Система экстремального регулирования квадрупольного масс- спектрометра

 

Изобретение относится к цифровой контрольно-измерительной технике и системам автоматического управления и может быть использовано при построении анализаторов экстремумов функций, систем экстремального регулирования и цифровой регистрации , например, для квадрупольных (монопольных) масс-спектрометров и ультразвуковых колебательных систем. Цель изобретения - повышение быстродействия и устойчивости. Цель достигается за счет введения задатчиков кода числа допустимых приращений и кода начала поиска экстремума , счетчика приращений, элемента ИЛИ, элемента ИЛИ-НЕ, элемента И, цифроаналогового и аналого-цифрового преобразователей , .переключателей режима работы и поиска экстремума, триггеров управления прохождением тактовых импульсов и реверсирования развертки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 В 13/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4744580/24 (22) 28.09.89 (46) 15.02.93. Бюл. М 6 (71) Институт электроники АН БССР (72) А.В Белозеров, О.А. Гребенщиков, В.В. Наумов, B.Н. Пихун и В.И. Шелешкевич (56) Авторское свидетельство СССР

М 974340, кл. 6 05 В 13/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

% 673983, кл. G 05 В 13/02, 1977. (54) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУИРОВАНИЯ КВАДРУПОЛЬНОГО МАСС, ПЕКТРОМЕТРА (57) Изобретение относится к цифровой контрольно-измерительной технике и системам автоматического управления и может быть использовано при пОстроении анализатоИзобретение относится к цифровой контрольно-измерительной технике и системам автоматического управления и может быть использовано при построении анализато-. ров экстремумов функций, систем экстремального регулирования и цифровой регистраци информации, например, в квад-. рупольных (монопольных) масс-спектрометрах, ультразвуковых установках и следящих системах.

Известен экстремальный регулятор, содержащий последовательно соединенные блок определения знака приращений входного сигнала, триггер знака, счетный триггер реверсов, интегратор, блок формирования сигнала момента изменения знака скорости управляемой координаты, выходом соединенный со вторым входом триггера знака. Недостатками известного устройства являются. ограниченность применения, низкое быстродействие и устойчивость регулирования, которые вызваны ров экстремумов функций, систем экстремального регулирования и цифровой регистрации, например, для квадрупольных (монопольных) масс-спектрометров и ультразвуковых колебательных систем. Цель изобретения — повышение быстродействия и устойчивости. Цель достигается за счет введения задатчиков кода числа допустимых приращений и кода начала поиска экстремума, счетчика приращений, элемента

ИЛИ, элемента ИЛИ вЂ” НЕ, элемента И, цифроаналогового и аналого-цифрового преобразователей, переключателей режима работы и поиска экстремума, триггеров управления прохождением тактовых импульсов и реверсирования развертки, 1 з,п. ф-лы, 2 ил. принудительными реверсами при появлении импульсных помех в процессе поиска глобального максимума.

Наиболее близким к изобретению является экстремальный регулятор, содержащий датчик показателя качества, генератор импульсов, блок формирования приращений, первый, второй, третий и четвертый элементы И, блок памяти знака предыдущего приращения, первый и второй элементы задержки и исполнительный механизм.

Недостатками этого устройства являются малое быстродействие и низкая устойчивость регулирования при воздействии импульсных помех и появлении локальных экстремумов. Целью изобретения является повышение быстродействия и устойчивости.

С этой целью в устройство, содержащее блок формирования приращений, первый, второй, третий и четвертый элементы И, генератор тактовых импульсов, триггер сле1795419 жения за знаком приращений, исполнительный механизм, первый и второй элементы задержки, причем первый и второй выходы блока формирования приращений подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, а инверсный выход триггера слежения за знаком приращений подключен ко второму входу первого элемента И, дополнительно введены задатчик кода числа допустимых приращений, задатчик кода начала поиска экстремума, счетчик приращений, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, пятый элемент И, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразовател ь, кнопка Пуск, переключатель режима работы, переключатель поиска экстремума, триггер управления прохождением тактовых импульсов, триггер реверсирования развертки, исполнительный механизм выполнен в виде реверсивного счетчика, выход переполнения которого подключен к R - входу триггера управления прохождением тактовых импульсов, вход занесения — к S-входу триггера управления прохождением тактовых импульсов и к выходу кнопки Пуск, информационный вход — к выходу задатчика кода начала поиска экстремума, управляющие входы сложения и вычитания — к выходам соответственно третьего и четвертого элементов И, информационный выход — ко входу цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен ко входу квадрупольного масс-спектрометра, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы Конец преобразования и информационный которого подключен соответственно к первому и второму входам блока формирования приращений, а синхронизирующий вход — к выходу второго элемента задержки, вход которого подключен к первым входам соответственно третьего и четвертого элементов И и к выходу пятого элемента И, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу генератора тактовых импульсов и к выходу триггера управления прохождением тактовых импульсов, вторые входы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к прямому выходу и инверсному выходу и D-входу триггера реверсирования развертки, счетный вход и S-вход которого подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя режима работы, управляющий вход которого является входом переключения режима работы системы, первый информационный вход- к общей шине, второй информационный вход- ко входу первого элемента задержки, 5

55 к выходу счетчика приращений, к счетному входу триггера слежения за знаком приращений и к выходной шине Строб, а третий выход- к информационному входу переключателя поиска экстремума, управляющий вход которого является входам переключения поиска экстремума системы, а первый и второй выходы — соответственно к S-входу и R-входу триггера слежения за знаком приращений, D-вход которого подключен к его инверсному выходу и к третьему входу блока формирования приращений, четвертый вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, пятый вход — к прямому выходу триггера слежения 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 которого подключен к вычитающему входу счетчика приращений, информационный вход которого подключен к выходу задатчика кода числа допустимых приращений, а вход занесения подключен к выходу элемента

ИЛИ вЂ” НЕ, первый и второй входы которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока формирования приращений, пятый и шестой выходы которого являются соответственно выходами

Код максимума и Код минимума системы, вход кнопки Пуск подключен к общей шине.

Кроме того, блок формирования приращений содержит мультиплексор, компаратор, первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, регистр максимума и регистр минимума, выходы которых являются соответственно пятым и шестым выходами блока и подключены соответственно к первому и второму информационным входам мультиплексора, входы занесения— третьим и четвертым выходами блока и подключены соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛИ, информационные входы пОдключены ко второму входу блока и к первому информационному входу компаратора, второй информационный вход которого подключен к выходу мультиплексора, первый и второй выходы являются соответственно первым и вторым 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 пятому и третьему входам блока, выходы — к первым входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к четвертому входу блока, а управляющий вход мультиплексора подключен к третьему входу первого элемента И.

1795419

15 ментов И 22, 23, вторые объединенные входы которых соединены соответственно с

20 входом второго элемента задержки 24 и вы25

50

На фиг.1 приведена функциональная схема системы; на фиг.2 — эпюры напряжений основных узлов системы.

Система экстремального регулирования квадрупольного масс-спектрометра содержит блок 1 форл ирования приращений. первый 11, второй 12, третий 22, четвертый

23, пятый 25 элементы И, элемент ИЛИ 13, элемент 14 ИЛИ-НЕ, счетчик приращений

15, задатчи к кода 16 допустимого числа и риращений, триггер слежения за знаком приращений 17, первый 18 и второй 24 элементы задержки, переключатель 19 режима работы системы, переключатель 20 поиска экстремума, триггер 21 реверсирования развертки, генератор тактовых импульсов 26, триггер управления прохождением тактовых импульсов 27, кнопку Пуск

28, реверсивный счетчик 29, задатчик кода начала поиска экстремума 30, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 31, объект регулирования — квадрупольный масс-спектрометр 32, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 2.

Блок 1 формирования 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 преобразования и информационным выходом

АЦП 2. Третий вход блока 1 соединен с прямым выходом триггера 17 слежения и первым входом второго элемента И 12, Четвертый вход блока 1 соединен с выходом первого элемента задержки 18, а пятй вход — с точкой соединения инверсного выхода и

D-входа триггера слежения 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 выходы подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ вЂ” НЕ 4

14. Пятый и шестой выходы блока 1 являются 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 вычитания счетчика приращений 15, информационный вход которого соединен с выходом задатчи- 5 ка 16 допустимого числа приращений, Выход элемента ИЛИ-НЕ 14 соединен с входом занесения счетчика приращений 15, выход которого является выходной шиной

Строб и соединен с входом первого 18 элемента задержки, вторым входом переключателя 19 режима работы и счетным входол1 триггера 17 слежения 3а знаком приращений. S-вход и R-вход которого соединены соответственно с первым и вторым выходами переключателя 20 поиска экстремума, управляющий вход которого соединен с третьим выходом переключателя 19, первый вход которого подключен к общей шине.

Первый и второй выходы переключателя 19 режима работы соединены соответственно с 5-входом и счетным входом три ггера 21 реве рси рова н ия разве ртки.

Прямой и объединенный с 0-входом инверсный выходы триггера 21 реверсирования развертки соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элеходом пятого 25 элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора 26 тактовых импульсов, а второй вход — с прямым выходом триггера 27 управления прохождением тактовых импульсов. Выход кнопки Пуск 28 подключен ко входу занесения реверсивного счетчика 29 и $-входу триггера 27 управления, R-вход которого соединен с выходом переполнения реверсивного счетика 29, входы сложения и вычитания которого соединены соответственно с выходами третьего 22 и четвертого

23 элементов И.

Информационный выход задатчика кода 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-ния 32, выход которого подключен к информационному входу АЦП 2. Вход синхронизации АЦП 2 соединен с выходом второго элемента задержки 24.

Кроме того, второй вход блока 1 соединен с информационными входами регистра

4 максимума, регистра 5 минимума и первой группой (А) информационного входа компаратора 3, вторая информационная группа (В) которого соединена с выходом мультиплексора 6, Управляющий вход мультиплек- сора 6 соединен с третьим входом элемента

И 7 и является третьим входом блока 1.

Первый и второй информационные входы мультиплексора 6 соединены соответственно с выходами регистра 4 максимума и регистра 5 минимума и являются пятым и шестым выходами блока 1. Входы занесения регистра 4 и регистра 5 подключены соответственно к выходам первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ и являются третьим

7 1 795419 четвертым выходами блока 1. Первый ход элемента ИЛИ 9 соединен с выходом первого элемента И 7, а второй вход объединен с вторым входом элемента ИЛИ 10 и является четвертым входом блока 1. Первый вход элемента ИЛИ 10 соединен с выходом второго элемента И 8, третий вход которого является пятым входом блока 1. Первый и второй выходы компаратора 3 соединены соответственно с вторыми входами первого

7 и второго 8 элементов И и являются 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 работает следующим образом.

В исходном состоянии системы в задатчик 16 кода числа допустимых приращений заносится единичный код, а в задатчик 30 кода начала поиска экстремума — нулевой код. При включении системы сигналом "НаЧальная установка" (на фиг.1 не показан)

1бнуляются регистры 4 и 5; триггер управления 27 и реверсивный счетчик 29, а триггеры слежения 17 и реверсирования развертки

21 устанавливаются в единичное состояние.

Система работает в двух режимах: "Развертка" и "Слежение", задаваемых переключателем 19 режима работы, причем основным является режим "Слежение". при которОм реализуется поиск глобального максимума или глобального минимума и экстремальное регулирование объекта, э в качестве функции показателя качества (ФПК) используется выходной сигнал массспектрометра.

Для реализации режима поиска и слежения за глобальными экстремумами

ФПК вЂ” 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 приэщений с целью автоматического гнорирования локальных экстремумов, которые могут возникать при воздействии на системсу импульсных помех и наводок.

Переключатель 19 режима работы устанавливается в положение "Развертка", а к выходу усилителя постоянного тока масс спектрометра подключается осциллограф с полосой пропускания не менее 0 — 100 МГц.

Нэжатием кнопки Пуск 28 взводится триггер управления 27 прохождением тактовых импульсов. Единичный сигнал с выхода триггера 27 разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 26 через пятый 25 элемент И. Тактовые импульсы «ерез третий 22 элемент И поступают на вход сложения реверсивного счетчика 29, увеличивая его содержимое, Нарастающий выходной код реверсивного счетчика 29 поступает на вход ЦАП 31, с выхода которо5 ro возрастающее линейное напряжение развертки подается на вход генератора высокой частоты масс-спектрометра, с выхода усилителя постоянного тока которого снимаются сигналы интенсивности масс-спект10 ра.

С помощью осциллографа оператор просматривает все сигналы масс-спектра в диапазоне, например, 1 — 200 а.е.м., а также измеряет наибольшую длительность и амп15 литуду локальных экстремумов, Зная наибольшую длительность локальных экстремумов, тактовую частоту генератора

26 и время преобразования АЦП 2, оператор определяет, сколько измерительных точек

20 приходится на наибольший по длительноcTw локальный экстремум. Для надежного автоматического исключения локальных экстремумов в режиме поиска и слежения за глобальным экстремумо с1>Г1К число допу25 стимых приращений выбирается больше числа измерительных точек, приходящихся на локальный экстре..ум, Например, при числе измерительных точек 3, приходящихся нэ нэибольши", локальный экстремум, H|:30 обходимо выбрать число допустимых приращений кэк минимум 4. Число допустимых приращений может выбираться в

1,2;1,5;2 раза больше длительности локального экстремума, при этом увеличивается

35 помехоустойчивость, но уменьшается точность работы сисгемы.

Допустимое число приращений используется для анализа и игнорирования локальных экстремумов по ходу развертки, без

40 принудительного ее реверсирования, а также задает зону автоколебательного слежения за глобальными экстремумами на вершине (впадине) пика а.е.м.

После развертки всего масс-спектра, 45 когда выходное напряжение ЦАП 31 достигает максимального значения, импульсом переполнения с выхода реверсивного счетчика 29 сбрасывается триггер управления

27, который прекращает подачу тактовых

50 импульсов через элемент И 22 на реверсивный счетчик 29 и система приводится в исходное состояние.

Для перехода к режиму "Слежение" в задатчик 16 кода допустимого числа прира55 щений, например при числе допустимых приращений 4 заносится двоичный код

0010, В задатчике 30 кода начала поиска экстремума заносится начальный код номера, а.е.м., выбранной для слежения, который определяется по формулам;

1795419

Хп а.е.м. = ((и-1) х 82)+ 41 + 8, (2) гл, мин где и — номер а.е.м. для слежения за глобальным минимумом.

Например, для поиска и слежения за 10 глобальным максимумом 32-й а.е.м. необходимо в задатчике кода 30 набрать число: (32-1) х 82 + 8 = 2550, что соответствует двоичному коду:

1р 2345 67891011 12 1314 р(старший) 15

0 1101111100100 при использовании 14-ти разрядного ЦАП.

Для реализации слежения за глобальным максимумом выбранной а.е.м, переключатель 19 режима работы системы 20 . устанавливается в положение "Слежение", а переключатель 20 поиска экстремума — в положение "Макс.". После нажатия кнопки

28 Пуск низким уровнем взводится триггер

27 управления прохождением тактовых им- 25 пульсов и по входу занесения реверсивного счетчика 29 из задатчика 30 кода начала поиска экстремума через входы данных в реверсивный счетчик 29 переписывается двоичный код начала поиска глобального 30 максимума заданной а.е.м. Единичный сигнал с выхода триггера 27 управления разре-. шает прохождение тактовых импульсов через элемент И 25 на вход синхронизации

АЦП 2, а также через элемент И 22 на вход 35 сложения реверсивного счетчика 29, увеличивая его содержимое. Выходной код реверсивного счетчика 29 поступает на вход ЦАП

31, который подает, возрастающее развертывающее напряжение на вход масс-спект- 40 рометра 32.

С выхода масс-спектрометра 32 на информационный вход АЦП 2 подается нарастающий аналоговый сигнал интенсивности

U(t) выбранной а.е,м. (фиг.2, эпюра 33), При- 45 чем эпюры 1 соответствуют нормальному процессу, а эпюры 2 — процессу слежения при дрейфе сигнала во времени и по амплитуде, Через второй элемент задержки 24 так- 50 товые импульсы подаются на синхронизирующий вход АЦП 2, который преобразует аналоговый сигнал интенсивности в цифровой код, поступающий на входы А компаратора 3, " также на информационные входы 55 егистра 4 максимума и регистра 5 минимума для промежуточного хранения. Так как в начальном состоянии значение кода в регистре 4 максимума было нулевым. а с выхода

АЦП 2 на входы А компараторэ 3 подавался

Хп а,е.м, гл. макс = ((и-1) х 82)+ 8, (1) где и — номер а.е.м, для слежения за глобальным максимумом, значащий код, то на его первом выходе 37 формируется положительный импульс А>В, поступающий на вторые входы элементов И

7 и И 11 (фиг,2, эпюра 37). На третий вход

5 элемента И 7 подается разрешающий уровень с прямого выхода триггера 17 слежения (фиг.2, эпюра 36). Импульсом Конец преобразования положительной полярности, поступающим через первый вход элемента И 7 и элемент ИЛИ 9 на вход занесения регистра 4 максимума, в него записывается код с выхода АЦП 2.

С выхода регистра 4 максимума код первого измерения через первый информационный вход мультиплексора 6, стробируемый единичным сигналом с прямого выхода триггера 17 слежения (фиг.2, эпюра 36), поступает с выхода мультиплексора 6 для сравнения на входы второй группы В компаратара 3. На выходе А = В компаратора 3 устанавливается сигнал логической единицы, а на выходах А>В и А< — сигналы логического нуля. Второй тактовый импульс, прохождение которого разрешается единичным сигналом с выхода триггера 21 реверсирования развертки (фиг.2, эпюры 40, 41), поступает через третий элемент И 22 на вход сложения реверсивного счетчика 29, увеличивая его содержимое на единицу. С выхода ЦАП 31 снимается возрастающее напряжение развертки, подаваемое на вход масс-спектрометра 32. Новое приращение аналогового сигнала U(t) интенсивности с выхода массспектрометра 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.

Компаратор3 производит сравнение кодов текущего и предыдущего значений. Если на выходе А>В компаратора 3 снова окажется единичный сигнал, то очередным импульсом Конец преобразования производится 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.

При появлении первого локального экс- тремума 1 (фиг.2, эпюра 33) на выходе А<В компаратора 3 (фиг.2, эпюра 38) появляется единичный сигнал, что свидетельствует об отрицательном знаке приращений входного сигнала U(t). Положительный сигнал А<В поступает на второй вход элемента И 12, на первый вход которого подается единичный уровень с прямого выхода триггера 17 слежения за знаком приращений (фиг.2, эпюра

36). С выхода элемента И 12 через второй

1795419

10

25 реверсирования развертки, устанавливая последний в нулевое состояние(фиг,2, эпю30

40

45 При смене знака приращений и умень50 вход элемента ИЛИ 13 сигнал А<В поступает на вычитающий вход счетчика приращений 15, уменьшая его содер>кимое на единицу и подготавливая схему селекции локальных экстремумов. При этом код в регистре 4 максимума остается без изменений, так как сигнал А>В на выходе компаратора 3 имеет уровень логического нуля и запрещает перепись кода с выхода

АЦП 2 в регистр 4;

Если при следующем шаге ЦАП 31 и измерении входного сигнала на выходе А<В появится снова единичный сигнал, то через элементы И 12, ИЛИ 13 по входу вычитания содержимое счетчика .приращений 15 уменьшится еще на одну единицу (точка 1, фиг,2, эпюры 33, 38), а содержимое регистра

4 максимума не изменится. После следующего измерения при единичном сигнале на выходе А>В компаратора 3 импульсом Ко-. нец преобразования через элементы И 7, ИЛИ 9 по входу занесения С записывается новый код в регистр 4 максимума и через первый вход элемента ИЛЙ вЂ” НЕ 14 по входу занесения счетчика приращений 15 восстэнавлйвается код допустимогб числа приращений ("4" — 0010) в счетчике приращений

15, который переписывается из задатчика

16 кода допустимого числа приращений. При первом 1 и втором 11 локальных экстремумах (фиг.2, эпюра ЗЗ) счетчик приращений не обнуляется (фиг.2, эпюрэ 39), сигнал

Строб на его выходе не вырабатывается и триггер реверсирования развертки 21 не изменяет своего состояния. Процесс развертки и пойска глобального максимума продолжается аналогично описанному.

Суть анализа и игнорирования локальных экстремумов заключается в том, что счетчик приращений 15 при поиске глобального максимума интенсивности масс-спектра. U(t) производит подсчет числаОтрицательных приращений, образнО говоря — фиксирует и "берет на учет" помеху для анализа.

Если в процессе- изменения входного сигнала при поиске глобального максимума и смены знака производной единичные сигналы А<В на втором выходе компаратора 3 являются устойчивыглй и повторяются более трех раз, при этом в регистре 4 код глобальйогО максимума не изменяется (точка C I, фиг.2, эпюра 33) из-за отсутствия разрешающего сигнала А>В на выходе 38 компаратора 3, то по входу вычитания счетчика 5 приращений 15 четвертым единичным импульсом А<В, поступающим через элементы

И 12, ИЛИ 13, счетчик приращений 15 обнуляется. На его выходе заема формируется отрицательный импульс Строб (точкэ 1, фиг.2, эпюры 33, 39), передний фронтом которого переписывается код глобального максимума в точке С1 из регистра 4 максимума на выходную шину Код максимума.

Передним фронтом импульса Строб, задержанным и проинвертированным на первом элементе задержки 18, через элемент ИЛИ

9 по входу занесения регистра 4 максимума в него переписывается значение кода АЦП

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 эадатчика 16 кода числа допустимых приращений в счетчик приращений 15 переписывается код допустимого числа приращений "4", Это необходимо для того, чтобы анализировать приращения при реверсировании развертки в зоне автоколебательного слежения за глобальным максимумом интенсивности а.е.м, Задний положительный фронт импульса Строб поступает на счетные входы триггера 17 слежения и триггера 21 ры 40, 41). Единичный сигнал с инверсного выхода триггера реверсирования 21 разрешает прохождение тактовых импульсов через четвертый элемент И 23 на вход вычитания реверсивного счетчика 29, уменьшая его содержимое. Выходное напряжение ЦАП 31 уменьшается, обеспечивая развертку пика а.е.м в обратном направлении.

При единичных сигналах А>В нэ первом выходе компаратора 3 в регистр 4 максимума заносятся возрастающие коды интенсивности а.е,м.. После прихода четвертого сигнала А>В импульсом Конец преобразования в регистр 4 снова записывается значение глобального максимума в точке С1, но счетчик приращений 15 не обнуляется и реверс развертки не производится. шении амплитуды пика и кодов АЦП 2 после четвертого единичного сигнала А< В счетчик приращений обнуляется. Сигналом Строб производится. перепись на выходную шину

Код максимума кода глобального максимума, измеренчого ранее в точке С1 и хранившегося в регистре 4 максимума, занесение кода, измеренного в точке Р1, занесение кода допустимого числа приращений "4" с задатчика 16 кода в счетчик приращений 15 и установление триггера реверсирования развертки 21 в единичное состояние. Происходит реверсирование развертки и выходное напряжение ЦАП 31 начинает возрастать(фиг.2 эпюра 33).

17954 19

Далее процесс слежения за глобальным максимумом и реверсирование развертки, в зависимости от технологического процесса, осуществляется в автоматическом режиме в течение любого заданного времени. Для прекращения слежения заданной а.е.м., например за а.е.м. М 32, и перехода на слежение за новой а.е,м., например М 49, необходимо в ходе слежения за 32-й а.е.м. в задатчике 30 кода начала поиска экстремума установить код начала поиска 49-й а.е.м., рассчитав его по формулам (1) или (2). Нажатием кнойки 28 Пуск подтверждается единичное состояние триггера управления 27, а по входу занесения L в реверсивный счетчик

29 заносится код начала поиска 49-й а,е.м„ причем код развертки прежней 32-й а.е.м. очищается. Поскольку тактовые импульсы продолжают поступать на счетный вход реверсивного счетчика 29, код с его выхода подается на вход ЦАП 31, выходное напряжение которого разворачивает новую — 49ю а.е,м.

Когда все а.е.м„выбранные для слежения, пройдены, оператор для ускоренного возвращения системы в исходное состояние может установить в задатчике кода начала поиска экстремума 30 единичный код и нажать кнопку28 Пуск. Тогда в реверсивный счетчик 29 перепишется максимальный код

ЦАП 31, соответствующий выходному напря>кению развертки 10 В. Импульсом:переполнения с выхода реверсивного счетчика

29 сбрасывается триггеруправления 27 прохождением тактовых импульсов, прекращая подачу тактовых импульсов через элементы

И 25, И 22 на вход сложения реверсивного счетчика 29.

В системе имеется возможность выхода

35 из режима слежения путем установления 40 переключателя 19 режима работы в положение "Развертка". Тогда триггер реверсирования развертки 21 взводится в единичное состояние, разрешая прохождение ТВКТовых импульсов на вход сложения реверсив- 45 ного счетчика 29. Увеличение кода в счетчике 29 обеспечивает рост напряжения с выхода ЦАП 31 и развертку всего диапазона, а.е.м., после чего система возвращается в исходное состояние.

При дрейфе входного сигнала (положение 2, фиг.2, эпюра 33) по амплитуде или во времени система адаптируется к.изменению входного сигнала. Например, при уменьшении амплитуды в зоне слежения за сигналом (точки С1 — 01) и уменьшении напряжения развертки (фиг.2, эпюра 34) появится единичный сигнал А<В на втором выходе компаратора 3 и содержимое счетчика приращений t5 уменьшится на единицу. При следующем измерении на втором выходе компаратора появится единичный сигнал А>В, который разрешает перепись нового значения кода импульсом Конец преобразования в регистр 4 максимума и восполняет код допустимого числа приращений "4" в счетчике приращений 15. При появлении четвертого сигнала А>В в регистр 4 запишется код глобального максимума, измеренный в точке С2, и далее процесс слежения будет производиться в зоне точек С2-D2.

Еели дрейф сигнала U(t) происходит при прямом направлении развертки,. когда напряжение ЦАП 31 увеличивается, а содержимое счетчика приращений 15 уменьшилось на 2 — 3 единицы, то единичным сигналом А<В счетчик приращений обнуляется, импульсом Строб производится 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 напряжение ЦАП 31 уменьшается, при этом увеличивается входной сигнал интен-. сйвности U(t) и на первом выходе компаратора 3. появляются единичные импульсы

А>В. После нескольких измерений, зависящих от величины дрейфа и смены знака производной в регистр 4 заносится новое значение глобального максимума в точке

С2. Далее при появлении четвертого сигнала А<В происходит реверсирование развертки (точка D2) и слежение будет осуществляться в зоне точек D2 — С2.

: Для поиска и слежения за глобальным минимумом интенсивности а,е.м. переключатель 20 поиска экстремума устанавливается в положение "Мин.". На R-вход триггера 17 слежения при этом подключается общая шина и он переходит в нулевое. состояние.

Отличие при слежении за глобальным минимумом состоит в том, что единичный сигнал с инверсного выхода триггера слежения 17 разрешает работу элемента И 8, занесение информации производится в регистр.5 минимума, выходной код которого поступает на вторые входы мультиплексора

6. Управляющим сигналом для мультиплек сора является уровень логического нуля с прямого выхода триггера слежения 17 за знаком приращений.

Кроме того, перепись кода числа допустимых приращений из задатчика 16 кода допустимого числа приращений в счетчик приращений 15 производится импульсом

Конец преобразования, но через элементы

И 8, ИЛИ 10 и второй вход элемента ИЛИНЕ 14 — при поиске глобального минимума, 1795419

5

30

MC К 544 УД2 а также импульсом Строб — при обнаружении глобального минимума. Уменьшение содержимого счетчика приращений 15 производится также по входу вычитания, но при том используется единичный сигнал А>В, оторый поступает через элементы И 11, ИЛИ 13, поскольку единичный разрешающий сигнал подается с нулевого выхода триггера сле>кения 17 (фиг,2, эпюра 42).

Остальные процессы по нахо>кдению глобального минимума (точки С-0, фиг.2, эпюра ЗЗ) и зоны слежения, расчету кодов для задатчика 16 кода числа допустимых приращений и эадатчика 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 накопления измерять фоновый сигнал, а получая значение глобального максимума интенсивности, можно с высокой точностью определять величину отношения сигнал/шум, При воздействии импульсных помех, в гом числе систематических, на фронте и cnal де ФПК, а также в зоне автоколебательного слежения, система обладает более устойчивой характеристикой регулирования по сравнению с известными аналогами. Это обусловлено введением счетчика приращений 15, который фиксирует отрицательные приращения А<В при появлении помехи — в случае поиска глобального максимума или положительные приращения А> — в случае поиска глобального минимума. После прохождения помехи и появления положительных приращений A>B — для нахождения глобального максимума, или отрицательных приращений А< — для нахождения глобального минимума, в счетчике приращений 15 происходит восстановление кода допустимого числа приращений. Этим самым фиксируется новый уровень отсчета для анализа следующего локального экстремума или обнаружения глобального максимума (минимума) ФПК.

Формула изобретения

1. Система экстремального регулирования квадрупольного масс-спектрометра, содержащая блок формирования напряжений, с первого по четвертый элементы И, генератор тактовых импульсов, триггер слежения за знаком приращений, исполнительный механизм, первый и второй элементы

Задержки, причем первый и второй выходы

Система экстремального регулирования реализована на микросхемах серий К

555, К 1108, КМП 817, К 544. В качестве объекта регулирования 32 используется серийный масс-спектрометр MX — 7304.

АЦП 2 реализован на микросхеме К 1108

ПВ1 с инвертором на микросхеме (МС) К

555ЛН1. Компаратор 3 выполнен натрех МС

К 555 СП1 с каскадным включением для обеспечения разрядности. Регистры 4 и 5 выполнены на трех MC К 555ТМ8 каждый, Мультиплексор выполнен на трех MC К

555КП11 с каскадным включением.

Элементы 7,8 реализованы на MC К

555ЛИб, элементы е 11,12,22,23,25 — на МС

К555ЛИ1, элементы 9,10,13 — МС К555ЛЛ1, элемент 14 — на МС К555ЛЕ1, Счетчик приращений 15 реализован на MC К 555ИЕ7.

Задатчики кодов 16 и 30 выполнены на кнопочных переключателях П2К, подключенных к питающему напряжению + 5В и общей шине для задания логических нулей и единиц. Триггеры 17, 21 И 27 реализованы на

25 MC К 555ТМ2. Первый элемент задержки 18 выполнен на МС К555ЛН1, К 555ЛИ1 с времязадающей цепью R, С и временем задер>кки 0,2 мкс. Переключатели 19, 20 выполнены на гумблерах MT-1. Второй элемент задержки 24 реализован íà MC К

555АГЗ с времязадающей цепью íà R, С, VD элементах с инверсией входного тактового импульса. Время задержки — около 160 мкс на установление ЦАП 31 и переходных процессов в масс-спектрометре. Реверсивный счетчик выполнен на четырех MC К 555ИЕ7 с каскадным включением для обеспечения

14- разрядного кода. ЦАП 31 выполнен на

М С КМЦ 817 ПА1 с выходным усилителем на

Таким образом, технико-экономическая эффективность системы экстремального регулирования квадрупольного масс-спект45 рометра заключается в повышенных быстродействии и устойчивости регулирования. блока формирования приращений подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, а инверсный выход триггера слежения за знаком приращений подключен к второму входу первого элемента И, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и устойчивости, дополнительно введены задатчик кода числа допустимых приращений, 17

1795419

18 задатчик кода начала поиска экстремума, счетчик приращений, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ вЂ” НЕ, пятый элемент И, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, кнопка "Пуск", переключатель режима работы, переключатель поиска экстремума. триггер управления прохождением тактовых импульсов, триггер реверсирования развертки, исполнительный механизм выполнен в виде реверсивного счетчика, выход переполнения которого подключен к R-входу

10 триггера управления прохождением тактовых импульсов, вход занесения — к S-входу

20 триггера управления прохождением тактовых импульсов и к выходу кнопки "Пуск", информационный вход — к выходу задатчика кода начала поиска экстремума, управляющие входы сложения и вычитания — к выходам соответственно третьего и четвертого элементов И, информационный выход— к входу цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу квадрупольного масс-спектрометра, выход

25 которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы "Конец преобразования" и информационный которого подключены соответственно к первому и второму входам мента задержки, вход которого подключен к первым входам соответствен :-;о третьего и четвертого элементов И и к выходу пятого

40 элемента И, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и триггера управления прохождением тактовых импульсов, вторые входы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к прямому и инверсному выходам и D-входу триггера реверсиравания развертки, счетный вход и S-вход которого подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя режима работы, управляющий вход которого является входом переключения режима работы системы, первый информационный вход подключен к общей шине, второй информационный вход- к вхо50 ду первого элемента задержки, к выходу счетчика приращений, к счетному входу триггера слежения за знаком приращений и к выходной шине строб, а третий выход — к информационному входу переключателя поиска экстремума, управляющий вход которого является входом переключения поиска блока формирования приращений, а синх- 30 ронизирующий вход — к выходу второго элеэкстремума системы, а первый и второй выходы — соответственно к S- u R-входам триггера слежения за знаком приращений, D-вход которого подключен к его инверсному выходу и к третьему входу блока формирования приращений, четвертый вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, пятый вход — к прямому выходу триггера слежения за знаком приращений 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 счетчика приращений, информационный вход которого подключен к выходу задатчика кода числа допустимых приращений, а вход занесения подключен к выходу элемента

ИЛИ вЂ” НЕ, первый и второй входы которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока формирования приращений, пятый и шестой выходы которого являются соответственно выходами

"Код максимума" и "Код минимума" системы, вход кнопки "Пуск" подключен к общей шине, 2. Система по и. t, о т л и ч а ю ща я с я тем, что блок формирования приращений содержит мультиплексор, компаратор. первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, регистр максимума и регистр минимума, выходы которых являются соответственно пятым и шестым выходами блока и подключены соответственно к первому и второму информационным входам мультиплексора, входы занесения — третьим и четвертым выходами блока и подключены соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛИ, информационные входы подключены к второму входу блока и к первому информационному входу компаратора, второй информационный вход которого подключен к выходу мультиплексора, первый и второй выходы являются соответственно 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 — =оответственно к пятому и третьему вхп;ам блока, выходы — к первым входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которь1х подключены к четвертому, входу блока, а управляющий вход мультиплексора подключен к третьему входу первого элемента И.

Г

1795419

Редактор

Заказ 429 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откритиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 о

57 (4И) М (A(8) Составитель В.Наумов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Петрова