CN116092911A - 信号采集方法、装置、质谱仪和计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及质谱仪领域，公开了一种信号采集方法、装置、质谱仪和计算机存储介质。该方法包括：通过ADC采集卡采样模拟信号，获取模拟信号在各个采样点的信号强度；对各个采样点的信号强度与预设强度阈值进行比较，根据比较结果确定各个采样点的类型；根据各个采样点的类型，对各个采样点进行累积计数，得到累积结果；其中，累积结果用于通过各个采样点对应的时间与计数值转化，进而得到质谱图。本申请实施例通过在单个ADC采集卡上拓展数字计数功能，无需额外增加TDC采集卡及其他硬件电路结构，简化质谱仪的结构，提高质谱仪的适用性。

Description

信号采集方法、装置、质谱仪和计算机存储介质

技术领域

本申请涉及质谱仪领域，尤其涉及一种信号采集方法、装置、质谱仪和计算机存储介质。

背景技术

目前，在一台质谱仪上仅搭载一种数据获取系统，以实现不同的数据及信号采集的应用需求，而数据获取系统通过ADC采集卡或者TDC采集卡来相应实现；其中，ADC采集卡仅具有波形数字化功能，而TDC采集卡仅具有数字计数功能。

进而，当需要同时实现波形数字化功能以及数字计数功能时，需要在一台质谱仪上同时集成ADC采集卡和TDC采集卡。而同时在一台质谱仪上集成两种采集卡时，相应需要额外增加硬件结构，从而增加了质谱仪仪器的结构复杂性以及制作成本，进而降低了质谱仪的适用性。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术的不足，本申请提供了一种信号采集方法、装置、质谱仪和计算机存储介质。

第一方面，本申请提供一种信号采集方法，应用于质谱仪，所述质谱仪包括ADC采集卡，所述方法包括：

通过所述ADC采集卡采样模拟信号，获取所述模拟信号在各个采样点的信号强度；

对各个采样点的信号强度与预设强度阈值进行比较，根据比较结果确定各个采样点的类型；

根据各个采样点的类型，对各个采样点进行累积计数，得到累积结果；5其中，所述累积结果用于通过各个采样点对应的时间与计数值转化，进而得

到质谱图。

在可选的实施方式中，所述根据比较结果确定各个采样点的类型，包括：

若所述采样点的信号强度大于等于所述预设强度阈值，则将所述采样

点标记为信号点；

0若所述采样点的信号强度小于所述预设强度阈值，则将所述采样点标

记为噪音点；其中，所述预设强度阈值大于最大噪音强度，且小于所述模拟信号的最小信号峰的信号强度。

在可选的实施方式中，所述根据所述各个采样点的类型，对各个采样点

赋值，并依次累加计数，包括：

5将各所述噪音点均赋值为0，将各所述信号点均赋值为1；

依次累加各个所述采样点的值。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

根据所述累积结果，确定各个所述采样点的累加计数值；

根据各个所述采样点对应的时间以及累加计数值，生成质谱图；其中，所述质谱图的横坐标为时间，纵坐标为所述累加计数值。

在可选的实施方式中，所述通过所述ADC采集卡采样模拟信号，获取各个采样点的信号强度，包括：

按照预定的采样周期，通过所述ADC采集卡周期性采样模拟信号，获取各个采样周期内的各个采样点的信号强度。

在可选的实施方式中，所述根据所述各个采样点的类型，对各个采样点进行累积计数，得到累积结果，包括：

分别对各个采样周期内的各个采样点进行累积计数，得到各个采样周期对应的累积结果。

第二方面，本申请提供一种质谱仪，包括检测器和ADC采集卡；所述检测器和所述ADC采集卡之间通过高频射频线连接；

所述检测器用于产生模拟信号；

所述ADC采集卡用于采样所述模拟信号，获取所述模拟信号在各个采样点的信号强度；对各个采样点的信号强度与预设强度阈值进行比较，根据比较结果确定各个采样点的类型；根据各个采样点的类型，对各个采样点进行累积计数，得到累积结果；其中，所述累积结果用于通过各个采样点对应的时间与计数转化，进而得到质谱图。

在可选的实施方式中，所述质谱仪还包括前置放大器；

所述前置放大器用于放大来自所述检测器的模拟信号，并将放大后的模拟信号输入至所述ADC采集卡进行采样。

第三方面，本申请提供一种信号采集装置，包括如前述实施方式中任一项所述的质谱仪和上位机；

所述上位机用于接收来自所述质谱仪的累积结果，并根据所述累积结果确定各个采样点对应的时间以及累积计数值，生成质谱图。

第四方面，本申请提供一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实施根据前述的信号采集方法。

本申请实施例具有如下有益效果：

本申请实施例通过ADC采集卡采样模拟信号，获取模拟信号在各个采样点的信号强度；对各个采样点的信号强度与预设强度阈值进行比较，根据比较结果确定各个采样点的类型；根据各个采样点的类型，对各个采样点进行累积计数，得到累积结果；其中，累积结果用于通过各个采样点对应的时间与计数值转化，进而得到质谱图。本申请实施例通过在单个ADC采集卡上拓展数字计数功能，进而使得该ADC采集卡同时具有数字计数以及波形数字化功能，从而无需额外增加TDC采集卡及其他硬件电路结构，降低了质谱仪的结构复杂性，相应降低了质谱仪的制作成本，提高了质谱仪的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了ADC采集卡对模拟信号采样后的采样点示意图；

图2示出了本申请实施例中信号采集方法的第一个实施方式示意图；

图3示出了本申请实施例中信号采集方法的第二个实施方式示意图；

图4示出了本申请实施例中信号采集方法的第三个实施方式示意图；

图5示出了本申请实施例中累积结果转化为质谱图的过程示意图；

图6示出了本申请实施例中质谱仪的一种结构示意图；

图7示出了本申请实施例中信号采集装置的一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

飞行时间质谱仪(以下可简称质谱仪)具有结构简单、分析速度快、分辨率和灵敏度高、质量范围宽的优点，可以实现微秒级快速响应速度和全谱同时测量，目前广泛应用于实时快速分析、在线监测领域。目前，基于飞行时间质谱仪和信号采集卡可实现基于模拟数字转换(Analog-to-digital：ADC)以及基于时间数字转换(Time-to-digital：TDC)技术。其中，信号采集卡包括ADC采集卡和TDC采集卡等。

ADC采集卡的原理是，将来自质谱仪检测器的原模拟电信号进行离散采样，得到一个离散的时间样本，并利用这些离散的时间样本值，对原模拟电信号进行重建，其信号重建过程也称为波形数字化。ADC采集卡具有动态范围广的特点，可以检测到几乎同时到达的两束离子，且无死时间引起的偏移现象；但实际使用中也存在着噪音高，信噪比低(Signal-to-Noise)的缺点，目前，高速的ADC数据采集卡也存在着技术复杂、成本高的特点。

相比而言，TDC采集卡具有结构简单、功耗较低、易于实现超高精度时间测量的优点，但也存在着死时间、动态范围低的不足。TDC采集卡的原理是基于电子技术，将事件信号出现的时间信息用数字的方式表现出来，通常在应用中，多给出两个或者多个脉冲信号之间的相对时间间隔信息。计数器通过所接收到开始脉冲信号后启动开始计数，根据设定的阈值(Threshold)来判定是否计数，单次测试时，将采样点的信号强度大于阈值的采样点记为数值1，否则为0；重复多次进行累加后，就可以得到事件信号对应的累计谱。

但目前，若通过飞行时间质谱仪实现波形数字化以及数字计数的功能时，需要同时集成ADC采集卡以及TDC采集卡，从而相应增加了如恒比定时电路(CFD)等的硬件设备，导致质谱仪结构制造较为复杂、限制了其应用范围，且制造成本较高、适用性较低。

基于此，本申请实施例提供了一种信号采集方法和质谱仪，通过使用单个ADC采集卡实现波形数字化以及数字计数功能，拓展了ADC采集卡的使用范围，提高质谱仪的适用性。

实施例1

本申请实施例提供了一种信号采集方法，该方法应用于质谱仪，其中，该质谱仪为飞行时间质谱仪，该质谱仪包括检测器、ADC采集卡。可选的，该检测器与ADC采集卡之间通过信号传输线连接，该信号传输线可选用高频射频线，进一步地，该高频射频线的阻抗匹配为50欧姆，且具有较好的抗干扰屏蔽效果。

示范性地，ADC采集卡用于对检测器所产生的模拟信号(即模拟电信号)进行离散采样，得到一个离散的时间样本(即离散的采样点)，并通过这些离散的时间样本值，根据离散采样点构建原模拟信号的波形图，以实现ADC采集卡的波形数字化功能。

如图1所示，重建后的原模拟信号的波形图有多个信号峰，如标号为1、2、3的信号峰，每个信号峰都对应一个峰值，其峰值即为信号峰顶点的采样点对应的信号强度。

作为一种可选的实施方式，该质谱仪还包括前置放大器，当检测器输出的模拟信号的幅值较小时，通过质谱仪上的前置放大器放大来自检测器的模拟信号，而后将放大后的模拟信号输入至ADC采集卡进行采样，以提高信号采样的质量，进而方便后续根据采样结果实现波形数字化和数字计数，提高了波形数字化以及数字计数的可靠性。

请参照图2，下面对该信号采集方法进行详细说明。

S10，通过ADC采集卡采样模拟信号，获取模拟信号在各个采样点的信号强度。

通过ADC采集卡采样连续的模拟信号，对应获取模拟信号在各个采样点的信号强度。

具体而言，本实施例中，通过ADC采集卡对连续的模拟信号进行离散的采样，得到离散的采样点，并记录该模拟信号在各个采样点的信号强度。

作为一种可选的方案，按照预定的采样周期，通过ADC采集卡周期性采样模拟信号，获取各个采样周期内的各个采样点的信号强度；分别对各个采样周期内的各个采样点进行累积计数，得到各个采样周期对应的累积结果。

S20，对各个采样点的信号强度与预设强度阈值进行比较，根据比较结果确定各个采样点的类型。

对于所采样的模拟信号，由于在采样过程中存在着各种来源的噪音，因此通过设定一个预设强度阈值进行判定，在采样点的信号强度大于所设定的预设强度阈值时，判定该采样点为信号点，反之则判定该采样点为噪音点。

进而，对各个采样点处的信号强度与预设强度阈值(即Threshold)进行比较，进而根据比较结果确定各个采样点是否为噪音点。其中，预设强度阈值的取值具体在此不做限定，例如，可设定预设强度阈值的取值需大于最大噪音强度，且小于模拟信号中最小信号峰的信号强度，通常可根据实验环境及实验条件确定其最大噪音强度和模拟信号中最小信号峰的信号强度值。

在一实施方式中，如图3所示，上述步骤S20中“根据比较结果确定各个模拟信号的类型”还具体包括如下步骤：

S21，若采样点的信号强度大于等于预设强度阈值，则将采样点标记为信号点。

S22，若采样点的信号强度小于预设强度阈值，则将采样点标记为噪音点。

也即是，根据各个采样点的信号强度与预设强度阈值的比较结果，确定各个采样点的噪音点和信号点。

如图1所示，该信号点即为图1中高于预设强度阈值的采样点，噪音点即为低于预设强度阈值的采样点。

S30，根据各个采样点的类型，对各个采样点进行累积计数，得到累积结果；其中，累积结果用于通过各个采样点对应的时间与计数值转化，进而得到质谱图。

在确定了各个采样点的噪音点和信号点后，分别对噪音点和信号点赋值，并依次累积计数(即累加计数)，得到累积结果。

可以理解，本实施例中，ADC采集卡在使用数字计数功能时，其存储器所记录的采样点的值，不再是实际所测的模拟信号值，而是本步骤中各个采样点对应的赋值。

简言之，本实施例中，通过拓展ADC采集卡的使用功能，在ADC采集卡原有的波形数字化功能的基础上，在采样时增加预设强度阈值的设定，以使得在ADC采集卡上实现TDC采集卡的数字计数的功能。

在一实施方式中，如图4所示，上述步骤S30具体包括如下步骤：

S31，将各噪音点均赋值为0，将各信号点均赋值为1。

S32，依次累加各个采样点的值。

可以理解，将每个噪音点均赋值为0，将每个信号点均赋值为1，从而在累加计数时，仅是对信号点进行计数，进而可得到当前采样的所有信号点的数量。

作为一种可选的方案，如图5所示，根据各个采样周期内各个采样点的累积结果，对应转化为时间-数字转化质谱图(即质谱图)。

具体地，根据累积结果，确定各个采样点的累加计数值；根据各个采样点对应的时间以及累加计数值，生成质谱图；其中，质谱图的横坐标为该采样点对应的时间，纵坐标为该采样点的累加计数值。

进一步地，在本实施例中，经过周期性循环采样后，对每个采样点的赋值(0或者1)进行累加，得到各个采样点的累加值，将每个采样点的累加值输出至所连接的上位机中，经由上位机中相应的应用程序或软件等对各个采样点对应的时间和累加值进行整理，对应绘制各个采样周期对应的时间-数字转化质谱图。

本申请实施例，第一方面，通过在单个ADC采集卡上拓展数字计数功能，进而使得该ADC采集卡同时具有数字计数以及波形数字化功能，从而无需额外增加TDC采集卡及其他硬件电路结构，降低了质谱仪的结构复杂性，相应降低了质谱仪的制作成本，提高了质谱仪的适用性；同时可根据不同需求灵活调整ADC采集卡的使用方式，从而满足了不同的应用需求；第二方面，通过累积计数结果，方便后续对应生成该模拟信号的质谱图，实现了ADC采集卡的高效使用。

实施例2

请参照图6，本申请实施例提供了一种质谱仪100，包括检测器110和ADC采集卡120；检测器110和ADC采集卡120之间通过高频射频线连接。

检测器110用于输出模拟信号；ADC采集卡120用于采样模拟信号，获取模拟信号在各个采样点的信号强度；对各个采样点的信号强度与预设强度阈值进行比较，根据比较结果确定各个采样点的类型；根据各个采样点的类型，对各个采样点进行累积计数，得到累积结果；其中，累积结果用于通过各个采样点对应的时间与计数转化，进而得到质谱图。

上述的质谱仪100用于执行上述实施例1的信号采集方法的步骤；实施例1中的任何可选项也适用于本实施例，这里不再详述。

实施例3

请参照图7，本申请实施例还提供了一种信号采集装置1000，包括质谱仪100和上位机200。

上位机200用于接收来自质谱仪100的累积结果，并根据累积结果确定各个采样点对应的时间以及累加计数值，生成质谱图。

上述的质谱仪100用于执行上述实施例2的质谱仪100；实施例2中的任何可选项也适用于本实施例，这里不再详述。

本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述实施例的信号采集方法的步骤。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信号采集方法，其特征在于，应用于质谱仪，所述质谱仪包括ADC采集卡，所述方法包括：

通过所述ADC采集卡采样模拟信号，获取所述模拟信号在各个采样点的信号强度；

对各个采样点的信号强度与预设强度阈值进行比较，根据比较结果确定各个采样点的类型；

根据所述各个采样点的类型，对各个采样点进行累积计数，得到累积结果；其中，所述累积结果用于通过各个采样点对应的时间与计数值转化，进而得到质谱图。

2.根据权利要求1所述的信号采集方法，其特征在于，所述根据比较结果确定各个采样点的类型，包括：

若所述采样点的信号强度大于等于所述预设强度阈值，则将所述采样点标记为信号点；

若所述采样点的信号强度小于所述预设强度阈值，则将所述采样点标记为噪音点；其中，所述预设强度阈值大于最大噪音强度，且小于所述模拟信号的最小信号峰的信号强度。

3.根据权利要求2所述的信号采集方法，其特征在于，所述根据所述各个采样点的类型，对各个采样点赋值，并依次累加计数，包括：

将各所述噪音点均赋值为0，将各所述信号点均赋值为1；

依次累加各个所述采样点的值。

4.根据权利要求1所述的信号采集方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述累积结果，确定各个所述采样点的累加计数值；

根据各个所述采样点对应的时间以及累加计数值，生成质谱图；其中，所述质谱图的横坐标为时间，纵坐标为累加计数值。

5.根据权利要求1所述的信号采集方法，其特征在于，所述通过所述ADC采集卡采样模拟信号，获取各个采样点的信号强度，包括：

按照预定的采样周期，通过所述ADC采集卡周期性采样模拟信号，获取各个采样周期内的各个采样点的信号强度。

6.根据权利要求5所述的信号采集方法，其特征在于，所述根据所述各个采样点的类型，对各个采样点进行累积计数，得到累积结果，包括：

分别对各个采样周期内的各个采样点进行累积计数，得到各个采样周期对应的累积结果。

7.一种质谱仪，其特征在于，包括检测器和ADC采集卡；所述检测器和所述ADC采集卡之间通过高频射频线连接；

所述检测器用于产生模拟信号；

所述ADC采集卡用于采样所述模拟信号，获取所述模拟信号在各个采样点的信号强度；对各个采样点的信号强度与预设强度阈值进行比较，根据比较结果确定各个采样点的类型；根据各个采样点的类型，对各个采样点进行累积计数，得到累积结果；其中，所述累积结果用于通过各个采样点对应的时间与计数转化，进而得到质谱图。

8.根据权利要求7所述的质谱仪，其特征在于，所述质谱仪还包括前置放大器；

所述前置放大器用于放大来自所述检测器的模拟信号，并将放大后的模拟信号输入至所述ADC采集卡进行采样。

9.一种信号采集装置，其特征在于，包括如权利要求7-8中任一项所述的质谱仪和上位机；

所述上位机用于接收来自所述质谱仪的累积结果，并根据所述累积结果确定各个采样点对应的时间以及累加计数值，生成质谱图。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实施根据权利要求1-6中任一项所述的信号采集方法。

Images