一种谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪制造技术

本发明专利技术提出一种谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪，包括电离源、反应区、离子门、谱调制哈达玛变换门控单元、迁移区、离子信号探测单元和谱调制哈达玛变换信号处理单元。谱调制哈达玛变换门控单元首先由伪随机序列发生器模块产生哈达玛变换离子门控序列，然后经谱调制哈达玛编码调制模块转换成谱调制哈达玛变换离子门控脉冲序列，经升压模块转换后接入离子门两端，实现对离子门的谱调制哈达玛变换控制，得到的谱调制哈达玛变换离子迁移叠加谱经读取、处理与还原，获得谱调制哈达玛变换离子迁移还原谱。本发明专利技术可消除常规哈达玛变换离子迁移谱的假峰、信号失真和强度降低等现象，提高哈达玛变换离子迁移谱的信噪比，提升了离子迁移谱的分析识别能力。

A spectral modulation Hadamard transform ion mobility spectrometer

The invention provides a spectrum modulated Hadamard transform ion migration spectrometer, which comprises an ionization source, a reaction region, an ion gate, a spectrum modulated Hadamard transform gate control unit, a migration region, an ion signal detection unit and a spectrum modulated Hadamard transform signal processing unit. The spectral modulation Hadamard transform gating unit first generates the Hadamard transform ion gating sequence from the pseudo-random sequence generator module, and then converts it into the spectral modulation Hadamard transform ion gating pulse sequence through the spectral modulation Hadamard code modulation module. After the boost module conversion, it connects the two ends of the ion gate to realize the spectral modulation of the ion gate. The spectrum modulated Hadamard transform ion migration and reduction spectra are obtained by reading, processing and reduction. The invention can eliminate the false peaks, signal distortion and intensity reduction of conventional Hadamard transform ion migration spectrum, improve the signal-to-noise ratio of Hadamard transform ion migration spectrum, and enhance the analysis and recognition ability of ion migration spectrum.

【技术实现步骤摘要】
一种谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪
本专利技术属于分析仪器与检测领域，具体涉及一种谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪。
技术介绍
信噪比和灵敏度是衡量离子迁移谱检测性能的重要技术指标，2006年，科研人员首次把哈达玛变换多路复用技术引入离子迁移谱，发展了哈达玛变换离子迁移谱技术，该技术利用哈达玛变换控制模块控制离子迁移谱的离子门的开启和关闭，提高了离子迁移谱的信号占空比，也就是提高了离子使用效率，使离子迁移谱的信噪比提高了2-10倍。然而由于调制缺陷等原因，常规哈达玛变换离子迁移谱信号中存在诸多假峰和信号失真现象，离子信号强度也比常规离子迁移谱明显降低。假峰和信号失真现象不仅给物质的分析检测带来干扰，还导致离子迁移谱信噪比降低，影响哈达玛变换离子迁移谱的性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：针对哈达玛变换离子迁移谱信号存在诸多假峰、信号失真及离子信号强度降低等现象，提出一种谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪，即通过谱调制哈达玛变换门控单元控制离子迁移谱离子门的开和关，获得分离的哈达玛变换离子迁移叠加谱，再利用谱调制哈达玛变换信号处理单元对这些叠加谱进行读取、处理与还原，获得谱调制哈达玛变换离子迁移还原谱，有效消除常规哈达玛变换离子迁移谱中的假峰和信号失真等现象，提高离子信号强度，最终提高离子迁移谱的信噪比和灵敏度，提升哈达玛变换离子迁移谱的分析和识别能力，进一步拓宽该技术的应用范围。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：一种谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪，它由电离源、反应区、离子门、谱调制哈达玛变换门控单元、迁移区、离子信号探测单元和谱调制哈达玛变换信号处理单元组成；其中，电离源产生的反应离子在电场作用下进入反应区后，和检测物质发生离子-分子反应，得到产物离子，并汇聚在离子门前；谱调制哈达玛变换门控单元产生谱调制哈达玛变换门控序列，再转换成门控脉冲，并通过导线和离子门连接，实现对离子门的谱调制多路复用控制；反应区内的离子在这种谱调制多路复用控制模式下以脉冲形式通过离子门，进入迁移区，在电场作用下到达离子信号探测单元，实现离子信号的检测，得到谱调制哈达玛变换离子迁移叠加谱，并在谱调制哈达玛变换信号处理单元经数据处理、变换与还原，得到谱调制哈达玛变换离子迁移还原谱；利用谱调制哈达玛变换离子迁移谱技术，可有效隔离常规哈达玛变换离子迁移谱中的多路离子峰，消除常规哈达玛多路复用技术中的调制缺陷，解决信号中的假峰和失真现象，提高哈达玛变换离子迁移谱的信噪比和定性分析能力。进一步地，所述电离源可以为光电离电离源、放射性电离源、电晕放电电离源、等离子体电离源、电喷雾电离源或薄膜型电离源。进一步地，所述的离子门可以为Bradbury-Nielson型，也可以是Tyndall-Powell型离子门。进一步地，所述的谱调制哈达玛变换门控单元由伪随机序列发生器模块、谱调制哈达玛编码调制模块和升压模块组成，伪随机序列发生器模块先产生常规哈达玛变换离子门控序列，经谱调制编码模块处理后得到谱调制哈达玛变换离子门控脉冲序列，最后经升压模块完成TTL电平到高电平的转换，转换后的电平接入离子门两端，实现对离子门的谱调制控制。进一步地，离子信号探测单元探测到离子信号后，获得谱调制哈达玛变换离子迁移叠加谱，并送入谱调制哈达玛变换信号处理单元做进一步处理。进一步地，所述的谱调制哈达玛变换信号处理单元通过同步脉冲控制的高速数据采集卡完成多路谱调制哈达玛变换离子迁移叠加谱的采集和A/D转换，再利用上位机软件完成数据的读取、处理与还原，获得谱调制哈达玛变换离子迁移谱。在本专利技术的一个实施例中，所述电离源，采用的是电晕放电电离源，探测的离子为反应离子。在本专利技术的一个实施例中，所述离子门，采用的是Bradbury-Nielson型离子门，离子门与谱调制哈达玛变换门控单元相连。在本专利技术的一个实施例中，所述谱调制哈达玛变换门控单元由伪随机序列发生器模块、谱调制哈达玛编码调制模块和升压模块组成，完成离子门的谱调制多路复用控制。在本专利技术的一个实施例中，伪随机序列发生器由FPGA完成，在FPGA中，首先由Verilog软件构造一个8位的最长线性反馈移位寄存器，从而得到255位的伪随机序列，其中含有128个1，127个0；然后利用谱调制编码器将初始的伪随机序列变成谱调制编码序列，最后利用升压模块，将得到的谱调制编码序列(TTL电平)转换成离子门控脉冲电压信号，从而实现离子信号的谱调制控制。在本专利技术的一个实施例中，所述的离子信号探测单元，得到谱调制离子迁移谱叠加谱，并传输到谱调制哈达玛信号处理单元做进一步处理。在本专利技术的一个实施例中，所述谱调制哈达玛变换处理单元先向采集端发送采集起点和终点同步脉冲，通过同步脉冲控制下的高速数据采集卡完成谱调制哈达玛变换多路叠加谱的数据采集、放大、A/D转换、和逆变换处理。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术是一种谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪，首先是由FPGA的编程软件产生一定位数的伪随机数字序列码作为哈达玛变换的调制序列，该序列经谱调制编码模块编码后得到谱调制哈达玛门控脉冲序列，再由升压模块完成升压后，作用到离子门两端。(2)本专利技术利用谱调制哈达玛变换门控单元控制离子迁移谱仪的离子门，制作的离子迁移谱仪能有效保障高离子通量，提高了信号占空比。(3)本专利技术利用谱调制哈达玛变换门控单元控制离子迁移谱仪的离子门，制作的离子迁移谱仪还可以消除常规哈达玛变换离子迁移谱中的假峰和信号失真现象，提高哈达玛变换离子迁移谱的信噪比检测灵敏度。附图说明图1为本专利技术的谱调制哈达玛离子迁移谱仪结构示意图。图2为常规哈达玛变换离子迁移谱仪的门控序列及门控脉冲、叠加谱与还原谱，其中，图2(a)为常规哈达玛变换离子迁移谱仪的门控序列及门控脉冲，图2(b)为255位伪随机数字序列下常规哈达玛变换离子迁移谱叠加谱，图2(c)为255位伪随机数字序列下的常规哈达玛变换离子迁移谱还原谱。图3为谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪的门控序列及门控脉冲、叠加谱与还原谱，其中，图3(a)为谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪的门控序列及门控脉冲，图3(b)为255位伪随机数字序列下谱调制常规哈达玛变换离子迁移谱叠加谱，图3(c)为255位伪随机数字序列下的谱调制哈达玛变换离子迁移谱还原谱。图中附图标记含义为：1为电离源，2为反应区，3为离子门，4为谱调制哈达玛变换门控单，5为迁移区，6为离子信号探测单元，7为谱调制哈达玛变换信号处理单元，8为伪随机序列发生器模块，9为谱调制哈达玛编码调制模块，10为升压模块。具体实施方式以下结合附图，以255位谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪为例对本专利技术的具体实施方式进行详细阐述。如图1所示，一种谱调制哈达玛离子迁移谱仪，它包括电离源1、反应区2、离子门3、谱调制哈达玛变换门控单元4、迁移区5、离子信号探测单元6和谱调制哈达玛变换信号处理单元7组成。电离源1产生的反应离子在电场作用下进入反应区2，在此和被检测物质发生离子-分子反应得到产物离子，并汇聚在离子门3前。谱调制哈达玛变换门控单元4通过导线和离子门3连接，该谱调制哈达玛变换门控单元4的伪随机序列发生器模块先产生常规哈达玛变换离子门控序列，经谱调制编码模块处理后得到谱调制哈达玛变换离子门控脉冲序列，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪，其特征在于：它由电离源(1)、反应区(2)、离子门(3)、谱调制哈达玛变换门控单元(4)、迁移区(5)、离子信号探测单元(6)谱调制哈达玛变换信号处理单元(7)组成；其中，电离源(1)产生的反应离子在电场作用下进入反应区(2)后，和检测物质发生离子‑分子反应，得到产物离子，并汇聚在离子门(3)前；谱调制哈达玛变换门控单元(4)产生谱调制哈达玛变换门控序列，再转换成门控脉冲，并通过导线和离子门(3)连接，实现对离子门的谱调制多路复用控制；反应区内的离子在这种谱调制多路复用控制模式下以脉冲形式通过离子门(3)，进入迁移区(5)，在电场作用下到达离子信号探测单元(6)，实现离子信号的检测，得到谱调制哈达玛变换离子迁移叠加谱，并在谱调制哈达玛变换信号处理单元(7)经数据处理、变换与还原，得到谱调制哈达玛变换离子迁移还原谱；利用谱调制哈达玛变换离子迁移谱技术，可有效隔离常规哈达玛变换离子迁移谱中的多路离子峰，消除常规哈达玛多路复用技术中的调制缺陷，解决信号中的假峰和失真现象，提高哈达玛变换离子迁移谱的信噪比和定性分析能力。

【技术特征摘要】
1.一种谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪，其特征在于：它由电离源(1)、反应区(2)、离子门(3)、谱调制哈达玛变换门控单元(4)、迁移区(5)、离子信号探测单元(6)谱调制哈达玛变换信号处理单元(7)组成；其中，电离源(1)产生的反应离子在电场作用下进入反应区(2)后，和检测物质发生离子-分子反应，得到产物离子，并汇聚在离子门(3)前；谱调制哈达玛变换门控单元(4)产生谱调制哈达玛变换门控序列，再转换成门控脉冲，并通过导线和离子门(3)连接，实现对离子门的谱调制多路复用控制；反应区内的离子在这种谱调制多路复用控制模式下以脉冲形式通过离子门(3)，进入迁移区(5)，在电场作用下到达离子信号探测单元(6)，实现离子信号的检测，得到谱调制哈达玛变换离子迁移叠加谱，并在谱调制哈达玛变换信号处理单元(7)经数据处理、变换与还原，得到谱调制哈达玛变换离子迁移还原谱；利用谱调制哈达玛变换离子迁移谱技术，可有效隔离常规哈达玛变换离子迁移谱中的多路离子峰，消除常规哈达玛多路复用技术中的调制缺陷，解决信号中的假峰和失真现象，提高哈达玛变换离子迁移谱的信噪比和定性分析能力。2.根据权利要求1所述的谱调制哈达玛变换离子迁移谱仪，其特征在于：所述电离源(1)可以为光电离电离源、放射性电离源、电晕放电电离源、等离子体电离...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄超群，洪炎，夏磊，沈成银，储焰南，江海河，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34