[发明专利]一种飞行时间质谱仪的高精度时间测量方法

权利要求书

1.一种飞行时间质谱仪的高精度时间测量方法，其特征在于：基于TDC技术的时间测量系统是由定时甄别技术去识别信号出现的开始和结束时刻，这两个时刻直接影响测量得到的离子飞行时间精度，从而影响化合物成分鉴别准确性。理论上，事件出现时间是指事件脉冲信号前沿的起始位置，但由于噪声信号的存在，可能使甄别器误触发。通常设定阈值电平，而该电平手动设置不可太低，导致“幅度-时间游动”效应。阈值电平的设置决定了定时差异大小。因此结合TDC和ADC两种技术，借助一个简单的峰值保持电路，提出一种可变阈值电平的飞行时间质谱仪高精度时间测量方法。

2.根据权利要求1所述的可变阈值电平的飞行时间质谱仪高精度时间测量方法，其特征在于：“幅度-时间游动”效应表现在：在飞行时间测量中依据相关探测器输出信号来确定和时刻的方法称为定时甄别方法；用以甄别定时时刻功能的电路称为定时甄别电路。定时甄别电路的作用，在于利用代表事件的模拟脉冲信号(前沿或峰值点)来确定代表某事件发生的精确时刻。当不同幅度的脉冲信号送入到定时甄别器后，其输出一个方形信号，其前沿代表事件信号出现时刻。常用的定时甄别方法有前沿定时、过零定时和恒比定时等方法。而在前沿定时甄别中，上升时间相同而幅度不同的输入信号定时甄别延迟不同，该定时差异成为“幅度-时间游动”效应，其解释如图1所示。

3.根据权利要求1所述的可变阈值电平的飞行时间质谱仪高精度时间测量方法，其特征在于：TDC的工作原理为：TDC数据获取系统由一个甄别器开始。甄别器输出离子到达start信号和离子离开stop信号。计数器由start信号触发开始计数，由stop信号停止计数，计数器输出即为start距离stop的时间间隔，记录值即标志了飞行时间。经过一段死时间，甄别器和计数器准备记录下一次时间间隔的测量。重复多轮后，即可输出事件的累积谱。其工作原理如图2所示。

4.根据权利要求1所述的可变阈值电平的飞行时间质谱仪高精度时间测量方法，其特征在于：ADC的工作原理为：ADC作为数据记录仪，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，并将连续的变换结果存入存储器中。每次离子脉冲器触发，就将新测量到的瞬态数据累加进之前的数据中。在每次瞬态有较多同种质量的离子到达离子检测器的情况中，不论离子流是强还是弱，ADC都能记录下质谱峰上下沿的形状。

5.根据权利要求1所述的可变阈值电平的飞行时间质谱仪高精度时间测量方法，其特征在于：脉冲幅度测量方法原理是：如图1所示为一个简单的峰值保持电路，输入脉冲Vin信号为飞行时间质谱仪的离子探测器信号经前置放大器的输出电压，随着输入脉冲Vin信号前沿逐渐升高，电容不断通过运算放大器而被充电，当信号达到脉冲峰值，前沿不再上升，信号后沿开始从脉冲峰值处下降时，由于二极管的反向阻断作用，使得电容保持了输入信号幅度最大值。然后采用一个低速模拟数字变换器(即ADC)将脉冲幅度数字化，即实现了脉冲幅度的测量。

6.根据权利要求1所述的可变阈值电平的飞行时间质谱仪高精度时间测量方法，其特征在于：可变阈值电平的飞行时间质谱仪的高精度测量方法为：将前三轮离子输出用作阈值电平设定，而在该三轮中不作飞行时间的计数。前三轮中，每轮先通过一个峰值保持电路将脉冲幅度进行记忆，记录下每个脉冲的峰值，以相同百分比(如：5％)的峰值数作为不同脉冲的一组阈值电平存储到上位机。通过上述确定阈值电平数组的方法进行三轮，并求三轮的平均数组，作为甄别器的一组阈值电平并存储到上位机。从第四轮开始，根据上位机中所设置的阈值电平数组，通过甄别器和计数器对离子进行飞行时间的计数。多轮计数累加后，即可通过相应转换方法将不同脉冲对应的离子飞行时间转化为离子质量，形成质谱图。