簡介
質(zhì)譜是帶電原子、分子,、或分子碎片按質(zhì)荷比（或質(zhì)量）的大小順序排列的圖譜,。質(zhì)譜分析法主要是通過對被測樣品離子的質(zhì)荷比的分析而實(shí)現(xiàn)對樣品進(jìn)行定性和定量的一種分析方法,。被分析的樣品首先要離子化，然后利用不同離子在電場或磁場的運(yùn)動行為的不同,，把離子按質(zhì)荷比（m/z）分開而得到質(zhì)譜,，通過樣品質(zhì)譜的相關(guān)信息，可以得到樣品的定性定量結(jié)果,。
飛行時(shí)間質(zhì)譜儀較其他質(zhì)譜儀具有靈敏度高,、分辨率高、分析速度快,、質(zhì)量檢測上限只受離子檢測器限制等優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為質(zhì)譜儀家族中發(fā)展勢頭為迅猛的儀器,。
飛行時(shí)間質(zhì)譜分析速度快、高精度,、高靈敏度的特點(diǎn)決定其必須具有高時(shí)間分辨率和高靈敏度的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),。坤馳科技的QT1125可以滿足以上OEM需求。
質(zhì)譜儀原理：對于能量相同的離子,，離子的質(zhì)量越大,，達(dá)到離子檢測器的時(shí)間越長；質(zhì)量越小,，所用的時(shí)間越短,。如果能夠獲得各個(gè)離子的到達(dá)時(shí)間，質(zhì)譜儀就能將不同質(zhì)量的離子根據(jù)飛行時(shí)間的不同而分開,。
面臨問題
當(dāng)離子檢測器接收到一個(gè)離子時(shí),，在到達(dá)板上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖信號,，于是一次檢測便產(chǎn)生一連串的脈沖信號,。在以往采用TDC（時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行采集的質(zhì)譜儀系統(tǒng)中,，每一個(gè)脈沖信號都被量化為“1”，這樣雖然可以測出離子的到達(dá)時(shí)間,，但是也有缺陷,，對于同一時(shí)刻到達(dá)的多個(gè)離子，盡管在脈沖的幅度上會有區(qū)別,，但是只會被認(rèn)為是一個(gè)“1”,，針對這個(gè)缺陷，人們采用多次積累的方法獲得某種離子在時(shí)間上的大致分布,。但是這種方法需要通過很長時(shí)間的積累（通常要幾十萬到上百萬次）才能夠獲得大致的離子分布,，這就大大制約了設(shè)備的采集效率。使用系統(tǒng)的TDC得到一幅譜圖通常要10~20秒的積累才能夠完成,。
解決問題
如果使用高速ADC對高速到達(dá)的離子進(jìn)行采集,，由于ADC本身可以獲取信號的幅度信息，而高速ADC又可以達(dá)到很高的時(shí)間分辨率,，將兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)結(jié)合,，就解決了TDC無法獲得離子幅度信息的缺陷。使用ADC也可以大大提高采集效率,，如ADC采樣分辨率為8位時(shí),，相當(dāng)于256級量化精度，在理論上,，一次采集就可以相當(dāng)于傳統(tǒng)ADC采樣256次,，使得到譜圖時(shí)間縮短到0.1秒左右。
系統(tǒng)整體介紹
工作流程
高速脈沖信號進(jìn)入高速ADC,，完成信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換,，按特定順序緩存到板載內(nèi)存中，下次脈沖來時(shí),，F(xiàn)PGA將新的采集數(shù)據(jù)與上次緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加,，累加到一定數(shù)目后，通過PCIe總線傳到上位機(jī)中,，上位機(jī)將數(shù)據(jù)整理顯示,，得到終的譜圖。
系統(tǒng)框圖
硬件介紹
坤馳科技自主研發(fā)的 QT1125 是一款同時(shí)具備直流耦合程控放大器和支持寬帶 RF/IF 信號輸入的高速數(shù)據(jù)采集卡,。QT1125 在主機(jī)中占用一個(gè)單槽 PCIe x 16 插槽,。QT1125 的采樣率在 4 通道工作工作模式下為1.25GSPS/CH，在 2 通道模式下為 2.5GSPS/CH,，在單通道模式下為 5GSPS/CH,。DDR3 采集存儲器容量高達(dá) 2GB,。QT1125 采用 Xilinx Virtex-6 FPGA，使用QTexV1.0 開發(fā)套件允許用戶自定義實(shí)時(shí)處理算法,。
規(guī)格
- 大支持4通道同步采集,。
- 高5GSPS采樣率/單通道、2.5GSPS采樣率/2通道,、1.25GSPS采樣率/4通道,。
- 時(shí)間交錯(cuò)自適應(yīng)校準(zhǔn)系統(tǒng)。
- 10bit 轉(zhuǎn)換精度,。
- 支持 AC,、DC藕合方式；支持高頻脈沖信號輸入,。
- 大板載 2GB DDR3 存儲器,。
- 支持外部觸發(fā)輸入或輸出,支持用戶擴(kuò)展IO。
- PCIE x8 Gen2數(shù)據(jù)傳輸接口,，連續(xù)傳輸率2.8GB/s
- FPGA 支持用戶自定義邏輯開發(fā),。
總結(jié)
對于質(zhì)譜數(shù)據(jù)的采集和處理，以往通過數(shù)字轉(zhuǎn)換電路（Time-Digital Converter,，簡稱TDC）,，進(jìn)行時(shí)間間隔的測量，通過多次的測量和累積后再進(jìn)行信號處理運(yùn)算,，終能夠從譜圖上反映出物資的譜線,，從而檢測出物資的構(gòu)成成分，但是TDC的原理決定了其固有的缺陷：當(dāng)多個(gè)粒子同時(shí)到達(dá)時(shí),，前端儀器產(chǎn)生脈沖的幅度是與粒子的數(shù)量成正比的,，而TDC只認(rèn)為此時(shí)到達(dá)了一個(gè)粒子，從而丟失了信息,。當(dāng)利用北京坤馳科技高速采集板卡QT1125進(jìn)行測量時(shí),，可以同時(shí)采集到脈沖的幅度和時(shí)間信息，因此可以進(jìn)行高速,、高時(shí)間分辨率的定量分析,。
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