[發(fā)明專利]一種飛行時間質(zhì)譜儀的高精度時間測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611245956.3
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN107976480A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王海燕;夏波涌;馬龍華;吳江林;王祥勝;李麗萍
• 申請（專利權(quán)）人: 王海燕
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62;H01J49/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種飛行時間質(zhì)譜儀的高精度時間測量方法，其特征在于：基于TDC技術(shù)的時間測量系統(tǒng)是由定時甄別技術(shù)去識別信號出現(xiàn)的開始和結(jié)束時刻，這兩個時刻直接影響測量得到的離子飛行時間精度，從而影響化合物成分鑒別準確性。理論上，事件出現(xiàn)時間是指事件脈沖信號前沿的起始位置，但由于噪聲信號的存在，可能使甄別器誤觸發(fā)。通常設(shè)定閾值電平，而該電平手動設(shè)置不可太低，導致“幅度-時間游動”效應(yīng)。閾值電平的設(shè)置決定了定時差異大小。因此結(jié)合TDC和ADC兩種技術(shù)，借助一個簡單的峰值保持電路，提出一種可變閾值電平的飛行時間質(zhì)譜儀高精度時間測量方法。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變閾值電平的飛行時間質(zhì)譜儀高精度時間測量方法，其特征在于：“幅度-時間游動”效應(yīng)表現(xiàn)在：在飛行時間測量中依據(jù)相關(guān)探測器輸出信號來確定和時刻的方法稱為定時甄別方法；用以甄別定時時刻功能的電路稱為定時甄別電路。定時甄別電路的作用，在于利用代表事件的模擬脈沖信號(前沿或峰值點)來確定代表某事件發(fā)生的精確時刻。當不同幅度的脈沖信號送入到定時甄別器后，其輸出一個方形信號，其前沿代表事件信號出現(xiàn)時刻。常用的定時甄別方法有前沿定時、過零定時和恒比定時等方法。而在前沿定時甄別中，上升時間相同而幅度不同的輸入信號定時甄別延遲不同，該定時差異成為“幅度-時間游動”效應(yīng)，其解釋如圖1所示。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變閾值電平的飛行時間質(zhì)譜儀高精度時間測量方法，其特征在于：TDC的工作原理為：TDC數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)由一個甄別器開始。甄別器輸出離子到達start信號和離子離開stop信號。計數(shù)器由start信號觸發(fā)開始計數(shù)，由stop信號停止計數(shù)，計數(shù)器輸出即為start距離stop的時間間隔，記錄值即標志了飛行時間。經(jīng)過一段死時間，甄別器和計數(shù)器準備記錄下一次時間間隔的測量。重復多輪后，即可輸出事件的累積譜。其工作原理如圖2所示。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變閾值電平的飛行時間質(zhì)譜儀高精度時間測量方法，其特征在于：ADC的工作原理為：ADC作為數(shù)據(jù)記錄儀，以固定的時間間隔對經(jīng)過放大的離子檢測器輸出信號進行記錄，并將連續(xù)的變換結(jié)果存入存儲器中。每次離子脈沖器觸發(fā)，就將新測量到的瞬態(tài)數(shù)據(jù)累加進之前的數(shù)據(jù)中。在每次瞬態(tài)有較多同種質(zhì)量的離子到達離子檢測器的情況中，不論離子流是強還是弱，ADC都能記錄下質(zhì)譜峰上下沿的形狀。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變閾值電平的飛行時間質(zhì)譜儀高精度時間測量方法，其特征在于：脈沖幅度測量方法原理是：如圖1所示為一個簡單的峰值保持電路，輸入脈沖Vin信號為飛行時間質(zhì)譜儀的離子探測器信號經(jīng)前置放大器的輸出電壓，隨著輸入脈沖Vin信號前沿逐漸升高，電容不斷通過運算放大器而被充電，當信號達到脈沖峰值，前沿不再上升，信號后沿開始從脈沖峰值處下降時，由于二極管的反向阻斷作用，使得電容保持了輸入信號幅度最大值。然后采用一個低速模擬數(shù)字變換器(即ADC)將脈沖幅度數(shù)字化，即實現(xiàn)了脈沖幅度的測量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變閾值電平的飛行時間質(zhì)譜儀高精度時間測量方法，其特征在于：可變閾值電平的飛行時間質(zhì)譜儀的高精度測量方法為：將前三輪離子輸出用作閾值電平設(shè)定，而在該三輪中不作飛行時間的計數(shù)。前三輪中，每輪先通過一個峰值保持電路將脈沖幅度進行記憶，記錄下每個脈沖的峰值，以相同百分比(如：5％)的峰值數(shù)作為不同脈沖的一組閾值電平存儲到上位機。通過上述確定閾值電平數(shù)組的方法進行三輪，并求三輪的平均數(shù)組，作為甄別器的一組閾值電平并存儲到上位機。從第四輪開始，根據(jù)上位機中所設(shè)置的閾值電平數(shù)組，通過甄別器和計數(shù)器對離子進行飛行時間的計數(shù)。多輪計數(shù)累加后，即可通過相應(yīng)轉(zhuǎn)換方法將不同脈沖對應(yīng)的離子飛行時間轉(zhuǎn)化為離子質(zhì)量，形成質(zhì)譜圖。