一种质谱仪用户可调的检测器信号处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种质谱仪用户可调的检测器信号处理方法，包括利用背景扣除电路对经过利用前置放大电路进行初次放大且又经过多级放大电路进行缓冲、放大处理的前级信号设置门限，之后将经所述门限处理后的信号输入波形变换电路;本发明提供的使用硬件进行背景扣除的方法，则能够方便、灵活以及实施有效的对质谱仪提供的最终谱图进行一次到位的处理。
【专利说明】-种质谱仪用户可调的检测器信号处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无损检测领域，具体来说，涉及一种质谱仪检测信号处理方法。
【背景技术】
[0002] 质谱仪由进样系统、离子化系统、质量分析器和质量检测器、记录系统组成，同时 辅以电学系统和真空系统保证仪器的正常运转。样品经进样系统导入后进入处于高真空状 态的离子化系统进行电离，常规的电离方法是电子轰击电离法。它是利用灯丝加热时产生 的热电子与气相中的有机分子相互作用，使分子失去价电子，电尚成为带正电荷的分子尚 子。如果分子离子的内能较大，就可能发生化学键断裂，生成m/z较小的碎片离子。这些离 子和碎片在电磁场的引导下进入质量分析器，利用离子在磁场或电场中的运动性质，可将 不同质荷比的离子分开，然后由检测器分别测量离子流的强度，得到特定的质谱图，而分子 结构不同，质谱图也不同，根据峰的位置可以进行定性和结构分析，而峰的强度是和离子数 成正比的，依此得到样品的定量信息。
[0003] 参见图1，质量分析器筛选出需要的离子信号后，这些离子高速进入检测器，在检 测器里带正电荷的信号离子转换成了电子流，并被打拿极阵列原始放大，经检测器放大后 的电流脉冲信号强度满足高斯分布，而信号宽度则与单个信号脉冲中包含的带电离子数有 关，检测器输出的脉冲信号被检测器信号采集放大电路接收放大，并转换成容易被MCU检 测的方波脉冲信号，该方波脉冲信号被MCU模块A4计数，一个脉冲就是一个计数值，计数数 值的大小与质量分析器输出的带电离子数量成正比关系，理论上讲有一个带电离子就有一 个计数值，但是由于进入检测器的离子流速度很快，检测器本身有死时间的局限性，所以被 检测的带电离子和计数值很多时候不是一一对应关系，而是多个离子对应一个脉冲计数， MCU模块得到了需要的计数值后，把这些数据传给上位机，供上位机显示谱图用，而上位机 根据需要进行适当的扣背景设置。
[0004] 在实际检测中，会存在一定的信噪比，噪音背景过大或处理不好，将直接导致质谱 图检测结果，目前国内现有技术，基本都是通过软件算法对噪音背景进行扣除，虽然大部分 具有较好效果，但依然存在不够方便、灵活、实时、有效等特点，因此有必要提出一种能够方 便、灵活，并能实时有效的方法。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本发明提供了一种质 谱仪用户可调的检测器信号处理方法，利用背景扣除电路对经过利用前置放大电路进行初 次放大且又经过多级放大电路进行缓冲、放大处理的前级信号设置门限，之后将经所述门 限处理后的信号输入波形变换电路；所述背景扣除设置电路包括至少一个起比较器作用的 并具有开关状态的三极管，接收来自所述多级放大电路的脉冲信号，并通过对所述具有开 关状态的三极管开关状态的调节，同时通过所述比较器对前级信号设置一个适当的门限， 来自所述多级放大电路的信号经过处理后输出到下一级电路。
[0006] 根据本发明【背景技术】中对现有技术所述，目前在质谱仪对其提供的最终谱图一般 都会进行软件背景扣除，以将相应谱图中的峰值得到更清晰的显现，但软件背景扣除依然 存在便捷、灵活、实时、有效等方面存在一定的缺陷；而本发明提供的使用硬件进行背景扣 除的方法，则能够方便、灵活以及实施有效的对质谱仪提供的最终谱图进行一次到位的处 理。
[0007] 另外，根据本发明公开的质谱仪用户可调的检测器信号处理方法还具有如下附加 技术特征： 进一步地，所述阀值根据所述上位机谱图的基线通过所述比较器进行基线设置。
[0008] 所述背景扣除设置电路可以认为是一个比较器，而背景扣除设置的目的就是设置 这个比较器的阀值，例如，比较器的反相端电压为0. IV，同相端是我们放大后的信号，而信 号电压大于0. IV时，比较器就输出高电平，否则输出低电平；而背景扣除设置电路就是设 置这个反相端的参考电压，它可以把它设为0. 2V、0. 3V等需要的值。
[0009] 优选地，所述基线设置中将所述背景扣除电路中的所述阀值将所述上位机提供的 谱图的基线设置为0。
[0010] 由于在通常质谱仪进行谱图的输出时，总无法避免出现各种背景或是噪音，因此 根据样品的分类不同，可以预先将所述阀值进行提前设置，而最优的选择，则是预先设置的 阀值能够让质谱仪提供谱图时，消除之前存在的基线，即将之前存在的基线值为0。
[0011] 进一步地，所述前置放大电路是三极管共射放大电路，所述三极管共射放大电路 由运放做直流负反馈设置稳定的静态工作点。
[0012] 所述前置放大电路中的三极管集电极与所述多级放大电路中的输入三极管基极 相连。
[0013] 更近一步地，所述多级放大电路为三极管多级放大电路。
[0014] 所述多级放大电路对前级信号进行缓冲、放大、缓冲、放大、缓冲，然后输入到下一 级电路，即背景扣除设置电路。
[0015] 进一步地，所述背景扣除设置电路包括至少一个三极管（TR7)，所述三极管（TR7) 工作在开关状态，所述开关状态由数模转换器控制。
[0016] 所述三极管（TR7)工作在开关状态，其开关状态由MCU控制的DA (digital-to-analog converter,数模转换器）调节，在背景扣除设置电路中对该DA值做 了适当的运算以满足控制范围的需要。
[0017] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中 ： 图1是与检测器信号采集放大电路相关的局部仪器原理框图； 图2是检测器信号采集放大电路原理框图； 图3是背景扣除设置电路示例图； 图4是检测器信号采集放大电路原理一个实施例。
【具体实施方式】
[0019] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0020] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"上"、"下"、"底"、"顶"、"前"、"后"、"内"、 "外"、"左"、"右"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便 于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以 特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0021] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"联接"、"连 通"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连 接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本 领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0022] 本发明的发明构思如下，如技术背景所述，目前在质谱仪对其提供的最终谱图一 般都会进行软件背景扣除，以将相应谱图中的峰值得到更清晰的显现，但软件背景扣除依 然存在便捷、灵活、实时、有效等方面存在一定的缺陷；而本发明提供的使用硬件进行背景 扣除的方法，则能够方便、灵活以及实施有效的对质谱仪提供的最终谱图进行一次到位的 处理。
[0023] 下面将参照附图来描述本发明的质谱仪用户可调的检测器信号处理方法，其中图 1是与检测器信号采集放大电路相关的局部仪器原理框图；图2是检测器信号采集放大电 路原理框图；图3是背景扣除设置电路示例图。
[0024] 根据本发明的实施例，本发明提供的质谱仪用户可调的检测器信号处理方法，利 用背景扣除电路对经过利用前置放大电路进行初次放大且又经过多级放大电路进行缓冲、 放大处理的前级信号设置门限，之后将经所述门限处理后的信号输入波形变换电路； 所述背景扣除设置电路包括至少一个起比较器作用的并具有开关状态的三极管，接 收来自所述多级放大电路的脉冲信号，并通过对所述具有开关状态的三极管开关状态的调 节，同时通过所述比较器对前级信号设置一个适当的门限，来自所述多级放大电路的信号 经过处理后输出到下一级电路。
[0025] 根据本发明【背景技术】中对现有技术所述，常规技术使用软件进行背景扣除，依然 存在便捷、灵活、实时、有效等方面存在一定的缺陷，而硬件方法的使用则可以有效的避免 相应问题。
[0026] 根据本发明的实施例，所述阀值根据所述上位机谱图的基线通过所述比较器进行 基线设置。
[0027] 根据本发明的实施例，所述基线设置中将所述背景扣除电路中的所述阀值将所述 上位机提供的谱图的基线设置为0。
[0028] 根据本发明的实施例，如图3所示，所述前置放大电路是三极管共射放大电路，所 述三极管共射放大电路由运放做直流负反馈设置稳定的静态工作点。
[0029] 根据本发明的实施例，所述多级放大电路为三极管多级放大电路。
[0030] 根据本发明的实施例，如图4所示，所述背景扣除设置电路包括至少一个三极管 (TR7 )，所述三极管（TR7 )工作在开关状态，所述开关状态由数模转换器控制。
[0031] 根据本发明的实施例，如图2所示，检测器信号采集放大电路包括前置放大电路 B1，用于匹配接收检测器输出的脉冲信号，并进行初次放大；多级放大电路B2对前级信号 进行缓冲、放大、缓冲、放大、缓冲，然后输入到下一级电路；背景扣除设置电路B3通过对三 极管开关状态的调节，对前级信号设置一个适当的门限后输出到下一级电路；波形变换电 路Μ把前级不规则的正弦波脉冲信号变换成易于被检测的规则的方波脉冲信号；信号输 出单元Β5就是一个射极跟随器，启增大驱动能力、减小输出阻抗的作用。
[0032] 根据本发明的实施例，如图4所示，前置放大电路Β1是一级三极管共射放大电路， 该级电路由运放做直流负反馈设置稳定的静态工作点，三极管TR1的集电极与多级放大电 路Β2中的TR2基极相连；TR2用作射极跟随器且做了一些相位补偿，TR2的发射极连接到 TR3的基极；TR3是一级共射放大电路，其静态工作点的设置同样由运放做直流负反馈实 现，TR3的集电极与TR4的基极相连；TR4是一个射极跟随器，做相位补偿后TR4的发射极 与TR5的基极相连；TR5是一级共射放大电路，它的静态工作点由背景扣除设置电路Β3做 直流负反馈来设置的，TR5的集电极连接到TR6的基极；TR6是一个射极跟随器，做相位补偿 后TR6的发射极连接到背景扣除设置电路Β3中TR7的基极；TR7工作在开关状态，其开关 状态由MCU控制的DA (digital-to-analog converter,数模转换器）调节，在背景扣除设 置电路B3中对该DA值做了适当的运算以满足控制范围的需要；TR8工作在开关状态，把背 景扣除设置电路B3输出的波形变换为规则的、电压值与MCU相匹配的方波脉冲信号，由稳 压二极管D10和开关二极管D9限定该方波的幅值，TR8的集电极与信号输出单元B5中TR9 的基极相连；TR9是一个射极跟随器，TR9发射极的方波脉冲信号直接输出到MCU，被MCU计 数。
[0033] 尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的【具体实施方式】进行了详细的描 述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施 例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围 之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱 离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其 等同物限定。
【权利要求】
1. 一种质谱仪用户可调的检测器信号处理方法，其特征在于，包括 利用背景扣除电路对经过利用前置放大电路进行初次放大且又经过多级放大电路进 行缓冲、放大处理的前级信号设置门限，之后将经所述门限处理后的信号输入波形变换电 路； 所述背景扣除设置电路包括至少一个起比较器作用的并具有开关状态的三极管，接 收来自所述多级放大电路的脉冲信号，并通过对所述具有开关状态的三极管开关状态的调 节，同时通过所述比较器对前级信号设置一个适当的门限，来自所述多级放大电路的信号 经过处理后输出到下一级电路。
2. 根据权利要求1所述的质谱仪用户可调的检测器信号处理方法，其特征在于，所述 阀值根据所述上位机谱图的基线通过所述比较器进行基线设置。
3. 根据权利要求2所述的质谱仪用户可调的检测器信号处理方法，其特征在于，所述 基线设置中将所述背景扣除电路中的所述阀值将所述上位机提供的谱图的基线设置为0。
4. 根据权利要求1所述的质谱仪用户可调的检测器信号处理方法，其特征在于，所述 前置放大电路是三极管共射放大电路，所述三极管共射放大电路由运放做直流负反馈设置 稳定的静态工作点。
5. 根据权利要求4所述的质谱仪用户可调的检测器信号处理方法，其特征在于，所述 多级放大电路为三极管多级放大电路。
6. 根据权利要求1所述的质谱仪用户可调的检测器信号处理方法，其特征在于，所述 背景扣除设置电路包括至少一个三极管（TR7)，所述三极管（TR7)工作在开关状态，所述开 关状态由数模转换器控制。
【文档编号】H01J49/00GK104051218SQ201410335517
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】刘召贵, 粟舜地, 丁志国, 李林, 周立 申请人:江苏天瑞仪器股份有限公司