时间间隔测量制造技术

本发明专利技术提供一种用于时间间隔测量的技术。接收、取样和数字化第一信号分量和第二信号分量。所述第一信号分量源自引起或指示所述第二信号分量的产生的触发信号。基于由所述所取样和数字化第一信号分量界定的参考时间以及基于由所述所取样和数字化第二信号分量界定的参考时间来确定所述第一信号分量与所述第二信号分量之间的时间间隔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于一种用于时间间隔测量，尤其出于质谱分析目的用于测量飞行时间的装置或方法。
技术介绍
时间间隔测量用于各种应用中，尤其用于需要高准确性和精确性的科学测量。通常借助于时间-数字转换器(TDC)使用数字时间测量，其中触发信号用于启动数字计时器并且使用数字取样的响应信号来确定正测量的时间。因此，准确性受模数转换器(ADC)的取样速率的限制。已知使用插值法来实现优于取样速率的分辨率。此类方法的实例在各种公开案中呈现，例如，“用于以皮秒分辨率测量时间间隔的方法的综述”Jozef Kalisz，《计量学(Metrologia)》，2004年第41期第17至32页。此时间间隔测量的一个应用是在飞行时间(TOF)质谱分析中。WO-2011/048060中详述时间间隔测量在此种质谱仪中的使用。此处，通过以下任一个起始获取与不同质荷比(m/z)的离子对应的脉冲的过程：a)作为激光脉冲的响应产生的电子组件(例如，光电二极管)的信号，其负责离子从表面的解吸附或电离或气体的电离；或b)表示离子从离子源(此种源可以是正交的提取电极或射频阱)的萃取的电子脉冲。现有的时间间隔测量使用两个ADC，每一个通过1GHz时钟运行并且因此每1ns提供样本。ADC接口经配置以与两个并行数据总线通信，每一个在250MHz下以双数据速率(DDR)运行并且因此每2ns提供两个样本。FPGA部分连接到ADC接口并且由此每一时钟周期(4ns时间段)同时捕获4个ADC样本。为了在(250ps分辨率所需的)4GHz时域内构建相关性，实施插值技术。参考图1，示出用于详述如何可以实施时钟周期内的此种插值的示意时序图。在FPGA内捕获“触发输入”事件且所述“触发输入”事件延迟250ps、500ps和750ps。随后将输入信号(例如，质谱)匹配到四个延迟的“触发输入”信号。这允许获得250ps的时间分辨率。为了展示此数字化器在1ns取样速率下的性能以及插值的效果，进行一些实验。现在将描述这些实验。高斯脉冲由测试装置产生且随后被馈送到数字化器的第一信道。相
同测试装置产生触发脉冲以引起高斯脉冲的产生，所述测试装置具有将触发脉冲延迟11ps的若干倍的能力。对于触发脉冲的每个延迟，高斯脉冲的计时为100倍。参考图2，示出在延迟变化时高斯脉冲的平均质心时间和质心时间的标准差的曲线图。触发脉冲延迟0ps至5000ps之间的范围。在获取侧，以1000ps的分辨率(这是ADC的本机取样率)记录触发。质心时间的标准差通常较低。然而在五个显著位置处，标准差将近达到最高(50％的取样率)。波峰具有约120ps的宽度。这些大的标准差波峰是不可避免的并且可以与取样率有关。在这些位置处，发生两个样本之间的过渡，每一个具有1000ps的宽度。总体标准差是290.54ps。为了改进触发的检测准确性，实施插值电路。如上文参考图1所阐述，此插值电路将触发映射到四个250ps宽区间中的一个。参考图3，示出在延迟针对插值情况变化时高斯脉冲的平均质心时间和质心时间的标准差的曲线图。与图2相比，可以看出平均质心步数增加(4倍)且步长和步宽减小。实际上，不可能将这些区间校准至恰好250ps宽度。因此，图3的平均质心曲线图中的步子不具有相同宽度。质心标准差波峰数相应增加，但这些波峰的高度较低(约125ps)。这些波峰的宽度约为100ps并且它们间隔约250ps。此实验的总体标准差是82.34ps，这仅是以1000ps触发分辨率进行的相同实验的总体标准差的约四分之一。这意味着约250ps的分辨率实际上使用插值是可能的。然而，可以看出由于硬件限制高分辨率触发的校准并不完善。不具有此难点的高分辨率测量仍是持续的挑战。
技术实现思路
相对于此
技术介绍
，根据权利要求1提供用于时间间隔测量的装置。进一步提供根据权利要求11的用于时间间隔测量的对应方法。还考虑如由权利要求9所定义的用于飞行时间质谱仪的离子检测系统。权利要求中界定其它任选的以及有利的特征。触发信号分量和定时信号分量两者被馈送到模数转换器(ADC)。所述触发信号分量是或源自引起或指示定时信号分量的产生的触发信号。ADC对触发信号分量和定时信号分量进行取样和/或数字化。使用由所取样和数字化触发信号分量界定的参考时间以及由所取样和数字化定时信号分量界定的参考时间来确定第一信号分量与第二信号分量之间的时间间隔。对触发信号分量进行取样产生通过触发信号的计时平均连续地变化的参考时间。这与定时信号分量不同，对于参考时间所源自的定时信号分量，所述参考时间随着定时信号分量的计时变化而逐步改变。具体而言，参考时间中的一个或两个通常使用取样信号分量的统计参数(例如，质心)来确定(优选地使用半整体式质心台(centroider)来确
定)。插值可以任选地用于确定参考时间中的一个或两个。可以对多个多个时间间隔进行多个测量(每个具有相应触发信号分量和定时信号分量)并且可以确定平均时间间隔。优选地，将触发信号分量和定时信号分量组合成单个信号。可以将此单个信号提供到ADC的一个信道。任选地，定时信号分量单独可以将信号输入提供到ADC的第二信道。触发信号分量可以是触发信号的延迟形式，这可以更容易地允许对触发信号的检测。附图说明本专利技术可以通过多种方式实施并且现将仅借助于实例且参考附图来描述优选实施例，在附图中：图1示出用于详述如何可以在已知配置中实施时钟周期内的插值的示意时序图；图2示出基于不含插值的已知时间测量技术当在实验中延迟变化时高斯脉冲的平均质心时间和质心时间的标准差的曲线图；图3示出基于含有插值的已知时间测量技术当在实验中延迟变化时高斯脉冲的平均质心时间和质心时间的标准差的曲线图；图4说明根据本专利技术的使用时间测量的检测系统的第一实施例；图5说明根据本专利技术的使用时间测量的检测系统的第二实施例；图6描绘来自实验设定的取样触发波形和高斯脉冲波形的实例；图7示出基于根据本专利技术的不含插值的时间测量技术当在实验中延迟变化时高斯脉冲的平均质心时间和质心时间的标准差的曲线图；以及图8示出基于根据本专利技术的含有插值的时间测量技术当在实验中延迟变化时高斯脉冲的平均质心时间和质心时间的标准差的曲线图。具体实施方式实际上，本专利技术对触发信号(或触发信号的延迟形式以避免测量困难)进行取样并且使用所述触发信号来确定第一参考时间。此第一参考时间随后可以与源自待记录的取样波形的参考时间相比较。有利的是，触发信号(可以称为“触发输入”脉冲)与待记录的波形混合。尤其在飞行时间质谱分析应用中，两个信号不重叠。所记录的分析信号在触发脉冲之后几微妙到达，所述分析信号在长度上仅为几十纳秒。一般来说，这可以理解为用于时间间隔测量的装置或方法。(在输入端处)接收到第一信号分量和第二信号分量，所述第一信号分量源自引起或指示第二信号分量的产生的触发信号。以此方式，第一信号分量或触发信号分量可以指示第二信号分量的产生。举例来说，触发信号可以优选地在根据飞行时间分离离子之后触发激光脉冲或电子脉
冲，所述激光脉冲或电子脉冲产生由离子检测器检测到的离子的脉冲。具体而言，触发信号可以源自由激光脉冲照射的光电二极管。起始激光的触发对于TOF应用可能不够准确。第二信号分量因此可以源自离子检测器并且可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于时间间隔测量的装置，其包括：输入端，用于接收第一信号分量和第二信号分量，所述第一信号分量源自引起或指示所述第二信号分量的产生的触发信号；模数转换器ADC，其被布置成对所述接收到的第一信号分量和第二信号分量进行取样和数字化；以及处理器，其经配置以基于由所述所取样和数字化第一信号分量界定的参考时间以及基于由所述所取样和数字化第二信号分量界定的参考时间来确定所述第一信号分量与所述第二信号分量之间的时间间隔。

【技术特征摘要】
2015.05.11 GB 1507989.01.一种用于时间间隔测量的装置，其包括：输入端，用于接收第一信号分量和第二信号分量，所述第一信号分量源自引起或指示所述第二信号分量的产生的触发信号；模数转换器ADC，其被布置成对所述接收到的第一信号分量和第二信号分量进行取样和数字化；以及处理器，其经配置以基于由所述所取样和数字化第一信号分量界定的参考时间以及基于由所述所取样和数字化第二信号分量界定的参考时间来确定所述第一信号分量与所述第二信号分量之间的时间间隔。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器经配置以基于所述所取样和数字化第一信号分量的统计参数确定由所述所取样和数字化第一信号分量界定的所述参考时间并且基于所述所取样和数字化第二信号分量的统计参数确定由所述所取样和数字化第二信号分量界定的所述参考时间。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述所取样和数字化第一信号分量的所述统计参数是所述所取样和数字化第一信号分量的质心，并且其中所述所取样和数字化第二信号分量的所述统计参数是所述所取样和数字化第二信号分量的质心。4.根据权利要求3所述的装置，其进一步包括半整体式质心台，其经配置以确定所述所取样和数字化第一信号分量的所述质心。5.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述处理器经配置以使用插值确定由所述所取样和数字化第一信号分量界定的所述参考时间以及由所述所取样和数字化第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·别尔，R·赫明，A·詹纳考普洛斯，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE