Элементы расчета и конструирования гиперболоидного масс-спектрометра типа «Фильтр масс»: Учебное пособие к курсовому проектированию, страница 16

В соответствии с назначением регистрирующей аппаратуры в КМ – усиливать и отображать спектр масс, то есть периодически повторяющуюся последовательность электрических видеоимпульсов разной амплитуды и регулируемой длительности — она должна обладать: 1) достаточной полосой пропускания, которую можно было бы регулировать в зависимости от вида сигнала, то есть длительности отдельных импульсов спектра масс: 2) необходимым динамическим диапазоном, обеспечивающим неискажённое усиление и отображение импульсов с разными амплитудами в пределах динамического диапазона КМ. Кроме того, коэффициент передачи УПТ и всей регистрирующей части КМ должен быть достаточно стабилен.

Минимальная и максимальная полосы пропускания определяются соответственно минимальной и максимальной скоростями регистрации спектра масс  и :

                            и .                            (155)

Так, при  а.е.м./с и  а.е.м.  кГц; а при  а.е.м./с и  а.е.м.  Гц. Динамический диапазон КМ может быть порядка . Ни усилитель, за исключением логарифмического, ни индикаторное устройство, работающее в линейном режиме, не способны перекрыть такой большой динамический диапазон. Это означает, что коэффициент усиления сигнала в ВЭУ, УПТ (при стандартных индикаторных устройствах типа осциллографов или самописцев) должен регулироваться. Так как линейное усилительное устройство с постоянным коэффициентом усиления обладает динамическим диапазоном (в данном случае способностью усиливать сигнал без искажений) не более 100, для перекрытия диапазона в  необходимо иметь возможность изменять усиление ВЭУ и УПТ в сумме на шесть порядков. Усиление ВЭУ может плавно (или ступенчато) регулироваться примерно в 300 – 500 раз. Остаются ещё четыре порядка, которые должны обеспечиваться регулировкой усиления в усилителе или индикаторных устройствах. При малых скоростях регистрации и использовании в качестве индикатора самописцев (типа КСП-4) с нерегулируемым коэффициентом передачи для перекрытия необходимых четырёх порядков по усилению можно использовать делитель напряжения на выходе УПТ или предусмотреть возможность коммутации входного сопротивления УПТ. Изменение полосы пропускания входных цепей УПТ в последнем случае не имеет значения, так как применяемые самопишущие потенциометры, как правило, узкополосные устройства, и возможное расширение полосы пропускания УПТ при уменьшении его входного сопротивления не изменит общей полосы пропускания. При высоких скоростях регистрации и использовании в качестве индикатора НЧ осциллографа (например, С1-19Б) полосу пропускания всей регистрирующей части определяет входная цепь УПТ: входное сопротивление  и шунтирующая его паразитная входная ёмкость . При этом согласно (76)

                                            .                                        (156)

Заметим, что скорость регистрации и, следовательно, полоса пропускания, при которой обеспечивается максимальное отношение сигнала к шуму при отсутствии заметных искажений сигнала, тоже могут изменяться на четыре порядка, то есть требования к коммутации  согласуются по диапазону изменяемых при этом величин с возможным диапазоном изменения скоростей регистрации. Абсолютное значение минимального входного сопротивления УПТ определяется максимальным усиливаемым в УПТ входным напряжением и максимальным входным током ВЭУ. Если  А, а  В (УПТ на транзисторах с электрометрическим каскадом на входе), то

                                Ом.                                  (157)

При этом необходимо соблюдать требование, накладываемое на полосу пропускания регистрирующей части, то есть первого из двух условий выражения (155), которое с учётом (156) можно преобразовать к виду:

                                       .                                          (158)

В нашем случае при  а.е.м.,  а.е.м./сек и  Ф, согласно (158),  Ом, то есть результат расчёта по формуле (158) не противоречит результату расчёта на (158). Максимально допустимое значение входного сопротивления УПТ после определения  по (157) или (158)

                                         ,                                     (159)

то есть в нашем случае  Ом.

Таким образом, при максимальной скорости регистрации входное сопротивление УПТ увеличивать нельзя, оно должно быть минимальным. Поэтому обеспечивать усиление и отображение сигналов в нужном динамическом диапазоне можно только с помощью делителей во входных цепях УПТ осциллографа. (В осциллографе С1-19Б, например, имеется возможность деления входного сигнала ступенчато и плавно максимум в 10000 раз).

Стабильность усиления и погрешности отображения усиленного сигнала должны быть в пределах, заданных требованиям на КМ.

11. Особенности работы однопольного

масс-спектрометра (ОМ)

 О возможности построения ОМ впервые было сообщено в работе [10]. Эта возможность возникает благодаря одному существенному различию между проекциями траектории иона в анализаторе КМ на плоскости xz и yz. Сравнивая выражения (41) и (42), нетрудно заметить, что если x-параметр траектории со временем, т.е. при  изменении величины , изменяет свой знак через каждый период электрического ВЧ-поля, то у-параметр изменяет свой знак через интервал времени в 1/ раз больший, чем х-параметр. Это различие обусловлено присутствием в формуле дополнительного сомножителя cos и отсутствием его в (42). Отмеченное различие между х- и у-параметрами траектории иона означает, что при благоприятных фазе и начальных условиях влета иона в анализатор он в течение интервала времени

                                                                            (160)  находится в полупространстве с у₁>0.