[发明专利]一种数据采集串并转换储存装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行时间质谱仪检测技术，特别涉及飞行时间质谱仪中数据采集串并转换储存装置及方法。 

背景技术

飞行时间质谱仪(time-of-flight mass spectrometer，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。在实际应用当中，飞行时间质谱的测量不仅仅依靠一次离子脉冲发生器发出离子束的飞行时间，而是靠许多次离子脉冲信号的累计。每次离子脉冲发生器被触发成为一次瞬态(transient)，飞行时间质谱仪的数据获取系统每次瞬态记录下一组谱线。每次记录下来的谱线叠加到预期的数量，得到一张完整的图谱。由于飞行时间质谱仪的模拟输入带宽只有10M，因此其测量范围非常有限；此外，采样精度也比较低。 

发明内容

本发明的首要目的在于为了解决现有技术采样精度低，所得到的采集信息不准确的技术问题，提供一种数据采集串并转换储存装置，保证采集数据的有效存储。 

本发明的另一目的是提供一种数据采集串并转换储存方法。 

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：本数据采集串并转换储存装置，包括依次连接的串行移位寄存器、第一并行移位寄存器和第二并行移位寄存器，与串行移位寄存器连接的锁相环PLL电路，分别与第一并行移位寄存器、第二并行移位寄存器连接的分频电路，与第一并行移位寄存器连接的计数电路；所述串行移位寄存器接收接收机输出信号，所述第二并行移位寄存器与逻辑电路连接，所述锁相环PLL电路分别与计数电路和分频电路连接。 

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：基于上述数据采集串并转换储存装置的数据采集串并转换储存方法，包括以下步骤： 

S1、样品通过离子源进行电离，形成带电离子； 

S2、带电离子通过脉冲引入电极，获得动能； 

S3、在步骤S2中获得动能的离子进入静电透镜得到聚焦； 

S4、在步骤S3中聚焦后的离子继续进入推迟电极获得加速并反射至离子检测器； 

S5、离子检测器将离子倍增后输出信号至数据采集系统； 

S6、模拟信号通过模拟调理电路形成差分信号，差分信号通过ADC采样芯片由模拟信号转换成数字信号，通过数据采集串并转换储存装置储存，经过数据处理电路处理后由计算机读出； 

步骤S6中具体包括以下步骤： 

S61、模拟信号调理电路对输入的传输线进行阻抗匹配，调整输入信号的幅度使之符合ADC采样芯片的满幅度量程，并且将单端信号转换成差分信号； 

S62、差分信号进入ADC采样芯片，由模拟信号转换成数字信号； 

S63、数字信号进入数据采集串并转换储存装置，数据采集串并转换储存装置实现对ADC采样芯片输出的数据流的接收和缓存； 

S64、经过缓存的数据流被读出并进行时域和频域上的分析； 

S65、最后再由计算机读出经过分析的数据，并进行滤波处理。 

本发明的作用原理是：使用ADC(analog-to-digital converter)，以固定的时间间隔对经过放大的离子检测器输出信号进行记录，将数据依次存入串行移位寄存器中，然后并行输出，降低了传输数据的速度，以满足存储器工作速度的要求。这是用空间换时间，将一路高速的串行信号分路成4路并行信号，同时把信号速率降低为原来的1/4。这种方法虽然增加了数据宽度，增大了电路的空间尺寸，但是降低了对接收电路速度的要求，可以用相对低速的电子元件实现高速的信号传输。 

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果： 

(1)有效提高了模拟输入带宽，由10M提高到了300M，增加了飞行时间质谱仪测量范围。 

(2)较大范围改善了飞行时间质谱仪的采样精度。 

(3)由于增强了数据采集系统的存储性能，飞行时间质谱仪的灵敏度有了较大幅度提高。 

(4)串并转换存储降低了对接收电路速度的要求，可以用相对低速的电子元件实现高速的信号传输。 

(5)将高速数据有效降为低速数据能由后端MCU(FPGA)接收并快速实时处理，有效的提高了飞行时间质谱仪检测样品的准确性。 

附图说明

图1是本发明的电路结构示意图。 

图2是FIFO存储器结构示意图。 

图3是内部接收示意图。 

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。