Устройство формирования перестраиваемого по частоте напряжения для квадрупольных масс-спектрометров

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯк Автоаскомь свидительствь Союз Советскнк Соцналнстическик Республик(22) Заявлено Об,1179 (21) 2875 б 32/18-21с присс единением заявки Нов(51 М )( 3 Н 01 3 49/42 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(54) УСТРОИСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРЕСТРАИВАЕМОГОПО ЧАСТОТЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ КВАДРУПОЛЬНЫХМАСС-СПЕКТРОМЕТРОВ ЬГ в 25 Изобретение относится к массспектрометрии и может быть использовано в квадрупольных масс-спектрометрах различного типа, в которых массовое число регистрируемых ионов прямо пропорционально амплитуде и обратно пропорционально квадрату частоты питающего анализатор напряжения.Известны источники питания анализаторов квадрупольных масс-спектрометров, вырабатывающие высокочастотное напряжение изменяющейся частоты постоянной амплитуды и постоянные напряжения смещения (11 .Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство формирования перестраиваемого по частоте напряжения, содержащее перестраиваемый по частоте генератор синусоидальных колебаний стабильной амплитуды, выход которого подсоединен к электродам анализатора, операционный усилитель, выход которого подключен к управляющему входу генератора, преобразователь частота - напряжение, вход которого соединен с выходом генератора, а выход - с одним и входов операционного усилителя, генератор управляющегонапряжения, выход которого соединен с другим входом операционногоусилителя, и источник постоянногонапряжения, выход которого соединенс электродами анализатора 21.В данном устройстве формированияперестраиваемого по частоте напряжения преобразователь частота - напряжение имеет линейную зависимость выходного напряжения от частоты, вследствие чего при высоком коэффициентеусиления операционного усилителяобеспечивается линейная зависимостьчастоты генератора от управляющего 15 напряжения, а генератор управляющего напряжения вырабатывает пилообразное напряжение экспоненциальнозатухающей формы, чтобы ликвидировать развертку спектра масс во вре мени. Однако известно, что для осуществления линейной по массам развертки частоту 1 необходимо изменятьво времени с по закону где Ь - коэффициент пропорциональности.Используемый в известном устрой стве экспоненциальный закон измене 3 894820(2) ния частоты во времени значительно отличается от требуемого обратно квадратичного (1), что вызывает резкую нелинейность развертки спектра масс во времени, особенно в области малых масс.Цель изобретения - повышение линейности развертки спектра масс во времени.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве формирования перестраиваемого по частоте напряжения для квадрупольных масс-спектрометров, содержащем перестраиваемый по частоте, генератор, операционный усилитель, выход которого подключен к управляющему входу генератора, преобразователь частота - напряжение,вход которого соединен с выходом генератора, а выход - с одним иэ входов операционного усилителя, генератор управляющего напряжения, выходкоторого соединен с другим входомоперационного усилителя, генераторуправляющего напряжения выполнен ввиде генератора линейно изменяющегося напряжения, а преобразователь частота - напряжение состоит из делителя частоты, выход которого соединен со входами двух ключевых каскадов, и последовательно соединенных источника опорного напряжения, двух принудительно обнуляемых интеграторов, входы обнуления которых соединены по отдельности с выходами ключевых каскадов, и блока выделения постоянной составляющей.На фиг. 1 представлена структурная схема источника перестраиваемого по частоте напряжения; на фиг. 2- структурная схема преобразователя частота - напряжение на фиг. 3 эпюры напряжений преобразователя в узловых точках.Устройство содержит генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, операционный усилитель 2, перестраиваемый по частоте генератор 3, преобразователь 4 частота - напряжение, источник 5 постоянного напряжения, источник б опорного напряжения, интеграторы 7 и 8, блок 9 выделения постоянной составляющей,.делитель 10частоты, ключевые каскады 11 и 12,Устройство работает следующимобразом. Генератор 1 вырабатывает линейноизменяющееся во времени напряжение. Ойерационный усилитель 2, перестраиваемый по частоте генератор 3 и преобразователь 4 частота - напряжение образуют систему с глубокой отрицательной обратной связью, в которойзависимость частоты Г генератора 3от входного напряжения У операционного усилителя 2 полностью определяется функцией преобразования преобразователя 4. Выходное напряжение 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 лреобраэователя У обратно пропорционально квадрату частоты Г где К - коэффициент пропорциональности, благодаря чему частота генератора 3 зависит от входного напряжения операционного усилителя 2 по законуГ =у 6(3)Так как на вход операционного усилителя 2 поступает линейно изменяющееся во времени напряжение, то частота генератора изменяется обратно пропорционально корню квадратному иэ времени, что обеспечивает линейную развертку спектра масс во времени.Устройство работает следующим образом.На вход интегратора 7. (фиг. 2) поступает постоянное напряжение с источника 6 опорного напряжения, вследствие чего на выходе интегратора 7 напряжение Увы.у линейно нарастает во времени (фиг. За) . В результате интегрирования данного напряжения на выходе интегратора 8 напряжение Чвв изменяется во времени по параболическому закону (фиг. Зб) . Ключевые каскады 11 и 12, запускаемые импульсами с делителя 10 частоты, обеспечивают быстрое синхронное обнуление интеграторов с периодом, пропорциональным периоду входного сигнала. Напряжение на выходе второго интегратора приобретает вид параболически нарастающего в течение каждого периода и резко спадающего до нуля в конце него. Постоянная составляющая такого напряжения прямо пропорциональна квадрату периода, т.е, обратно пропорциональна квадрату частоты входного сигнала Гех Она выделяется блоком 9 выделения постоянной составляющей, например, йС-цепью и подается на выход преобразователя.Использование преобразователя частота - наПряжение, выходное напряжение которого обратно пропорционально квадрату частоты, позволяет, в сочетании с использованием генератора линейно изменяющегося напряжения в качестве генератора управляющего напряжения, добиться точной линеариэации развертки спектра масс во времени, что облегчает запись и расшифровку спектра масс и тем самым повышает эффективность исследований, проводимых с помощью квадрупольных масс- спектрометров. Формула изобретения Устройство формирования перестраиваемого по частоте напряжения для894820 Вг Составитель Н. АлимоваРедактор В.Пилипенко Техред Т, Маточка Корректор М.Пожо Заказ 11502/84 Тираж 787 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 кващруполъных масс-спектрометровсодержащее перестраиваеьый по частотегенератор, операционный усилитель,выход которого подключен к управляющему входу генератора, преобразователь частота - напряжение вход которого соединен с выходом генератора,а выход - с одним иэ входов операционного усилителя, генератор управляющего напряжения, выход которогосоединен с другим входом операционного усилителя, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения линеиности развертки спектра масс во времени,генератор управляющего напряжения выполнен в виде генератора линейно изменяющегося напряжения, а преобразователь частота - напряжение состоитиэ делителя частоты, выход которогосоединен со входами двух ключевых каскадов, и последовательно соединенных источника опорного напряжения, двухпринудительно обнуляеьых интеграторов, входы обнуления которых соединены по отдельности с выходами ключевыхкаскадов, н блока выделения постоянной составляющей,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шеретов Э.П., Зенкин В,А., Самодуров В.Р. и Веселкин Н.В. Трехмерный квадрупольный масс-спектрометрс разверткой спектра масс изменениемчастоты питаквяего сигнала. - "Приборы и техника эксперимента", 1973,9 1, с. 163 - 165.2. Гос 1 Ч. апд ИЬ й Ьоцгп Ч,А.А чагаЬе -1 геццепсу чоаде ьцрруГог а щопорое щавв- ьресйгощеСег.