CN109616399A - 一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供了一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，包括电压可调电路、离子流信号源、前级放大器A1以及比较器A2，所述电压可调电路包括模数转换模组ADC，外部的参考电压信号Vo通过模数转换模组ADC，转换为数字信号，其输入到比较器A2的反相输入端；离子流信号源通过前级放大器A1放大，输入到所述比较器A2的正相输入端；本发明创造可以实时的检测暗电流的变化，为基线扣除提供了准确的数据，大大地提高了离子检测的灵敏度。
Description
技术领域
本发明创造属于质谱仪设备领域，尤其是涉及一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路。
背景技术
三重四级杆质谱仪由于具有高灵敏度、分析速度快、样品用量少等特点，因此作为常规的定量分析仪器，被广泛的应用于医药、生物学、化工及环境科学领域。
如今，三重四级杆质谱仪的信号检测电路中常常用到通道电子倍增器 (ChannelElectron Multiplier，CEM)这种通道电子倍增管用于收集质量分析器传递来的待检测离子，将离子在倍增器里进行电子加速，形成离子流信号，将该离子流信号引入信号处理电路进行离子浓度的检测。
电子倍增器CEM在正常工作时，存在如下问题：
(1)由于通道电子倍增器时须承受380～400℃的高温烘烤,通道内温度不断的升高；
(2)由于长期工作电子倍增器受到大气分子的污染，使通道内产生吸附层；
即使，没有带能粒子进入到电子倍增器CEM，在偏置电压的作用下，在电子倍增器CEM通道的缺陷处产生自发的电子脉冲，从而形成了暗电流，最终导致了增益的升高。
传统对暗电流基线扣除的方法为：
在设备调试时，预估暗电流的大小，然后确定基线，在基线扣除电路中通过调整电位器大小用于设置阈值，从而实现对暗电流的基线扣除，如图1 所示。
从电子倍增器CEM传来的离子流经过电流电压转换器I/V转化为电压，该离子的电压经过前级的放大，输入到基线扣除电路，基线扣除电路由比较器构成，运算放大器的反相端接由机械可变式电位器R7和固定电阻R5和R6 组成的电压可调电路，输入反相端的电压值是电子倍增器CEM的扣除基线，离子的电压信号经过AD9696组成的比较器后，电压幅值大于反相端电压时，信号通过并且转化成方波供下一级电路计数。
以上的暗电流基线扣除方法，通常在质谱仪使用前，凭借经验或理论分析，将机械可变式电位器R7调整到固定的电阻值，这样的扣除的基线也随之固定，因此该技术存在着扣除的基线不能实时的跟随暗电流的变化而及时的自适应调整的缺陷。而且,机械可变式电位器本身存在以下缺陷：
1)在调试的过程中精度难以控制；
2)随着环境温度的变化阻值波动较大；
3)频繁的调试影响其寿命。
本项目采用的暗电流基线扣除的自适应电路就是针对上述缺陷做出改进。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，以解决上述缺陷。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，包包括电压可调电路、离子流信号源、前级放大器A1以及比较器A2，所述电压可调电路包括模数转换模组ADC，外部的参考电压信号Vo通过模数转换模组ADC，转换为数字信号，其输入到比较器A2的反相输入端；离子流信号源通过前级放大器A1放大，输入到所述比较器A2的正相输入端。
进一步的，所述模数转换模组ADC包括单片机和数字电位器，单位机与数字电位器通信连接，用于控制暗电流的实时调整扣除。
进一步的，所述电压可调电路还包括固定电阻，所述固定电阻并联在模数转换模组ADC和比较器A2之间。
进一步的，所述固定电阻包括第一固定电阻R5和第二固定电阻R6。
进一步的，所述离子流信号源的一输出端通过R1接地，另一输出端与电阻R2相连，R2的一输出端与前级放大器A1的正向输入端相连，另一输出端与电阻R3的一端相连，R3的另一端与A1的输出端相连接。
进一步的，所述的A1的输出端通过电阻R4与比较器A2的正相输入端相连。
进一步的，所述单片机采用STM32F103CBT6增强型系列单片机。
进一步的，所述的数字电位器为AD8402数字电位器。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路具有以下优势：
(1)本发明创造可以实时的检测暗电流的变化，为基线扣除提供了准确的数据，大大地提高了离子检测的灵敏度；
(2)所述数字可调电位器，克服了机械电位器因时间长容易老化的缺点；
(3)本发明创造克服了机械电位器在调试的过程中阻值的精度难以控制的缺点；
(4)采用数字可调电位器提高了自动化和精准化水平。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造背景技术所述的系统示意图；
图2为本发明创造实施例所述的系统示意图；
图3为本发明创造实施例所述的方法流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图2所示，本发明包括电压可调电路、离子流信号源、前级放大器A1以及比较器A2，所述电压可调电路包括模数转换模组ADC，外部的参考电压信号Vo通过模数转换模组ADC，转换为数字信号，其输入到比较器 A2的反相输入端；离子流信号源先通过电流电压转换为电压信号,然后通过前级放大器A1放大，输入到所述比较器A2的正相输入端。
其中，所述模数转换模组ADC包括单片机和数字电位器，单位机与数字电位器通信连接，用于控制暗电流的实时调整扣除。
其中，所述电压可调电路还包括固定电阻，所述固定电阻并联在模数转换模组ADC和比较器A2之间。
其中，所述固定电阻包括第一固定电阻R5和第二固定电阻R6。
其中，所述离子流信号源的一输出端通过R1接地，另一输出端与电阻 R2相连，R2的一输出端与前级放大器A1的正向输入端相连，另一输出端与电阻R3的一端相连，R3的另一端与A1的输出端相连接。
其中，所述的A1的输出端通过电阻R4与比较器A2的正相输入端相连。
其中，所述单片机采用STM32F103CBT6增强型系列单片机。
其中，所述的数字电位器为AD8402数字电位器。
本发明的实现方法：参考电压信号Vo由电子增倍器输出端而输出，传送到电压可调电路中的ARM单片机中进行ADC模数转换，转换的数字量为8 位，单片机将这8位数字量通过SPI总线传至数字电位器AD8402中，AD8402 收到8位数字量按高低顺序分别传至D0～D7，从而控制数字可变电位器的阻值；其中，所述单片机为STM32F103CBT6增强型系列单片机，使用高性能的 ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置2条12位的 ADC通道和2个SPI接口
如图3所示，具体地说，单片机接收来参考电压信号Vo,经过ADC模数转换，产生的8位数字量D0～D7，再加上两个地址位A0～A1,通过SPI总线的MOSI 端口，将这10位串行数据字传送到数字电位器AD8402的SDI(串行数据输入端)，这10位数据字的格式是：
A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
其中，A1和A2是地址，D7～D0是离子电压的数字量，A1、A0分别为00， 01时，对应RDAC1和RDAC2；
单片机的时钟线SCLK连接到AD8402的时钟线CLK处，单片机的片选端CS 连接到AD8402的CS处，当CS使能时，在时钟的每个上升沿，数据载入寄存器中，其中AD8402使用的50MHZ时钟，在0.25μs内将RDAC1的数据装完。
所述的数字电位器AD8402可视为可变电阻器(VR)A1端开路，W可将VR 的标称阻值(RAB)分成256个分支点，对RDAC1锁存器的8位数据字译码，可确定256个可能分支点中的一个，滑动触点W滑到某一位置(DX)，相对B端的输出电阻RWB，的计算公式为：
RWB＝DX/256×RAB+RW
其中RW为50Ω，RAB为10KΩ，DX＝RDAC1的锁存8位数据。
将AD8402替代机械电位器，可以通过暗电流的实时变化，来控制AD8402 的电阻值，从而实时的调整扣除的基线，保证基线扣除的精确程度。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，其特征在于：包括电压可调电路、离子流信号源、前级放大器A1以及比较器A2，所述电压可调电路包括模数转换模组ADC，外部的参考电压信号Vo通过模数转换模组ADC，转换为数字信号，其输入到比较器A2的反相输入端；离子流信号源通过前级放大器A1放大，输入到所述比较器A2的正相输入端。
2.根据权利要求1所述的一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，其特征在于：所述模数转换模组ADC包括单片机和数字电位器，单位机与数字电位器通信连接，用于控制暗电流的实时调整扣除。
3.根据权利要求1所述的一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，其特征在于：所述电压可调电路还包括固定电阻，所述固定电阻并联在模数转换模组ADC和比较器A2之间。
4.根据权利要求3所述的一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，其特征在于：所述固定电阻包括第一固定电阻R5和第二固定电阻R6。
5.根据权利要求1所述的一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，其特征在于：所述离子流信号源的一输出端通过R1接地，另一输出端与电阻R2相连，R2的一输出端与前级放大器A1的正向输入端相连，另一输出端与电阻R3的一端相连，R3的另一端与A1的输出端相连接。
6.根据权利要求1所述的一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，其特征在于：所述的A1的输出端通过电阻R4与比较器A2的正相输入端相连。
7.根据权利要求2所述的一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，其特征在于：所述单片机采用STM32F103CBT6增强型系列单片机。
8.根据权利要求2所述的一种应用于质谱仪上的暗电流基线扣除自适应电路，其特征在于：所述的数字电位器为AD8402数字电位器。
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