一种离子迁移谱的信号采集处理方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及离子迁移谱的信号采集处理，具体涉及一种离子迁移谱的信号采集处理方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、哈达码变换离子迁移谱(hadamard transform ion mobility spectrometry，ht-ims)通过对离子门进行数字化多脉冲调制，离子按照一定的脉冲序列间歇性的注入迁移管实现对离子的组合探测。

2、在现有的技术与应用中，通常是使用线性移位寄存器输出的包含“0”、“1”元素的伪随机序列对离子门进行调制，“0”代表着关闭离子门，“1”代表打开离子门，并在每一个开关时间内对信号进行一次采样，获取多路不同起始时间的迁移谱混叠信号，然后通过对混叠信号进行ht-ims反变换获取目标图谱。哈达码变换迁移谱的调制脉冲与信号采集需要进行严格同步，而受限于离子在迁移管中的迁移速度是有限的，且温度越低，电场强度越小，迁移速度越慢，这会使得实际参与反变换计算的采样点中包含大量的无效噪声，造成一定数目的有效信号的采样点的丢失，使得反变换得到的谱图出现基线畸变，降低了谱图的信噪比，从而导致目标检测不精准。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种离子迁移谱的信号采集处理方法、装置、设备及介质，以解决信号采集补全导致谱图信噪比低的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种离子迁移谱的信号采集处理方法，包括：

3、按照预设时间间隔生成预设长度的离子门调制脉冲，根据离子门调制脉冲对离子迁移谱进行调制，同时采用预设采样频率的采样脉冲对调制后离子迁移谱的混叠信号进行采集；

4、当利用离子门调制脉冲完成离子迁移谱调制后，采样脉冲继续以预设采样频率对迁移管内离子流进行混叠信号采集，直至迁移管内离子流信息全部被采集，获得混叠信号；

5、将调制结束前所采集的混叠信号作为第一混叠信号，调制结束后所采集的混叠信号作为第二混叠信号，并将第二混叠信号与第一混叠信号进行开端对齐及加和处理，获取第三混叠信号；

6、对第三混叠信号进行哈达码逆变换得到目标图谱，目标图谱用于目标检测。

7、本发明实施例提供的离子迁移谱的信号采集处理方法，通过预设时间间隔及预设长度的离子门调制脉冲对离子迁移谱进行调制，同时采用预设采样频率的采样脉冲对调制后离子迁移谱的混叠信号进行采集，并在调制完成后继续进行混叠信号采集，直至迁移管内离子流信息全部被采集，获得混叠信号，将调制结束前的混叠信号作为第一混叠信号，将调制结束后的混叠信号作为第二混叠信号，并将第二混叠信号与第一混叠信号进行开端对齐及加和处理，获得第三混叠信号，对第三混叠信号进行哈达玛逆变换得到目标图谱。本发明通过延长混叠信号采集时间，并将延长采集得到的混叠信号与原始采集混叠信号进行开端对其并加和，能够获取完整的离子流信号，提高离子流信号的利用率，消除谱图的基线畸变，极大地提高谱图的信噪比，进而提高目标检测精准性。

8、在一种可选的实施方式中，根据离子门调制脉冲对离子迁移谱进行调制的时间为谱图时间窗，谱图时间窗为预设时间间隔和预设长度的乘积。

9、本发明通过离子门调制脉冲对离子迁移谱进行调制，离子按照一定的脉冲序列间歇性的注入迁移管，实现离子的组合探测。其中离子门调制脉冲为伪随机序列，每一位的持续时间为预设时间间隔，共包含预设长度，因此对离子迁移谱的调制时间为预设时间间隔和预设长度的乘积，即一个谱图时间窗。

10、在一种可选的实施方式中，采样脉冲继续以预设采样频率进行混叠信号采集的时间，包括：至少一个图谱时间窗。

11、本发明中哈达码变换迁移谱的调制脉冲与信号采集需要进行严格同步，即调制开始的同时进行信号采集，但是由于离子在迁移管中的迁移速率有限，在第一个脉冲到来时，第一团离子飞过迁移区撞击到检测盘需要经过少则几毫秒，多则几十毫秒的时间，使得检测盘处信号采集的起始部分的数据点全是噪声，又因为调制脉冲和采集脉冲的序列长度是一致的，所以导致很多有效离子信号无法被采集到并参与反变换的计算，因此出现基线畸变。通过继续进行至少一个图谱时间窗的信号采集能够保证当调制结束后迁移管内离子流信息被全部采集到，从而获取到完整的混叠信号，提高离子流信号的利用率，消除谱图的基线畸变。

12、在一种可选的实施方式中，采样脉冲的预设采样频率与离子门调制脉冲的预设时间间隔保持一致。

13、本发明通过严格控制调制脉冲与信号采集的同步，使离子团发出与离子团接收在时间上保持一致，能够确保数据的完整性及准确性，避免信号丢失，提高检测系统的可靠性。

14、在一种可选的实施方式中，根据离子门调制脉冲对离子迁移谱进行调制的过程，包括：根据离子门调制脉冲控制离子门的打开与关闭，当离子门打开时，离子团进入迁移管来生成离子流，当离子门关闭时，离子团无法进入迁移管；通过控制离子门的打开与关闭来生成不同起始时间的离子迁移谱。

15、本发明通过离子门调制脉冲对离子迁移谱进行数字化多脉冲调制，能够生成一系列不同起始时间的离子迁移谱，离子在电场的驱使下通过周期性开启的离子门进入漂移区，并在与逆流的中性漂移气体分子不断碰撞的过程中，由于这些离子在电场中各自迁移速率不同，使得不同的离子得到分离并先后到达收集极被检测，因此能够实现离子快速分离检测，通过测量迁移时间就可确定分析目标物质的存在。

16、在一种可选的实施方式中，当利用离子门调制脉冲完成离子迁移谱调制后控制离子门关闭且不再打开，来使迁移管内停止生成离子流。

17、本发明通过延长混叠信号的采集时间进行信号处理，因此在调制结束后要关闭离子门，使得迁移管内不再进入新的离子团，能够保证所采集的混叠信号都是进行调制后进入迁移区的，从而能够获取完整的离子流信号，提高离子流信号的利用率，消除谱图的基线畸变，极大地提高谱图的信噪比，进而提高目标检测精准性。

18、第二方面，本发明提供了一种离子迁移谱的信号采集处理装置，包括:

19、第一信号采集模块，用于按照预设时间间隔生成预设长度的离子门调制脉冲，根据离子门调制脉冲对离子迁移谱进行调制，同时采用预设采样频率的采样脉冲对调制后离子迁移谱的混叠信号进行采集；

20、第二信号采集模块，用于当利用离子门调制脉冲完成离子迁移谱调制后，采样脉冲继续以预设采样频率对迁移管内离子流进行混叠信号采集，直至迁移管内离子流信息全部被采集，获得混叠信号；

21、信号处理模块，用于将调制结束前所采集的混叠信号作为第一混叠信号，调制结束后所采集的混叠信号作为第二混叠信号，并将第二混叠信号与第一混叠信号进行开端对齐及加和处理，获取第三混叠信号；

22、信号变换模块，用于对第三混叠信号进行哈达码逆变换得到目标图谱，目标图谱用于目标检测。

23、本发明实施例提供的离子迁移谱的信号采集处理装置，通过预设时间间隔及预设长度的离子门调制脉冲对离子迁移谱进行调制，同时采用预设采样频率的采样脉冲对调制后离子迁移谱的混叠信号进行采集，并在调制完成后继续进行混叠信号采集，直至迁移管内离子流信息全部被采集，获得混叠信号，将调制结束前的混叠信号作为第一混叠信号，将调制结束后的混叠信号作为第二混叠信号，并将第二混叠信号与第一混叠信号进行开端对齐及加和处理，获得第三混叠信号，对第三混叠信号进行哈达玛逆变换得到目标图谱。本发明通过延长混叠信号采集时间，并将延长采集得到的混叠信号与原始采集混叠信号进行开端对其并加和，能够获取完整的离子流信号，提高离子流信号的利用率，消除谱图的基线畸变，极大地提高谱图的信噪比，进而提高目标检测精准性。

24、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的离子迁移谱的信号采集处理方法。

25、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的离子迁移谱的信号采集处理方法。