您现在的位置: 范文先生网 >> 理工论文 >> 计算机信息技术 >> 正文

时间-数字转换器测量结果的软件修正及其应用

时间:2007-1-18栏目:计算机信息技术

  摘要: 时间-数字转换器(TDC)测量中存在“多个离子同时到达”和“死时间”效应。在飞行时间质谱计(TOFMS)的应用中造成谱图变形,给成分分析带来很大不便,还大大降低了系统线性范围的上限。本文讨论了这两种效应的起因和危害,并提出了有效的修正方法。通过修正,在一定范围内消除了上述两种效应给TOFMS带来的负面影响。它不仅使测量的准确度大大提高,还有效的扩大了线性范围,结果令人满意。
  
  关键词:时间-数字转换器,死时间效应,飞行时间质谱计
  
  SOFTWARE CORRECTION OF THE MEASUREMENT RESULT OF TIME-TO-DIGITAL CONVERTER AND ITS APPLICATION
  
  Li Ning Jin Qiji
  
  Department of Electronics Engineering, Tsinghua University
  
  Abstract: There exist simultaneous ion arrivals and dead time effects in time-to-digital converter. They cause data loss and spectrum distortion, and greatly limit the linear range of time of flight mass spectrometer. This paper discussed these two effects in details, and gave an effective correction method to eliminate the bad influence caused by the two effects. After the correction, both the precision and the linear range of the spectrometer were largely improved. The result is satisfactory.
  
  Key words: time to digital converter,dead time effects,time of flight mass spectrometer
  
  简介
  
  当需要用系统对初始激励的响应时间来确定系统或样品的性质时,如果信号很弱并且是由小数量的电子、离子、光子等粒子构成,则将它们作为脉冲检测并引入单粒子计数方法是很方便且有益的。得到一个谱的时间称为一个测量周期。一次测量周期由大量相同的扫描周期组成,每个扫描周期被分为若干时间通道。若检测到某通道有一个以上脉冲到达则将此通道记数值加1.多次重复扫描周期后,所得响应可以反映由施加激励到待测离子被测到之间的时间间隔的分布情况。飞行时间质谱计(Time of Flight Mass Spectrometer, TOFMS)就是应用这种技术得到谱图的。
  
  飞行时间质谱计利用确定能量的脉冲引出样品的离子束,由于具有相同能量不同质荷比的离子具有不同的速度,在确定距离的无场空间中,其飞行时间与质荷比的平方根成正比,用粒子计数方法记录不同时间到达检测器的离子就可以实现质谱。飞行时间。应用这种技术时不可避免的会有死时间和多个粒子同时到达现象的存在。飞行时间质谱计的检测系统由电子收集极、电子倍增器、甄别放大电路、时间-数字转换器和计算机组成。如图1所示。时间-数字转换器(time-to-digital converter,简称TDC )在检测系统中的作用是记录信号的到达时刻和数量。此外它还有发出电子引出脉冲和离子引出脉冲的作用,它和计算机一起对整个质谱计进行控制。TDC是检测系统中的重要部分,也是整个飞行时间质谱计的关键部件之一。它的性能对质谱计的灵敏度、动态范围、分辨率、质量范围等指标都有重要影响。
  
  TOFMS系统中,某时刻到达离子数N与到达时间t的关系反映在TDC的存储器RAM中。 TDC完成一次测量后,RAM单元地址的大小与离子的飞行时间成线性关系(不一定成正比),而某一单元中所存储的数据与具有这一单元所对应的飞行时间的离子的数目成正比。
  
  图1飞行时间质谱计检测系统
  
  TDC中有一高速计数器循环计数(地址计数器),其输出作为RAM的地址,每一RAM单元就是TDC的一通道。控制记数周期与扫描周期同步,RAM地址就与离子的飞行时间成线性关系。在每一次计数过程中,当飞行管的离子探测器探测到一个离子时,便产生一个脉冲。TDC检测到此脉冲,启动相应的控制逻辑电路,锁存此时的地址计数器的输出,取出相应的RAM单元中的数据,加1后再存回RAM中。
  
  死时间效应是指:在运行过程中检测系统接收到一个离子后,要对接收到的信号进行处理,使得在一段时间内不能接受新的信号。这段时间称为“死时间”.死时间内到达的离子检测不到,这导致观察到的谱图变形。 现在使用的TDC(时间-数字转换器)的时间通道宽10ns,死时间150ns.通道数8192.一个扫描周期长度为10ns*8192=0.082ms.一个测量周期长度为1秒,由12288个扫描周期组成。探测器部分(电子倍增器和甄别放大电路等)的死时间与TDC的150ns相比,可忽略。每个通道都有脉冲到达时的谱图如图2,可以清楚的看出死时间长度为15个通道的时间
  
  多个离子同时到达是指:单离子计数的一个扫描周期中,一个通道最多只能记录一个离子到达的信号。当某一通道在某次扫描中出现

[1] [2] [3] [4] 下一页

下页更精彩:1 2 3 4 下一页