[发明专利]一种数据采集并行储存装置及方法

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高速数据采集并行储存装置及方法。

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。我们使用ADC(analog-to-digital converter，模数转换器)，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，最后计算机用PCI或USB读取其数据并用谱图实时显示。由于飞行时间质谱仪的ADC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，提供一种数据采集并行储存装置，从而保证数据的有效存储。

本发明的另一目的是提供一种数据采集并行储存方法。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：本数据采集并行存储装置，包括相连接的时钟发生模块、数据缓冲模块和数据存储模块；所述数据缓冲模块包括具有同频不同相的写时钟信号的第一先进先出缓冲器、第二先进先出缓冲器、第三先进先出缓冲器以及第四先进先出缓冲器，第一先进先出缓冲器、第二先进先出缓冲器、第三先进先出缓冲器以及第四先进先出缓冲器分别与时钟发生模块，第一先进先出缓冲器、第二先进先出缓冲器、第三先进先出缓冲器以及第四先进先出缓冲器还分别与数据存储模块连接；所述数据存储模块用于将数据缓冲模块的4路数据信号按采样信号的顺序拼接成一路信号。

所述数据存储模块采用片上存储器数据存储RAM。

本发明的另一目的，通过下述技术方案来实现：基于上述数据采集并行存储装置的数据采集并行存储方法，包括下述步骤：

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，通过数据采集并行储存装置储存，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，调整模拟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并行存储装置，数据采集并行存储装置实现对ADC采样芯片输出的数据流的缓存和交叉输出；

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：数据采集系统充分利用FPGA在并行处理和时序逻辑设计方面的优势，利用乒乓操作方式达到用低速模块处理高速数据流的效果。数据采集模块包括数据缓冲和数据存储两部分，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)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是数据时序仿真示意图。

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。

实施例