство формировани  посто нной составл ющей напр жени , выход которого соединен с выходом -контурной системы , со стержн ми квадрупольного ансшизатора и входами высокочастотного детектора, дифференциальный усилитель, первый вход которого подключен к основному выходу высокочастотного детектора, а выход - к управл ющего входу генератора высокой частоты, генератор управл ющего напр жени , выход которого подключен к второму входу дифференцис1льного усилител  и управл ющему входу устройства формировани  посто нной сое тавл ющей напр жени , и источник питани , соединенный с вторым входом, контурной системы через токосъемный резистор, дополнительно введены блок управлени  величиной индуктивности контурной схемы и два управл емых конденсатора, включенных между выходами контурной системы и общей шиной масс-спектрометра, блок управлени  величиной их емкости, выходы которого соединены с управл кнцими входами управл емых конденсаторов, а входы подключены к основному и дополнительному выходам высокочастотного детектора , и блок управлени  величиной индуктивности контурной системы, выход которого подключен к управл  ощему входу контурной системы, один вход подключен к выходу гейератора управл ющего напр жени , а второй вход - к второму входу контурной системы. . , .

Управл емые конденсаторы выполнены в виде последовательно соединенных конденсатора посто нной емкости и варикапа, а блок управлени  величиной их емкости содержит диф-. ференциальный усилитель с парафазными выходами, которые соединены с варикапами, а входы подключены к основному и дополнительному выходам высокочастотного детектора.

Блок управлени  величиной индуктивности контурной системы содержит дополнительный дифференциальный усилитель, выход которого соединен , с первым выводом обмотки подмагничивани , дополнительно введенной в контурную систему, второй выход которой соединен с общей шиной массспектрометра , а первый вход подклюг чен к выходу детектора, вход которого соединен с вторым входом контурной системы, и функциональный преобразователь , выход которого подключен к второму входу дополнительного дифференциального усилител , а вход - к

выходу генератора управл ющего напр  жени .

Предлагаемое устройство обеспечи-. вает автоматическое симметрирование выходных высокочастотных напр жений относительно общей шины масс-спектрс 1етра с более высокой точностью и в ntopoKOM диапазоне изменений выходных напр жений, что достигаетс  за счет использовани  след щей отрицательной обратной св зи, в цепь которой включены высокочастотный детектор с двум  выходами - датчик асимметрии напр жений, дифференциальный усилитель с парафазными выходс(ми усилитель рассогласовани  и управл емые конденсаторы - исполнительные элементы. Кроме того, увеличение коэффициента нелинейных искажений, вызванное уходом контурной системы

из резонанса.§слёдствие изменени  емкостей управл емых конденсаторов и изменени  параметров контурной системы, в предлагаемом устройстве компенсируетс  за счет автоматической настройки резонанса контурной системы в широком диапазоне изменени  выходных напр жений при помощи отрицат.ельной обратной св зи/ след щей за величиной тока потреблени  генератора высокой частоты, в цепь которой включены токосъемный резистор с детектором - датчик величины реального тока потреблени , дополнительный дифференциальный усилитель усилитель рассогласовани , функциональный преобразователь с генератором управл ющего напр жени , вырабатывающий сигнал, пропорциональный току потреблени  генератора высокой частоты при резонансе контурной системы и различных напр жени х на ней, опорный элемент и обмотка подмагничивани  - исполнительный элемент.

На чертеже представлена структурна  схема устройства питани  анализатора квадрупольного масс-спе трометра .

Устройство питани  амгшизатора квадрупольного масс-спектрометра содержит генератор 1 высокой частоты , выход которого подключен к контурной системе 2, выход которой вместе с выходом устройства 3 формировани  посто нной составл ющей напр жени  подключены к стержн м 4 квадрупольного анализатора, высокочастотный детектор 5 через дифференциальный усилитель 6 с парафазными выходами подключен к управл емым конденсаторам 7, входы дифференциального усилител  8 подключены к

генератору 9 управл ющего напр жени , а источник 10 питани  генератора высокой частоты через токосъемный резистор 11 подключ н к детектору 12, выход которого соединен с

дополнительным дифференциальным уси лителем 13, шторой вход которого подключен к функциональному преобразователю 14. Устройство писани  анализатора квадрупольного масс-спектрометра , работает следующим образом, , Генератор 1 высокой частоты, подключенный к первому входу контурной системы 2, ВЕфабатывает высо ковольтное высокочастотное напр жение Vcosuit, амплитуда V которого ста билизируетс  при помощи отрицательной Обратной св зи, в цепь которой включены высокочастотный детектор 5 и дифференциальный усилитель 8. Вхо ды высокочастотного детектора 5 сое динены с выходами контурной снстемы 2, а основной выход высокочастот ного детектора 5 подключен к одному из входов дифференциального усилител  8, выход которого соединен с управл ющим входом генератора 1 высокой частоты. Управление выходным напр жением генератора высокой частоты осуществл етс  напр жением генератора 9 управл ющего напр жени , выход которого подключен к второму входу дифференциального усилител  8 Формирование постио нной составл ющей . U осуществл етс  при помощи уст ройства 3 форгетровани  посто нной составл ющей напр жени , в котором прин ты меры по стабилизации и авто симметрированию выходных напр жений Управление выходным напр жением уст ройства 3 формировани  посто нной составл ющей напр жени  осуществл е с  выходным напр жением генератора управл ющего напр жени , выход кото рого соединен с управл ющим входом устройства 3 формировани  посто нно составл ющей напр жени . Выходы кон турной системы 2 и устройства 3 фор мировани  посто нной составл кндей напр жени  подключены к стержн м квадрупольного анализатора 4, подав ва  на них напр жение i(U+Vco5U)t) относительно общей шины масс-спектрометра . Автосимметрирование переменных составл ющих выходного напр  жени  , снимаемых с выходов контурной системы 2, осуществл етс  при помощи управл емых конденсаторов 7, включенных между выходами контурной системы 2 и общей шиной масс-спектрометра. Выходные посто нные напр жени  с основного и допол нительного выходов высокочастотного детектора 5, пропорциональные выходным высокочастотным напр жени м +V и -V2, подаютс  на входы дифференциального усилител  11 с парафазными выходами, выходные си налы которого, пропорциональные асимметрии высокочастотных напр жений , измен ют величины емкостей управлемыЛ кондёнсатороп (одн.ого в сторону увеличени  емкости, другого - ш сторону уменьшени ) до тех пор, поха не будет скомпенсирован начальный разбаланс емкостей и не установитс  требуема  симметри  напр жений и Vj Емкость упраап емых конденсаторов 7 (Су и С ) равна Co Cet/JC,,(V) где Cg - емкость высоковольтного конденсатора посто нной емкости; , GO - начальна  емкость варикапа; , 4С„ ( изменение емкости варикапа CB,условие малого сигнала дл  , варикапа. Максимальный разбаланс емкостей, компенсируемый устройством, равен c-..c.,- «4C{VJ1 .ДС, О СЮ да ЛС 2Св Изменение емкостей управл емых конденсаторов 7 и параметров контурной системы 2 при сканировании спектра масс приводит к тому, что контурна  система 2 выходит из резонанса и, следовательно, растет коэффициент нелинейных искажений, который может увеличитьс Iдо недопустимого уровн , и также МОЩНОСТЬ, потребл ема  генератором 1 высокой частоты. Уменьшение нелинейных искажений высоко ас : тотногО напр жени  осуществл етс  путем изменени  индуктивности контурной системы 2 и поддержани  самой контурной системы 2 в резонансе, Дл  этого сигнал, пропорциональный потребл емому генератором 1 высокой частоты току, с токосъемного резистора 11 подаетс  на детектор 12, с выхода которого поступает на первый вход дополнительного дифференциального усилител  13. Опорным сигналом, подаваемым на второй вход дополнительного дифференциального усилител  13, служит напр жение, пропорциональное току потреблени  генератора 1 высокой частоты при резонансе контурной системы 2 и формируемое функциональным преобразователем 14, на вход которого подаетс  напр жение с генератора 7 управл ющего напр жени . Напр жение сшибки с выхода дополнительного дифференциального усилител  13 подаетс  на управл ющий вkoд контурной системы 2, к которому подключен оДин из выводов дополнительной обмотки подмагничивани , а другой - к общей шине масс-спектрометра. Изменение величины посто нного тока в обмотке подмагничива и , вызванное выходным напр жением дополнительного диффере циального усилител  13, приводит к изменению величины магнитной проницаемости сердечника, а следовательно , и индуктивности контурной систе мы 2. Функционсшьный преобразователь 14 формирует опорное напржкение , пропорциональное току потреблени  генератора 1 высокой частоты при резонансе контурной системы 2. Функциональна  св зь между током потреблени  генератора 1 высокой частоты и. напр жениемгенератора 9 управл ющего напр жени  находитс  экспериментгшьно и формируетс  при помощи диодных првс бразователей . Предлагаемое устройство по сравнению с известным позвол ет за счет использовани  управл емых конденсаторов автоматически симметрировать выходные высокочастотные напр жени  с высокой точностью {погрешность не более 0,01%) и в широком диaпaзoне изменени  выходных напр жений. Увеличение нелинейных искажений, вызванное изменени ми емкостей управл емых конденсаторов и параметров контурной системы, компенсируетс  путем а1Втоматической подстройки в резонанс контурной системы в широком диапазоне изменени  выходных напр жений; Вследствие этого становитс  возможным получение более высвкой разрешающей способности квадрупольного масс-спектрометра без ухудшени  его чувствительности в широком диапазоне анализируемых масс.

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ АНАЛИЗАТОРА КВАДРУПОЛЬНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА, содержащее генератор высокой частоты, выход которого соединен с первым входом контурной системы, образованной индуктивностью повыаающей обмотки трансформатора,, емкостью квадрупсльного анализатора и подстро* ечными конденсаторами, устройство Формирования постоянной составляющей напряжения, выход которого соединен с выходом контурной системы, со стержнями к вадрупольн ого анализатора и входами высокочастотного детектора, дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с основным выходом высокочастотного детектора, а выход - с управляющим уходом генератора высокой частоты, генератор управляющего напряжения, выход которого подключен к второму входу дифференциального усилителя и управляющему входу устройства формирования \ постоянней составляющей напряжения, и источник питания генератора высокой частоты, выход которого подключен через токосъемный резистор к второму входу контурной системы, отличаю щеес я тем, что, с целью повышения симметрии выходных высокочастотных напряжений и уменьшения коэффициента нелинейных искажений в широком диапазоне изменения выходных напряжений, в него . дополнительно введены* блок управления величиной индуктивности контурной схемы и два управляемых конденсатора, подключенные между выходами контурной системы и общей шиной масс-спектрометра,, блок управления величиной их емкости., входы которого соединены с основным и дополнительным выходами высокочастотного детектора, выходы подключены к входам управляемых конденсаторов, один вход блока управления величиной индуктивности контурной системы подключен к выходу генератбра управ- g ляющего напряжения, второй - к вто- 8 рому входу контурной системы, а выход - к управляющему входу контурной системы.

2. Устройство поп. 1, отличающее с я тем, что управляемые конденсаторы выполнены в виде последовательно соединенныхконденсатора постоянной· емкости и варикапа, а блок управления величиной их емкости содержит дифференциальный усилитель с парафаэными выходами, которые соединены с варикапами, а входы подключены к основному и дополнительному выходам высокочас тотного детектора.

3. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что в контурную систему дополнительно введена обмотка подмагничивания, один из выводов которой служит управляющим входом контурной системы, а второй Соединен с общей шиной масс-спектро метра, блок управления величиной индуктивности контурной системы содержит дополнительный дифференциальный усилитель, выход которого соединен с первым выводом обмотки подмагничивания, первый вход подключен к выходу детектора, вход которого соединен с вторым входом контурной системы, и функциональный преобразователь, выход которого соединен с вторым входом дополнительного дифференциального усилителя, а вход *· с выходом генератора управляющего напряжения.