一种质谱仪高速信号采集装置的制作方法

本实用新型涉及仪器检测技术领域，具体是一种质谱仪高速信号采集装置。

背景技术：

飞行时间质谱仪(time-of-flightmassspectrometer，tofms)根据不同离子在真空中飞行时间的大小来判定其质荷比，分析速度快，且能进行单个电荷的检测。a-tof，即单颗粒气溶胶实时在线监测飞行时间质谱仪，可以实现对单个颗粒的气溶胶进行粒径和化学成分的同时检测。仪器采用空气动力学透镜技术将气溶胶颗粒引入并聚焦成颗粒束，提高采样效率；用双激光测速的原理确定气溶胶颗粒的空气动力学直径，提高测径准确度和效率；时序控制电路的应用更精确地触发电离激光器，提高打击效率；采用双极二阶聚焦有网反射式飞行时间质谱分析器对产生的正负离子同时检测。该仪器能检测到无机盐、金属、有机物等多种成分，粒径测量范围在200nm～2μm，质量范围在1～800amu。

本实用新型提供一种质谱仪高速信号采集装置，能快速便捷地对信号进行区分采集以及信号处理。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种质谱仪高速信号采集装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种质谱仪高速信号采集装置，所述装置包括电子倍增器mcp、限幅器、衰减器、多路复用器、电压跟随器、信号合成器、信号放大器和微处理器；所述限幅器、所述衰减器分别连接在所述电子倍增器mcp与所述多路复用器之间，所述电子倍增器mcp、所述多路复用器、所述电压跟随器、所述信号合成器、所述信号放大器和所述微处理器依次相连；所述信号合成器内设有adc采集卡；所述电子倍增器mcp根据电压幅值将检测器信号输入所述限幅器、所述衰减器或者所述多路复用器；所述多路复用器用于转送采集信号；所述电压跟随器用于消除由多路复用器导通电阻引起的增益误差；所述信号放大器用于放大采集信号，并将放大后的采集信号转送给所述微处理器，由所述微处理器进行处理。

作为本实用新型进一步的方案：所述限幅器包括相串联的两个二极管d1、d2。

作为本实用新型再进一步的方案：所述衰减器包括串联连接的多级分压电路，每一级分压电路均包含有一组串联的分压电阻；第二级至最后一级分压电路的输入端为上一级分压电路分压电阻的串联节点。

作为本实用新型再进一步的方案：所述装置还包括sd卡存储器和电压转换电路；所述sd卡存储器与所述微处理器连接，用于存储采集信号；所述电压转换电路连接在电源模块与sd卡存储器之间。

作为本实用新型再进一步的方案：所述电压跟随器的同相端与所述多路复用器输出端连接，所述同相端还连接两个滤波电容，输出端反馈回反向端，输出端还连接所述信号放大器。

本实用新型的作用原理是：adc采集卡有效测量幅值为0-5v，将检测器信号分为三路，第一路为电压幅度大于预设值的大信号(一般是超过5v的信号)，第二路为电压幅度小于预设值的小信号(一般是小于5v的信号)，第三路信号直接由adc采集卡采集。小信号进入限幅支路，可使小信号有效保留，而被adc采集卡采集；大信号进入衰减支路，可使大信号通过不同倍数衰减有效保留，而被adc卡采集，不会烧坏adc采集卡。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）、本实用新型提供的质谱仪高速信号采集装置将检测器信号检测范围由0-5v扩大至0-55v，有效的提高了飞行时间质谱仪检测样品的测量离子动态线性范围；较大范围改善了a-tof的采样精度；由于增强了adc采集卡的采集能力，保护adc采集卡的采集安全稳定性；有效抑制了a-tof大信号对小信号采集的影响，提高了a-tof高效实时的采样准确度。

（2）、通过开关控制器实现信号输入通道的启闭；采用多路复用器路实现多路输入、一路输出，减少线路布置以及减少成本；采用电压跟随器消除由多路复用器导通电阻引起的增益误差；采用信号放大器实现信号长距离传输，同时保证信号高精准性。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种质谱仪高速信号采集装置的电路示意图；

图2为图1国限幅器的电路示意图；

图3为图1中衰减的电路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。

质谱仪主要包括样品的进样、粒径测量、电离及质量分析器四个部分。样品经过质谱仪后分离信号进入信号采集装置，通过不同信号的限幅或者衰减，由多路复用器控制各路信号的导通，再经过电压跟随器以高速增益误差，再进行adc数据读取，经放大后实现较远距离的传输，最后数据被微处理器以及pc机处理。

图1示出了本实用新型的电路结构示意图。可见，本实用新型装置包括电子倍增器mcp、限幅器、衰减器、多路复用器、电压跟随器、信号合成器、信号放大器和微处理器；限幅器、衰减器分别连接在电子倍增器mcp与多路复用器之间，电子倍增器mcp、多路复用器、电压跟随器、信号合成器、信号放大器和微处理器依次相连；信号合成器内设有adc采集卡；电子倍增器mcp根据电压幅值将检测器信号输入限幅器、衰减器或者多路复用器；多路复用器用于转送采集信号；电压跟随器用于消除由多路复用器导通电阻引起的增益误差；信号放大器用于放大采集信号，并将放大后的采集信号转送给微处理器，由微处理器进行处理。

图2是限幅器的电路示意图，采用相串联的两个二极管d1、d2对信号的幅度进行限幅。由图2中可以看到，信号经过限幅器，大于5v的信号被直接限制，只保留5v以内的信号。

图3是衰减器的电路示意图，采用多级分压电路串联而成，每一级分压电路均包含有一组串联的分压电阻；第二级至最后一级分压电路的输入端为上一级分压电路分压电阻的串联节点。由图3中可以看到，大于5v的信号可以分别以10倍或者3倍衰减。一个更具体的应用实例如下：

a-tof质量分析器输出信号经过50欧姆匹配电阻后输出，经过sma三通接口，分为两路进入多路复用器，由多路复用器控制当前采集哪一路信号，并输送给信号合成器。在多路复用器与信号合成器之间通过设置电压跟随器可以消除由多路复用器导通电阻引起的增益误差；信号在mpc中经过分辨，有小于5v的信号1.5v-ga+则进入限幅器支路，限制在5v内，幅值不变，最后直接输出至adc数据采集卡采集（内置于信号合成器中）。有大于5v信号35v-k+，经过10倍衰减，衰减为3.5v信号，最后直接输出至adc数据采集卡被采集；之后经过信号放大器可以实现较远距离的传输，并由微处理器以及pc机进行处理分析。

在本实用新型实施例中，多路复用器可以采用mux36s08、电压跟随器可以采用op07、信号放大器可以采用ad623、rs232通信接口电路可以采用max232芯片；其中，电压跟随器的同相端连接两个滤波电容，其输出端反馈回反向端；电压跟随器5用于消除由多路复用器4导通电阻引起的增益误差；信号放大器用于对输入信号进行增益放大，实现信号长距离传输，同时保证信号高精准性；信号到达微处理器后，由微处理器进行处理分析；rs232通信接口电路用于连接微处理器与pc机，通过该rs232通信接口电路可以使微处理器与pc机共同实现信号采集和数据分析；sd卡存储器与微处理器连接，用于存储采集信号，sd卡存储器的工作电压与微处理器的电压不同，因此需要设置电压转换电路，电压转换电路连接在电源模块与sd卡存储器之间，将5v电压转换为3.3v电压，用以给sd卡存储器提供工作电压，通过设置sd卡存储器，将采集信号存放于sd卡存储器，便于数据收集并利用计算机分析，使得本实用新型能长时间独立于工业现场。本实用新型由于采用了分路采集的方式，可以提高信号的采集以及处理速度。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。