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)到離子檢測器的時間越長,;質(zhì)量越小,,所用的時間越短。如果能夠獲得各個離子的到達(dá)時間,,質(zhì)譜儀就能將不同質(zhì)量的離子根據(jù)飛行時間的不同而分開,。
面臨問題
當(dāng)離子檢測器接收到一個離子時,在到達(dá)板上產(chǎn)生一個負(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)時間,,但是也有缺陷,對于同一時刻到達(dá)的多個離子,,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“1”,針對這個缺陷,,人們采用多次積累的方法獲得某種離子在時間上的大致分布,。但是這種方法需要通過很長時間的積累(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)到很高的時間分辨率,將兩個優(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,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,,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)時處理算法。
規(guī)格
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大支持4通道同步采集,。
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高5GSPS采樣率/單通道,、2.5GSPS采樣率/2通道、1.25GSPS采樣率/4通道,。
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時間交錯自適應(yīng)校準(zhǔn)系統(tǒng),。
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10bit 轉(zhuǎn)換精度。
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支持 AC,、DC藕合方式,;支持高頻脈沖信號輸入。
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大板載 2GB DDR3 存儲器,。
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支持外部觸發(fā)輸入或輸出,支持用戶擴(kuò)展IO,。
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PCIE x8 Gen2數(shù)據(jù)傳輸接口,連續(xù)傳輸率2.8GB/s
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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)多個粒子同時到達(dá)時,,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)為此時到達(dá)了一個粒子,,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,可以同時采集到脈沖的幅度和時間信息,,因此可以進(jìn)行高速,、高時間分辨率的定量分析。