[发明专利]一种基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法

权利要求书

1.一种基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法，其主要包括：将脉冲前沿时间测量与脉冲成形采样相结合的方法以及对时间测量结果进行在线修正的方法。

上述将脉冲前沿时间测量与脉冲成形采样相结合的方法步骤如下：

步骤a，首先将来自离子检测器(通常是微通道板)的探测器信号利用前置放大器进行放大，然后将放大后的信号通过射频电缆送到电子学数据采集卡。

步骤b，来自前放的信号到达电子学数据采集卡后，先经模拟缓冲器(Buffer)进行1∶1放大；

步骤c，将步骤b中的放大后的信号分成两路输出，一路先经过成形电路，然后送到中低速ADC进行波形采样，另一路先经比较器(也称之为甄别器)转换成数字脉冲，然后送到TDC。其中，中速ADC的采样率为1G SPS以下(例如100M SPS)，成形电路的时间常数为数十至数百纳秒(例如100ns)。所采用的TDC的时间分辨率约为数十至数百皮秒(例如100ps)。

步骤d，ADC和TDC的数据被送到数据采集卡上的DSP中进行处理，处理结果通过USB总线送到PC机中。

对测量结果进行在线修正的方法步骤如下：

步骤e，在飞行时间质谱仪典型工作条件下，针对典型样品，利用上述脉冲前沿时间测量与脉冲成形采样相结合的电子学读出方法，测量微通道板输出信号的前沿时间和脉冲波形。利用数字寻峰的方法，对波形数据进行分析，得到成形脉冲的峰值幅度，然后将前沿时间和幅度数据保存成文件。

步骤f，对数据文件进行分析，找到样品中的某一典型离子峰位对应的时间和幅度数据，对多组数据进行拟合，得出过阈时间与脉冲幅度的关系曲线，形成修正查找表。

步骤g，将该查找表文件写入数据采集卡上的Flash芯片中，每次系统上电后自动加载到程序RAM中。

步骤h，ADC采样到信号波形后，在DSP中进行数字寻峰，然后针对该峰值，在RAM查找表中找到对应的时间修正值。然后在TDC测得的数值上，加上该修正值。

2.如权利要求1所述的基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法，其特征在于，所述步骤c中，采用了ADC和TDC相结合的读出方法，而且综合考虑成本和性能的需求，避免采用高速ADC，而是采用了采样率1G SPS以下的中速ADC。

3.如权利要求1所述的基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法，其特征在于，所述步骤c中，在ADC波形采样之前，先将离子检测器输出信号经前置放大然后直接送到成形电路。该成形电路的作用是将高速的窄脉冲信号变成一个前沿稍慢的准高斯波形，使之更适合中速ADC采样。经过成形后的准高斯信号峰值与原始波形的幅度成正比，因此经采样后，并不损失原始信号的幅度信息，从而保证了谱仪的定量分析能力。

4.如权利要求1所述的基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法，其特征在于，所述步骤d中，在DSP内通过数字寻峰的方法，得到成形后的准高斯脉冲的峰值。

5.如权利要求1所述的基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法，其特征在于，直接采用高速比较器取代传统的CFD，将输入脉冲经前沿甄别之后转换成数字信号，然后送到TDC进行测量。前沿甄别电路比恒比定时的原理更简单，实现更容易，因而保证了信号脉冲所包含的时间信息不受损失，并且易于扩展，以满足未来质谱仪性能升级的需求。

6.如权利要求1所述的基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法，其特征在于，所述步骤f中，提出对某一离子峰位测得多组幅度-时间数据，然后进行拟合，得出脉冲过阈时间与幅度的关系曲线，建立用于幅度-时间修正的数字查找表。

7.如权利要求1所述的基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法，其特征在于，所述步骤g中的数字查找表，具备上电自动加载功能。

8.如权利要求1所述的基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法，其特征在于，所述步骤h中，通过查找表对TDC数据进行在线修正。

9.如权利要求2所述的基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法，其特征在于，在保证定时和定量性能的前提下，利用中速ADC芯片替代现有高端飞行时间质谱仪器中的高速ADC芯片。