一种质谱仪用户可调的检测器信号处理部件的制作方法
【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部件，包括用于匹配接收检测器输出的脉冲信号并进行初次放大的前置放大电路；接收初次放大信号并对其进行多次缓冲放大后输入到下一级电路的多级放大电路；包括至少一个起比较器作用的并具有开关状态及可以设置门限的三极管，并将来自多级放大电路的信号经过处理后输出到下一级电路的背景扣除设置电路；把来自背景扣除设置电路不规则信号变换成易于被检测的规则信号，并输出至下一级单元的波形变化电路；以及增大驱动能力、减小输出阻抗的信号输出单元;本发明提供的使用硬件进行背景扣除的部件，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部件
【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部件。
【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部件，包括前置放大电路，所述前置放大电路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，所述多级放大电路接收来自所述前置放大电路的初次放大信号，并对所述初次放大信号进行缓冲、放大、缓冲、放大、缓冲，然后输入到下一级电路；
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；
波形变化电路，所述波形变化电路把来自所述背景扣除设置电路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，并输出至下一级单元；
以及增大驱动能力、减小输出阻抗的信号输出单元。
[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部件，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部件还具有如下附加技术特征:
进一步地，所述前置放大电路是三极管共射放大电路。
[0008]更进一步地，所述前置放大电路是一级三极管共射放大电路，所述一级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。
[0009]更近一步地，所述前置放大电路是包括三极管(TRl)的三极管共射放大电路，所述三极管(TRl)的集电极与下一级电路相连。
[0010]进一步地，所述多级放大电路为三极管多级放大电路。
[0011]更进一步地，所述三极管多级放大电路包括做一些相位补偿的射极跟随器三极管(TR2)，所述射极跟随器三极管(TR2)的基极与所述三极管(TRl)的集电极相联。
[0012]更进一步地，所述三极管多级放大电路包括做相位补偿的射极跟随器(TR6)，所述做相位补偿的射极跟随器(TR6)的发射极连接至所述背景扣除设置电路。
[0013]在所述多级放大电路中，射极跟随器三极管(TR2)用作射极跟随器且做了一些相位补偿，射极跟随器三极管(TR2)的发射极连接到三极管(TR3)的基极；三极管(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，与三极管(TR4)的基极相连；三极管(TR4)是一个射极跟随器，做相位补偿后三极管(TR4)的发射极与三极管(TR5)的基极相连；三极管(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做直流负反馈来设置的，三极管(TR5)的集电极连接到做相位补偿的射极跟随器(TR6)的基极；做相位补偿的射极跟随器(TR6)是一个射极跟随器，做相位补偿后做相位补偿的射极跟随器(TR6)的发射极连接到背景扣除设置电路。
[0014]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，所述数模转换器由MCU控制，在背景扣除设置电路中对该数模转换器值做了适当的运算以满足控制范围的需要，所述三极管(TR7)的基极与所述做相位补偿的射极跟随器(TR6)的发射极相联。
[0015]进一步地，所述波形变化电路包括具有开关状态的三极管(TR8)、稳压二极管(D10)、开关二极管(D9)，所述具有开关状态的三极管(TR8)的的集电极联接至所述信号输出单元。
[0016]进一步地，所述信号输出单元包括射极跟随器三极管(TR9)，所述射极跟随器三极管(TR9)的基极与所述具有开关状态的三极管(TR8)的的集电极联接，所述射极跟随器三极管(TR9 )发射极直接联接至MCU，输出方波脉冲信号。
[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。
[0019]其中，BI前置放大电路，B2多级放大电路，B3背景扣除设置电路，B4波形变换电路，B5信号输出单元。
【具体实施方式】
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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部件，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。
[0025]根据本发明的实施例，如图2、3、4所示，本发明提供的质谱仪用户可调的检测器信号处理部件，前置放大电路BI，所述前置放大电路BI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，所述多级放大电路B2接收来自所述前置放大电路BI的初次放大信号，并对所述初次放大信号进行缓冲、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，所述背景扣除设置电路B3包括至少一个起比较器作用的并具有开关状态的三极管TR7，接收来自所述多级放大电路B2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B2的信号经过处理后输出到下一级电路；
波形变化电路B4，所述波形变化电路B4把来自所述背景扣除设置电路B3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，并输出至下一级单元；
以及增大驱动能力、减小输出阻抗的信号输出单元B5。
[0026]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。
[0027]根据本发明一些实施例，所述前置放大电路BI是三极管共射放大电路。
[0028]可选地，所述前置放大电路BI是一级三极管共射放大电路，所述一级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]根据本发明一个实施例，所述前置放大电路BI是包括三极管(TRl)的三极管共射放大电路，所述三极管(TRl)的集电极与下一级电路相连。
[0030]根据本发明实施例，所述多级放大电路B2为三极管多级放大电路。
[0031]根据本发明一些实施例，所述三极管多级放大电路包括做一些相位补偿的射极跟随器三极管(TR2)，所述射极跟随器三极管(TR2)的基极与所述三极管(TRl)的集电极相联。
[0032]根据本发明实施例，所述三极管多级放大电路包括做相位补偿的射极跟随器(TR6)，所述做相位补偿的射极跟随器(TR6)的发射极连接至所述背景扣除设置电路B3。
[0033]根据本发明的一个实施例，如图4所示，在所述多级放大电路B2中，射极跟随器三极管(TR2)用作射极跟随器且做了一些相位补偿，射极跟随器三极管(TR2)的发射极连接到三极管(TR3)的基极；三极管(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，与三极管(TR4)的基极相连；三极管(TR4)是一个射极跟随器，做相位补偿后三极管(TR4)的发射极与三极管(TR5)的基极相连；三极管(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做直流负反馈来设置的，三极管(TR5)的集电极连接到做相位补偿的射极跟随器(TR6)的基极；做相位补偿的射极跟随器(TR6)是一个射极跟随器，做相位补偿后做相位补偿的射极跟随器(TR6)的发射极连接到背景扣除设置电路。
[0034]根据本发明的实施例，所述背景扣除设置电路B3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，所述数模转换器由MCU控制，在背景扣除设置电路B3中对该数模转换器值做了适当的运算以满足控制范围的需要，所述三极管(TR7)的基极与所述做相位补偿的射极跟随器(TR6)的发射极相联。
[0035]根据本发明的实施例，通过对所述比较器根据上位机谱图的基线进行门限设置。
[0036]优选地，所述门限设置中将所述背景扣除电路B3中的所述门限值根据所述上位机提供的谱图的进行设置使得最终图谱中的基线为O。
[0037]根据本发明的实施例，如图4所示，所述波形变化电路B4包括具有开关状态的三极管(TR8)、稳压二极管(D10)、开关二极管(D9)，所述具有开关状态的三极管(TR8)的的集电极联接至所述信号输出单元。
[0038]根据本发明的实施例，如图4所示，所述信号输出单元B5包括射极跟随器三极管(TR9)，所述射极跟随器三极管(TR9)的基极与所述具有开关状态的三极管(TR8)的的集电极联接，所述射极跟随器三极管(TR9)发射极直接联接至MCU，输出方波脉冲信号。
[0039]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部件，其特征在于，包括: 前置放大电路，所述前置放大电路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，所述多级放大电路接收来自所述前置放大电路的初次放大信号，并对所述初次放大信号进行缓冲、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，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； 波形变化电路，所述波形变化电路把来自所述背景扣除设置电路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，并输出至下一级单元； 以及增大驱动能力、减小输出阻抗的信号输出单元。
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部件，其特征在于，所述前置放大电路是三极管共射放大电路。
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部件，，其特征在于，所述前置放大电路是一级三极管共射放大电路，所述一级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。
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部件，其特征在于，所述前置放大电路是包括三极管(TRl)的三极管共射放大电路，所述三极管(TRl)的集电极与下一级电路相连。
5.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部件，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5所述的质谱仪用户可调的检测器信号处理部件，其特征在于，所述三极管多级放大电路包括做一些相位补偿的射极跟随器三极管(TR2)，所述射极跟随器三极管(TR2)的基极与所述三极管(TRl)的集电极相联。
7.根据权利要求5所述的质谱仪用户可调的检测器信号处理部件，其特征在于，所述三极管多级放大电路包括做相位补偿的射极跟随器(TR6)，所述做相位补偿的射极跟随器(TR6)的发射极连接至所述背景扣除设置电路。
8.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部件，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，所述三极管(TR7)的基极与所述做相位补偿的射极跟随器(TR6)的发射极相联。
9.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部件，其特征在于，所述波形变化电路包括具有开关状态的三极管(TR8)、稳压二极管(D10)、开关二极管(D9)，所述具有开关状态的三极管(TR8 )的的集电极联接至所述信号输出单元。
10.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部件，其特征在于，所述信号输出单元包括射极跟随器三极管(TR9)，所述射极跟随器三极管(TR9)的基极与所述具有开关状态的三极管(TR8)的的集电极联接，所述射极跟随器三极管(TR9)发射极直接联接至MCU，输出方波脉冲信号。
【文档编号】H01J49/00GK104078302SQ201410335416
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】应刚, 粟舜地, 丁志国, 李林, 刘召贵, 周立 申请人:江苏天瑞仪器股份有限公司