[發明專利]一種基于脈沖前沿時間測量和幅度修正算法的飛行時間質譜儀電子學讀出方法

無效

• 申請號: 201110131019.6
• 申請日: 2011-05-19
• 公開（公告）號: CN102789952A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 宗誠剛
• 申請（專利權）人: 安徽中科大建成海晟科技有限責任公司
• 主分類號: H01J49/00
• 分類號: H01J49/00;H01J49/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于脈沖前沿時間測量和幅度修正算法的飛行時間質譜儀電子學讀出方法，其主要包括：將脈沖前沿時間測量與脈沖成形采樣相結合的方法以及對時間測量結果進行在線修正的方法。

上述將脈沖前沿時間測量與脈沖成形采樣相結合的方法步驟如下：

步驟a，首先將來自離子檢測器(通常是微通道板)的探測器信號利用前置放大器進行放大，然后將放大后的信號通過射頻電纜送到電子學數據采集卡。

步驟b，來自前放的信號到達電子學數據采集卡后，先經模擬緩沖器(Buffer)進行1∶1放大；

步驟c，將步驟b中的放大后的信號分成兩路輸出，一路先經過成形電路，然后送到中低速ADC進行波形采樣，另一路先經比較器(也稱之為甄別器)轉換成數字脈沖，然后送到TDC。其中，中速ADC的采樣率為1G?SPS以下(例如100M?SPS)，成形電路的時間常數為數十至數百納秒(例如100ns)。所采用的TDC的時間分辨率約為數十至數百皮秒(例如100ps)。

步驟d，ADC和TDC的數據被送到數據采集卡上的DSP中進行處理，處理結果通過USB總線送到PC機中。

對測量結果進行在線修正的方法步驟如下：

步驟e，在飛行時間質譜儀典型工作條件下，針對典型樣品，利用上述脈沖前沿時間測量與脈沖成形采樣相結合的電子學讀出方法，測量微通道板輸出信號的前沿時間和脈沖波形。利用數字尋峰的方法，對波形數據進行分析，得到成形脈沖的峰值幅度，然后將前沿時間和幅度數據保存成文件。

步驟f，對數據文件進行分析，找到樣品中的某一典型離子峰位對應的時間和幅度數據，對多組數據進行擬合，得出過閾時間與脈沖幅度的關系曲線，形成修正查找表。

步驟g，將該查找表文件寫入數據采集卡上的Flash芯片中，每次系統上電后自動加載到程序RAM中。

步驟h，ADC采樣到信號波形后，在DSP中進行數字尋峰，然后針對該峰值，在RAM查找表中找到對應的時間修正值。然后在TDC測得的數值上，加上該修正值。

2.如權利要求1所述的基于脈沖前沿時間測量和幅度修正算法的飛行時間質譜儀電子學讀出方法，其特征在于，所述步驟c中，采用了ADC和TDC相結合的讀出方法，而且綜合考慮成本和性能的需求，避免采用高速ADC，而是采用了采樣率1G?SPS以下的中速ADC。

3.如權利要求1所述的基于脈沖前沿時間測量和幅度修正算法的飛行時間質譜儀電子學讀出方法，其特征在于，所述步驟c中，在ADC波形采樣之前，先將離子檢測器輸出信號經前置放大然后直接送到成形電路。該成形電路的作用是將高速的窄脈沖信號變成一個前沿稍慢的準高斯波形，使之更適合中速ADC采樣。經過成形后的準高斯信號峰值與原始波形的幅度成正比，因此經采樣后，并不損失原始信號的幅度信息，從而保證了譜儀的定量分析能力。

4.如權利要求1所述的基于脈沖前沿時間測量和幅度修正算法的飛行時間質譜儀電子學讀出方法，其特征在于，所述步驟d中，在DSP內通過數字尋峰的方法，得到成形后的準高斯脈沖的峰值。

5.如權利要求1所述的基于脈沖前沿時間測量和幅度修正算法的飛行時間質譜儀電子學讀出方法，其特征在于，直接采用高速比較器取代傳統的CFD，將輸入脈沖經前沿甄別之后轉換成數字信號，然后送到TDC進行測量。前沿甄別電路比恒比定時的原理更簡單，實現更容易，因而保證了信號脈沖所包含的時間信息不受損失，并且易于擴展，以滿足未來質譜儀性能升級的需求。

6.如權利要求1所述的基于脈沖前沿時間測量和幅度修正算法的飛行時間質譜儀電子學讀出方法，其特征在于，所述步驟f中，提出對某一離子峰位測得多組幅度-時間數據，然后進行擬合，得出脈沖過閾時間與幅度的關系曲線，建立用于幅度-時間修正的數字查找表。

7.如權利要求1所述的基于脈沖前沿時間測量和幅度修正算法的飛行時間質譜儀電子學讀出方法，其特征在于，所述步驟g中的數字查找表，具備上電自動加載功能。

8.如權利要求1所述的基于脈沖前沿時間測量和幅度修正算法的飛行時間質譜儀電子學讀出方法，其特征在于，所述步驟h中，通過查找表對TDC數據進行在線修正。

9.如權利要求2所述的基于脈沖前沿時間測量和幅度修正算法的飛行時間質譜儀電子學讀出方法，其特征在于，在保證定時和定量性能的前提下，利用中速ADC芯片替代現有高端飛行時間質譜儀器中的高速ADC芯片。