Разработка канала измерения и регистрации ионных токов для масс-спектрометра MИ-1201ИГ
T14N4
Виталий Валентинович Колобов, Василий Николаевич Селиванов,
Максим Борисович Баранник
При проведении комплексной модернизации изотопного масс-спектрометра МИ-1201ИГ был разработан новый канал измерения и регистрации ионных токов, включающий в себя электрометрический усилитель на базе высокоомного (1 ТОм) измерительного резистора и специализированной микросхемы, расположенный в электрометрической головке, и схема регистрации на основе высокоразрядного аналого-цифрового преобразователя, входящая в состав нового блока управления разделяющим магнитным полем и измерения ионного тока. При разработке схемы канала ставилась задача не только увеличить чувствительность и расширить динамический диапазон при измерении интенсивности пиков в масс-спектрах, но и повысить быстродействие аналоговой части измерительного канала для неискаженной передачи формы распределения ионного тока на вход аналого-цифрового преобразователя в динамическом режиме. Разработана многоэкранная конструкция, выравнивающая электрическое поле на поверхности высокоомного измерительного резистора, позволившая скомпенсировать его распределенную емкость и уменьшить постоянную времени электрометрического усилителя до значения, определяемого проходной емкостью микросхемы. Для компенсации искажений формы масс-спектрометрического сигнала, обусловленных этой емкостью, была разработана специальная схема. В результате граничная частота сквозной полосы пропускания нового канала измерения и регистрации ионных токов определяется только частотой среза фильтров нижних частот равной 10 Гц. Быстродействующий канал позволил повысить разрешающую способность и точность определения пиков масс-спектров, увеличить скорость сканирования диапазона масс. Рабочий диапазон нового канала измерения и регистрации ионных
токов – 1 × 10–15 – 3 × 10–12 А. При частоте дискретизации 10 Гц приведенное ко входу электрометрического усилителя среднеквадратичное значение шума составило 0.86 фА при времени интегрирования 1 с; 0.14 фА – при времени интегрирования 10 с.