Устройство для исследования молекулярных пучков

СОВЕТСНИХ 1 Л 49 26 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о СС 21.0 ИССЛЕДОВАНИЯ ержащее форенный с пре- ссоспектрователь сигнан ч а юелью повыуменьшения о введены реверсивный Ш о ГОСУДАРСТВЕННЬ 9 КОМИТЕТ ССОР ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИИ И (ЛНРЫТИ(72) А.Ф, Кузьмин Е.В. Ланин, Ю. Н. Раков, В,А. Павленко и ,О,И. Яковлев71) Ордена Трудового Красного Зна" мени специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения (53) 621. 384 088 8)56) 1, Хаерман К. Иассоспектрометрическое излучение некоторых реакций атомов кислорода с углеводородами при низком давленни.-в кн, "Кинетическая массоспектрометрия и ее аналитические применения. И., фНаука 1979, с. 108-1212Авторское свидетельств СР Р 791107, кл. Н 01 3 49/00, 8.80 (прототип).(54) 57) УСТРОЙСТВО ДЛЯМОЛЕКУЛЯРНЫХ ПУЧКОВ содмирователь пучка, соединрывателем с приводом, маметр, генератор, формиролов и самописец, о т лщ е е с я тем, что, с цения чувствительности ибъема аппаратуры, в негнормализатор импульсов 801015455 счетчик ионов с узлом управления реверсом, индикатор, цифро-аналоговый преобразователь, счетчик периодов модуляции с индикатором и цифроаналоговым преобразователем, дели- тельное устройство и пульт управления, при этом вход узла программного управления формирователя сигналов соединен с пультом управления, один иэ выходов узла коммутации формирователя сигналов соединен с самописцем, другой - со счетчиком периодов модуляции к выходам которого подключены индикатор и цифро-аналоговый . преобразователь, выход которого ссединен с делительньвю устройством, выход узла сравнения форвярователясигналов подключен к первому входу узла управления реверсом, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика ионов, ко второму входу которого подключен выход нормализатора импульсов, вход кото- с рого подключен к выходу электронного умножителя массоспектрометра, а Вфе выходы реверсивного счетчика подклю- ") чены к входам индикатора и цифроаналогового преобразователя, к выходу которого подключено делительное ЯД устройство, соединенное с входом самописца.Сл1015455 20 равляет Формирователем разряда и по 30 относятся наличие двух каналов счета с увеличецной разрядностью, отсутствие .текущей оценки амплитудымодулированной составляющей, чтоприводит к непроизводительным потерям времени, так как не позволяетоператору контролировать заданныепараметры период модуляции, величи" 40ну фазового сдвига, время синхрон"ного детектирования ), а также увеличение погрешности измерения эа счет 45 50 настроен на определенное массовоечисло, во втором устройство производит регистрацию и обработку модулированцой составляющей заданныхучастков масс-спектра. Исследуемоевещество в виде молекулярного пучка, модулированного прерывателем,поступает в массоспектрометр. ОпорИзобретение относится к областимассоспектрометрии модулиронанныхмолекулярных. пучков,Известно устройство для исследования молекулярных пучков, котороеработает следующим образом. Атомарный кислород в смеси с инертным газом из источника поступает в видемолекулярного пучка в проточный реактор, н зону реакции которого вводится пучок стабильных углеводородов, а продукты реакции поступают висточник инов массоспектрометра,содержащего в качестве детекторавторичный электронный умножитель.Выходные импульсы умножителя преобразуются нормализатором импульсон,содержащим импульсный усилительи дискриминатор. Для повышения чувствительности детектирование осуществляется с помощью системы синхронного счета ионов, содержащей фазовый детектор и счетчики ионов.При этом модуляция химической реакции осуществляется импульсами генератора и прерынателем, который упдает импульсы на формирователь сигналов, управляющий фазовым детектором. Фазовый детектор коммутирует импульсы от электронного умножителя в два счетчика ионов, информация иэ которых поступает н память многоканального анализатора 1.К недостаткам данного устройства регистрации неинформатинных участков сигнала области переходного: процесса ), так как устройство осуществляет лишь фазовый сдвиг на периоде модуляции, а не выбор участков регистрации.Известно также устройство для ,исследования молекулярных пучков, содержащее ЭВМ, формирователь пучка,прерыватель с приводом, массоспектро метр, генератор, формирователь сигналов и самописец, Устройство работает в двух режимах. В первом устройство осуществляет выделение сигнала из шума, когда массоспектрометр ный сигнал от прерывателя поступает на переключатель каналов формирователя сигналов. Последний формирует в ЭВМ сигналы, соответствующиеначалу и концу съема отсчетон ЭВМ5 по каналу интенсивностиПри этомвырабатываются две пары сигналов.Одна из них относится к той областиизмеряемого сигнала, где присутствует.сумма модулированной состав 0 ляющей и фона участок "сигнал+фон"),другая - к области, где модулированная составляющая отсутствует"сигнал+фон" ЭВМ последовательносуммирует данные от аналого-цифрового преобразователя ( АЦП ), расположенного в канале измерения интенсивности, с содержимым ячеек массива накопления. На участке "фон" ЭВМпроизводит операцию вычитания. Съемотсчетов от АЦП проиэнодится междусигналами начала и конца соотнетствующего участка. В результате работыустройство обеспечивает выделениесигнала из смеси фона и шума, осуществляя в процессе выделения индикацию и регистрацию как текущей оценки амплитуды модулированной составляющей, так и контроль и оптимиза"цию заданных оператором параметров 2,)Недостатками указанного устройст"ва являются невозможность выделения слабых периодических сигналовв диапазоне малых ионных токов10-9-10-ффА, т. е,в том случае, когда полезный сигнал определяется единицами ионов на несколько секунд,значительный объем оборудования,включающий высокопроизводительнуюЭВМ, и, кроме того, непроизводительные потери времени, связанныес подготовкой ЭВМ к работе и ее тестированием.Цель изобретения - повышение чув-,ствительности и уменьшение объемаоборудования.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для исследования молекулярных пучков, содержащее Формирователь пучка, прерыватель с приводом, массоспектрометр,генератор, формирователь сигналови самописец, введены нормализаторимпульсов, реверсивный "счетчик ионовс узлом управления реверсом, индикатор, цифро-аналоговый преобразователь, счетчик периодов модуляции с индикатором и цифро-аналоговым преобразователем, делительноеустройство и пульт. управления, приэтом вход узла программного управления формирователя сигналов соединен с пультом управления, один извыходов узла коммутации формирователя сигналов соединен с самописцем,другой - со счетчиком периодов60 65 модуляции, к выходам которого подключены индикатор и цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен с делительным устройством, выход. узла сравнения формирователя сигналов подключен к первому входу узла управления реверсом; выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика ионов, ко второму входу которого подключен выход нормализатора импульсов, вход 10 которого подключен к .выходу элек- .(тронного умножителя массоспектрометра, а выходы реверсивного счетчика подключены к входам индикатора и цифро-аналогового преобразователя, 5 к выходу которого подключено дели- тельное устройство, соединенное с входом самописца.На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.20Устройство содержит формирователь 1 пучка, прерыватель 2 с приводом 3, массоспектрометр 4, нормализатор 5 импульсов, узел б управления реверсом, реверсивный счетчик 7 ионов, индикаторы 8 и 9, цифро-аналоговые преобразователи 10 и 11, делительное устройство 12, счетчик 13 периодов модуляции, самописец 14, генератор 15, пульт 16 и Формирователь 17 сигналовф содержащий пере ключатель 18 каналов, делитель 19 частоты, узел 20 коммутации, формирователи 21 стробов, узел 22 сравнения и узел 23 программного управления, причем прерыватель 2 с при водом 3 соединен с Формирователем 1 пучка, массоспектрометром 4 и переключателем каналов 18, связанным с генератором 15 и Формирователями 21 стробов, узел 22 сравнения соединен с Формирователями 21 стробов, узлом б управления реверсом, узлом 20 коммутации и узлом 23 программного управления, связанным с пультом 16, делителем 19 частоты и узлом 20 коммутации, который соединен с самописцем 14, счетчиком 13 периодов модуляции и через делитель 19 частоты с генератором 15, реверсивный счетчик 7 ионов, связанный с узломб управления реверсом, подключен с 50 одной стороны к нормализатору 5 импульсов, соединенному с электронным умножителем массоспектрометра 4, а с другой стороны связан с индикатором 8 и цифро-аналоговым преобразо вателем 10, соединеным с делительным устройством 12, выход которого свя. зан с самописцем -14, а счетчик 13периодов модуляции, соединен с индикатором 9 и цифро-аналоговым преобразователем 11, выход. которого подключен к делительному устройст-. ву 12. Предлагаемое устройство работаетследующим образом. Исследуемое вещество в виде мо"лекулярного .пучка, модулированногопреобразователем 2 поступает в мас-соспектрометр 4. Массоспектрометрнастроен на определенное массовоечисло. Полезный сигнал, подлежащийизмерению и выделению из фона,присутствует на выходе электронногоумножителя массоспектрометра в первую половину периода модуляции ичастично может захвативать вторуюполовину вследствие наличия рассеяния и теплового распределения скоростей. молекул.Кроме того, имеет место запаздывание во времени вследствие конечности скорости частиц пучка и амплитудно-фазовых искажений в тракте сигнала. Таким образом, выходной сигналмассоспектрометра содержит какучастки полезной информации о сигнале, так и неинформативные участки.Исключение их осуществляется формирователем сигналов 17 аналогичнопрототипу,В предлагаемом устройстве сигналы от узла 22 сравнения поступаютна вход. узла б управления реверсомреверсивного счетчика 7 ионов и через узел 20 коммутации - в счетчик13 периодов модуляции, По этим сигналам реверсивный счетчик включаетсяили на сложение импульсов от нормализатора 5 участок входного сигнала"сигнал+фон"или на их вычитаниеучасток входного сигнала "фон" ).Накопленная реверсивным счетчикомсумма преобразуется цифро-аналоговым преобразователем 10 в напряжение, которое поступает на входделительного устройства 12. На дру-гой вход этого устройства поступаетнапряжение с цифро-аналогового преобразователя 11, подключенного ксчетчику 13 периодов модуляции.Результирующий сигнал, представляющий собой текущую оценку амплитудымодулированной составляющей, выводится на самописец 14, которыйвключается на запись по сигналамузла 20 коммутации, формируемым делителем 19 частоты. Период вывода,начало и конец процесса регистрации,так же как и значения делительнос"тей стробов, задаваемых в узел 22сравнения, вводятся оператором спульта 16Предлагаемое устройство позволяет сократить объем оборудования путем исключения многоканального анализатора или ЭВМ ) и двухканаль. ной системы счета ионов, повысить чувствительность и .точность измерения при исследовании молекулярных пучков в диапазоне ионных токов .1 Фф" 10 фА использованием счетчика ионов и исключения неинформативных участков, сократить непроизводительные1015455Составитель С, ЩитовРедактор Л. Пчелинская Техред О,Неце Корректор Л, Бокшан Заказ 3225/49 Тираж 7033 ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 потери времени в результате наличиятекущей оценки амплитуды модулированной составляющей, что позволяет правильно выбрать режиьы работы период модуляции, величины стробов, число циклов накопления ) оператору и своевременно остановитьпроцесс детектирования по достижению необходимого отношения сигнал/шум,а так же сократить непроизводительные потери времени, связанные с 10запуском.и тестированием ЭВМ. Результаты Испытаний показали, что предлагаемое техническое решение по сравнению с известными дает существенный положительный эффект, заключающийся в сокращении времени измерения амплитуды полезного сигнала на 10-15, в уменьшении числа каналов накопления с 2 до 1, в уменьшении необходимой разрядности канала накопления примерно в 1,5 раза, в экономии другого оборудования.