以数字形式提供气相色谱测量的气相色谱（GC）检测器制造技术

一种气相色谱(GC)检测器，包括第一电路、第二电路、数字减法器和在一对多检测器通道之间共享的数字逻辑以数字形式提供GC测量。第一电路包括提供第一计数器输出的第一计数器电路。第二电路包括提供第二计数器输出的第二计数器电路。GC检测器包括数字减法器，用于从第二计数器输出中减去第一计数器输出，并提供数字减法器输出。GC检测器还包括在一对多检测器通道之间共享的数字逻辑，以实施第一计数器电路和第二计数器电路的至少一部分。数字逻辑接收数字减法器输出并以数字形式提供GC测量。GC检测器可基于热导检测器(TCD)，其中移除了西格玛‑德尔塔(Σ‑Δ)A/D转换器的积分器，西格玛‑德尔塔(Σ‑Δ)A/D转换器的Σ因子以数字形式实施。

Gas Chromatographic (GC) Detectors for Gas Chromatographic Measurement in Digital Form

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】以数字形式提供气相色谱测量的气相色谱(GC)检测器
本专利技术的各方面总体上涉及气相色谱(GC)测量系统，更具体地说，涉及一种基于热导检测器(TCD)的GC检测器，在该GC检测器中移除了西格玛-德尔塔(Σ-Δ)A/D转换器的积分器，并且西格玛-德尔塔(Σ-Δ)A/D转换器的Σ因子通过实施数字逻辑以数字形式实现用于一对多检测器通道。
技术介绍
气相色谱(GC)热导检测器(TCD)恒温电路的常见实施方式如图1所示。高性能、先进的GC系统具有几个关键组件，主要目标是在24位系统的实际实施方式中在10-20伏的大动态范围内扩展到几微伏峰峰值噪声和信号的非常低的噪声、低漂移测量，从而具有134分贝或更大的总信噪比(SNR)。由于GC测量系统进行循环到循环的校准，因此绝对精度不如系统的可重复性重要。因此，基线的漂移和稳定性以及峰峰值噪声倾向于从电学角度驱动性能标准。本领域技术人员众所周知，模数(A/D)转换器是这种性能的基石，并且很可能是GC测量系统中除检测器元件本身之外最重要的电子元件。GC行业电气测量技术发展的步伐紧跟西格玛-德尔塔(Σ-Δ)A/D转换器的步伐。与单片A/D转换器IC的整体商业市场相比，GC行业每年的全球市场总量只有几千个单元，其微不足道。因此，尽管Σ-ΔA/D转换器在20年的时间里已经进入第6代，但没有一家A/D制造商会直接关注GC应用，因为它们增加了一些“一体适用”的特性，这些特性可能不利于GC应用。事实上，随着低功耗蜂窝设备和音频编解码器的持续市场压力，单片Σ-ΔA/D行业的主要参与者正在转向更低电压的设备，这些设备也专注于消费类设备的超高速采集，而不是过程测量仪器。不幸的是，这与推进GCA/D转换技术所需的方向完全相反。物理特性妨害了GC电路功率的降低以匹配大量商用设备的低功率。在GC应用中，热导检测器(TCD)需要一定大小的功率才能正常工作。普通GC载气气体氢气和氦气的热导率是固定的。如果测量技术没有完全改变，那么就不能降低TCD工作电压/功率(与热导率测量相关)。为了使检测器的电压与新的低电压A/D兼容，在其进入A/D之前，必须降低信号电压的增益。显然，对于本领域技术人员来说，降低信号对于良好的设计是反直觉的，因为增益的降低就是SNR的降低，因为GC测量本底噪声相对于被抑制的信号是“平坦的”。同样，在光谱领域，GCTCD信号是甚低频信号，主要含量<10HZ，包括基线稳定性时通常<0.01Hz。具有在音频频率下作为消费者设备良好运行的A/D转换器意味着亚赫兹区域中的噪声功率未被优化，因此对GC应用是麻烦的，并且不能被滤除，因为信号带宽和噪声带宽是相同的。目前，在低于10Hz的GC基准采样范围内，还没有24位单片设备能够接受5V以上的信号，并且工作频率接近24ENOB(有效位数)。最后，A/D转换器通常是一个非常昂贵的部件，然而它对生产GC测量系统至关重要。该问题目前通过单片西格玛-德尔塔(Σ-Δ)A/D转换器解决，这种转换器是固定的构件，不完全适合GC设计。这种设备的行业参与者有亚德诺半导体公司、德州仪器公司和凌力尔特公司。当前的GC测量系统使用亚德诺半导体公司的AD7190设备。这是目前GC应用的最新技术。虽然其性能良好，但还需要进一步改进。因此，需要改进过程测量仪器如气相色谱(GC)测量系统的A/D转换。
技术实现思路
简而言之，本专利技术的各方面涉及过程测量仪器，例如以数字形式提供GC测量的气相色谱(GC)测量系统。具体而言，本专利技术的实施例涉及一种包括热导检测器(TCD)的GC检测器，其中移除了西格玛-德尔塔(Σ-Δ)A/D转换器的积分器，并且西格玛-德尔塔(Σ-Δ)A/D转换器的Σ因子通过为一对多检测器通道之间共享的计数器电路实施数字逻辑而以数字形式实现。本领域普通技术人员理解，这种气相色谱(GC)测量系统可以被配置为安装在需要这种测量的不同环境中，例如以使用现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、单片门阵列或逻辑运算器集合的数字形式。根据本专利技术的一个说明性实施例，提供了一种气相色谱(GC)检测器。GC检测器包括第一电路，该第一电路包括第一计数器电路，该第一计数器电路具有第一N位计数器，以响应于第一放大器输出接收第一递增计数信号和第一递减计数信号，并提供第一计数器输出。GC检测器还包括第二电路，该第二电路包括第二计数器电路，该第二计数器电路具有第二N位计数器，以响应于第二放大器输出接收第二递增计数信号和第二递减计数信号，并提供第二计数器输出。GC检测器还包括数字减法器，用于从第二计数器输出中减去第一计数器输出，并提供数字减法器输出。GC检测器还包括在一对多检测器通道之间共享的数字逻辑，以实施第一计数器电路和第二计数器电路的至少一部分。数字逻辑接收数字减法器输出并以数字形式提供GC测量。根据本专利技术的另一个说明性实施例，提供了一种气相色谱(GC)检测器。GC检测器包括第一电路部分、第二电路部分、A/D转换器的数字减法器以及在一对多检测器通道之间共享的现场可编程门阵列(FPGA)，该数字减法器用于从第二计数器输出中减去第一计数器输出，并提供数字减法器输出。FPGA接收数字减法器输出并以数字形式提供GC测量。第一电路部分包括恒温热导检测器(TCD)参考放大器，该恒温热导检测器(TCD)参考放大器包括第一热导检测器(TCD)和第一电桥。恒温热导检测器(TCD)参考放大器提供第一放大器输出。第一电路部分还包括第一比较器逻辑运算器，用于接收第一放大器输出并提供第一递增计数信号和第一递减计数信号；第一N位计数器，用于接收第一递增计数信号和第一递减计数信号并提供第一计数器输出；以及第一N位脉宽调制器(PWM)，用于提供第一PWM输出。第二电路部分包括恒温热导检测器(TCD)放大器，该恒温热导检测器(TCD)放大器包括第二热导检测器(TCD)和第二电桥。恒温热导检测器(TCD)放大器提供第二放大器输出。第二电路部分还包括第二比较器逻辑运算器，用于接收第二放大器输出并提供第二递增计数信号和第二递减计数信号；第二N位计数器，用于接收第二递增计数信号和第二递减计数信号并提供第二计数器输出；以及第二N位脉宽调制器(PWM)，用于提供第二PWM输出。根据本专利技术的又一个说明性实施例，提供了一种气相色谱(GC)检测器。GC检测器包括第一放大器，第一放大器包括热导检测器(TCD)和电阻桥。第一放大器提供第一放大器输出。GC检测器还包括单片西格玛-德尔塔调制器。该单片西格玛-德尔塔调制器包括作为1位模数转换器(ADC)锁存比较器用于接收第一放大器输出和时钟输入以提供第一输出信号；用于接收第一输出信号和采样频率输入以提供数字结果的数字滤波和抽取器；以及从锁存比较器接收1位数据流以提供1位数模转换器输出的1位数模转换器(DAC)。GC检测器还包括第二放大器，用于接收1位DAC输出，并向电阻桥提供第二放大器输入。附图说明图1示出了现有技术的气相色谱(GC)热导检测器(TCD)恒温电路；图2示出了根据本专利技术一个说明性实施例的气相色谱(GC)检测器；图3示出了根据本专利技术另一个说明性实施例的气相色谱(GC)检测器；图4示出了根据本专利技术又一个说明性实施例的气相色谱(GC)检测器。具体实施方式为了便于理解本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气相色谱(GC)检测器，包括：第一电路，包括具有第一N位计数器的第一计数器电路，所述第一计数器电路用于响应于第一放大器输出而接收第一递增计数信号和第一递减计数信号，并提供第一计数器输出；第二电路，包括具有第二N位计数器的第二计数器电路，所述第二计数器电路用于响应于第二放大器输出而接收第二递增计数信号和第二递减计数信号，并提供第二计数器输出；数字减法器，用于从所述第二计数器输出中减去所述第一计数器输出，并提供数字减法器输出；以及在一对多检测器通道之间共享的数字逻辑，用于实施所述第一计数器电路和所述第二计数器电路的至少一部分，所述数字逻辑用于接收所述数字减法器输出并以数字形式提供GC测量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种气相色谱(GC)检测器，包括：第一电路，包括具有第一N位计数器的第一计数器电路，所述第一计数器电路用于响应于第一放大器输出而接收第一递增计数信号和第一递减计数信号，并提供第一计数器输出；第二电路，包括具有第二N位计数器的第二计数器电路，所述第二计数器电路用于响应于第二放大器输出而接收第二递增计数信号和第二递减计数信号，并提供第二计数器输出；数字减法器，用于从所述第二计数器输出中减去所述第一计数器输出，并提供数字减法器输出；以及在一对多检测器通道之间共享的数字逻辑，用于实施所述第一计数器电路和所述第二计数器电路的至少一部分，所述数字逻辑用于接收所述数字减法器输出并以数字形式提供GC测量。2.根据权利要求1所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述数字逻辑为现场可编程门阵列(FPGA)，并且所述第一电路还包括：参考放大器，所述参考放大器包括第一热导检测器(TCD)以提供所述第一放大器输出。3.根据权利要求2所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述参考放大器还包括：第一电阻桥，其中，所述第一N位计数器控制第一脉宽调制信号返回所述第一电阻桥。4.根据权利要求3所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述第二电路还包括：放大器，所述放大器包括第二热导检测器(TCD)以提供所述第二放大器输出。5.根据权利要求4所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述放大器还包括：第二电阻桥，其中，所述第二N位计数器控制第二脉宽调制信号返回到所述第二电阻桥。6.根据权利要求5所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述放大器以肯定断言或否定断言作出反应，以指示所述第二N位计数器递增计数或递减计数，并且当所述第二电阻桥平衡时，所述第二N位计数器被指示既不增加也不减少，并且第二计数是与第二电桥电压成比例的稳定值。7.根据权利要求6所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述第二电路还包括：第二数字脉宽调制器(PWM)，其中，所述第二计数通过使第二PWM输出与所述第二计数成比例来驱动所述第二数字脉宽调制器(PWM)。8.根据权利要求7所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述第二电路还包括：第二开关，连接在输入电压源与所述第二电阻桥之间，以在所述第二开关的栅极上接收第二PWM输出。9.根据权利要求3所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述参考放大器以肯定断言或否定断言作出反应，以指示所述第一N位计数器递增计数或递减计数，并且当所述第一电阻桥平衡时，所述第一N位计数器被指示既不增加也不减少，并且第一计数是与第一电桥电压成比例的稳定值。10.根据权利要求9所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述第一电路还包括：第一数字脉宽调制器(PWM)，其中，所述第一计数通过使第一PWM输出与所述第一计数成比例来驱动所述第一数字脉宽调制器(PWM)。11.根据权利要求10所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述第一电路还包括：第一开关，连接在输入电压源与所述第一电阻桥之间，以在第一开关的栅极上接收第一PWM输出。12.根据权利要求4所述的气相色谱(GC)检测器，其中，所述第一热导检测器(TCD)和所述第二热导检测器(TCD)为高电压的传感器，如硅MEMSTCD设备。13.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：格伦·尤金·施密特，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE