四极质谱仪数据采集电路的设计

发布时间：2017-11-09 08:28

  本文关键词：四极质谱仪数据采集电路的设计

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【摘要】：质谱仪是用于物质成分分析的仪器,四极质谱仪是质谱仪的一种。随着计算机技术的发展,计算机已经被普遍用于质谱分析,质谱数据采集电路,已成为质谱仪器的重要组成部分。本论文的目的便是研究和设计一种四极质谱数据采集电路。本文设计了四极质谱仪的数据采集电路,在电路设计过程中,解决了质谱仪扫描速度快、质谱信号输入动态范围宽等难点,并编写了相应的质谱分析测试软件以及控制程序。论文中按照以下模块对四极质谱数据采集电路进行了设计,分别是：扫描控制电路、Ⅳ转换电路、滤波电路、采集及控制电路、传输及电源电路等。在扫描控制电路中通过高精度、低噪声的16位DAC和放大电路为质谱仪提供了低噪声的线性扫描电压,并且使扫描速度最快达到了1ms/amu。在Ⅳ转换电路中使用了跨阻抗放大电路,并运用了切换反馈电阻和多种降低噪声的方法,使采集系统的质谱信号输入范围达到了7个量级。采集电路中选用厂24位高精度的ADC,通过电路中设计的高精度基准源以及在PCB设计中合理的布局和走线,使ADC在1kSPS的采样率下的实际有效位数达到21位。论文中设计了单片机和PC机之间的通信协议,并通过开发工具Delphi和Keil分别编写了相应的质谱分析测试软件和单片机控制程序,实现了质谱数据的准确传输以及质谱数据的处理和保存、谱图绘制、IT曲线绘制等功能。通过对质谱数据处理,有效的去除了系统的基线漂移以及质谱峰上的高频毛刺。本文设计的四极质谱数据采集电路具有扫速快、噪声低、输入信号的动态范围宽等特点,在跨阻抗Ⅳ转换电路中使用108Ω的反馈电阻的情况下,噪声的峰峰值能够控制在30μV左右,为微量物质的质谱分析创造了一些条件。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH843

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