[发明专利]以数字形式提供气相色谱测量的气相色谱（GC）检测器

说明书

一种气相色谱(GC)检测器，包括第一电路、第二电路、数字减法器和在一对多检测器通道之间共享的数字逻辑以数字形式提供GC测量。第一电路包括提供第一计数器输出的第一计数器电路。第二电路包括提供第二计数器输出的第二计数器电路。GC检测器包括数字减法器，用于从第二计数器输出中减去第一计数器输出，并提供数字减法器输出。GC检测器还包括在一对多检测器通道之间共享的数字逻辑，以实施第一计数器电路和第二计数器电路的至少一部分。数字逻辑接收数字减法器输出并以数字形式提供GC测量。GC检测器可基于热导检测器(TCD)，其中移除了西格玛‑德尔塔(Σ‑Δ)A/D转换器的积分器，西格玛‑德尔塔(Σ‑Δ)A/D转换器的Σ因子以数字形式实施。

技术领域

本发明的各方面总体上涉及气相色谱(GC)测量系统，更具体地说，涉及一种基于热导检测器(TCD)的GC检测器，在该GC检测器中移除了西格玛-德尔塔(Σ-Δ)A/D转换器的积分器，并且西格玛-德尔塔(Σ-Δ) A/D转换器的Σ因子通过实施数字逻辑以数字形式实现用于一对多检测器通道。

背景技术

气相色谱(GC)热导检测器(TCD)恒温电路的常见实施方式如图1 所示。高性能、先进的GC系统具有几个关键组件，主要目标是在24位系统的实际实施方式中在10-20伏的大动态范围内扩展到几微伏峰峰值噪声和信号的非常低的噪声、低漂移测量，从而具有134分贝或更大的总信噪比(SNR)。由于GC测量系统进行循环到循环的校准，因此绝对精度不如系统的可重复性重要。因此，基线的漂移和稳定性以及峰峰值噪声倾向于从电学角度驱动性能标准。

本领域技术人员众所周知，模数(A/D)转换器是这种性能的基石，并且很可能是GC测量系统中除检测器元件本身之外最重要的电子元件。

GC行业电气测量技术发展的步伐紧跟西格玛-德尔塔(Σ-Δ)A/D转换器的步伐。与单片A/D转换器IC的整体商业市场相比，GC行业每年的全球市场总量只有几千个单元，其微不足道。因此，尽管Σ-ΔA/D转换器在20年的时间里已经进入第6代，但没有一家A/D制造商会直接关注GC应用，因为它们增加了一些“一体适用”的特性，这些特性可能不利于 GC应用。事实上，随着低功耗蜂窝设备和音频编解码器的持续市场压力，单片Σ-ΔA/D行业的主要参与者正在转向更低电压的设备，这些设备也专注于消费类设备的超高速采集，而不是过程测量仪器。不幸的是，这与推进GC A/D转换技术所需的方向完全相反。物理特性妨害了GC电路功率的降低以匹配大量商用设备的低功率。

在GC应用中，热导检测器(TCD)需要一定大小的功率才能正常工作。普通GC载气气体氢气和氦气的热导率是固定的。如果测量技术没有完全改变，那么就不能降低TCD工作电压/功率(与热导率测量相关)。为了使检测器的电压与新的低电压A/D兼容，在其进入A/D之前，必须降低信号电压的增益。显然，对于本领域技术人员来说，降低信号对于良好的设计是反直觉的，因为增益的降低就是SNR的降低，因为GC测量本底噪声相对于被抑制的信号是“平坦的”。

同样，在光谱领域，GC TCD信号是甚低频信号，主要含量10HZ，包括基线稳定性时通常0.01Hz。具有在音频频率下作为消费者设备良好运行的A/D转换器意味着亚赫兹区域中的噪声功率未被优化，因此对GC 应用是麻烦的，并且不能被滤除，因为信号带宽和噪声带宽是相同的。目前，在低于10Hz的GC基准采样范围内，还没有24位单片设备能够接受 5V以上的信号，并且工作频率接近24ENOB(有效位数)。最后，A/D转换器通常是一个非常昂贵的部件，然而它对生产GC测量系统至关重要。

该问题目前通过单片西格玛-德尔塔(Σ-Δ)A/D转换器解决，这种转换器是固定的构件，不完全适合GC设计。这种设备的行业参与者有亚德诺半导体公司、德州仪器公司和凌力尔特公司。当前的GC测量系统使用亚德诺半导体公司的AD7190设备。这是目前GC应用的最新技术。虽然其性能良好，但还需要进一步改进。

因此，需要改进过程测量仪器如气相色谱(GC)测量系统的A/D转换。

发明内容