一种用于离子迁移谱仪的阵列式检测板、检测系统及检测方法
专利汇可以提供一种用于离子迁移谱仪的阵列式检测板、检测系统及检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于离子迁移谱仪的阵列式检测板、检测系统及检测方法，其中的子检测面以阵列的形式构成，检测系统包括离子迁移管模 块 、阵列式检测板模块、跨阻放大模块、 模数转换 模块及附属模块，提高了检测 信号 的 信噪比 、灵敏度和 分辨率 ；检测方法首先将距离中心子检测面距离相同的子检测面分成一组，进行得到迁移时间进行修正，得到各组检测面的迁移时间平均值，作为修正系数，用该修正系数对待测物质的迁移时间修正后，再确定物质的成分，可提高检测的正确率。，下面是一种用于离子迁移谱仪的阵列式检测板、检测系统及检测方法专利的具体信息内容。
1.一种用于离子迁移谱仪器的阵列式检测板，其特征在于，该检测板的基板采用绝缘
材料制成，基板的正面的边缘设置正面信号地(72)，正面信号地(72)内侧设置有阵列式检测面(73)；
所述阵列式检测面(73)由N个互相绝缘的方形的子检测面以阵列的形式构成；两两子
检测面之间互相绝缘；所述N至少为2；
所述阵列式检测板的基板反面的边缘设置有与正面信号地(72)电连接的反面信号地
(76)；正面的每一个所述子检测面在基板的反面均对应设置一个与其电连接的信号引出点(74)。
2.如权利要求1所述的一种用于离子迁移谱仪器的阵列式检测板，其特征在于，所述
基板采用聚四氟乙烯制成；所述阵列式检测面(73)、正面信号地(72)和反面信号地(76)通过在所述基板表面敷铜后镀金形成。
3.如权利要求1所述的一种用于离子迁移谱仪器的阵列式检测板，其特征在于，所述N
取64。
4.如权利要求1所述的一种用于离子迁移谱仪器的阵列式检测板，其特征在于，正面
信号地(72)和反面信号地(76)之间以及子检测面与对应的信号引出点(74)之间的电连
接均通过过孔实现。
5.一种基于权利要求1所述的阵列式检测板的检测系统，其特征在于，包括跨阻放大
模块、模数转换模块以及附属模块；
所述跨阻放大模块从所述阵列式检测板的N个信号引出点(74)接收离子迁移谱仪器
输出的N路电流信号，即为脉冲离子电流，并将各路脉冲离子电流采用电容积分的方式转换为电压信号；
所述模数转换模块将从跨阻放大模块接收的N路脉冲离子电流的模拟形式转换为数
字形式；
所述附属模块从所述模数转换模块接收各路脉冲离子电流后，得到平均电流；同时，计算离子迁移谱仪器中离子从离子门迁移到各个子检测面上的迁移时间后，得到离子的平均迁移时间；根据平均电流和平均迁移时间确定输入到离子迁移谱仪器的待测物质的浓度和物质成分。
6.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述的跨阻放大模块U1的型号为
AFE0064；AFE0064的引脚113至引脚128及引脚1至引脚48为所述脉冲离子电流的输入
端；引脚105和104分别为正参考电压输入端和负参考电压输入端，引脚112为内部积分器共模电压端，通过电容C31退耦至地；引脚83和引脚84分别为输出通道0的差模输出反相端和正相端；AFE0064的引脚77和引脚78分别为输出通道1的差模输出反相端和正相端；
AFE0064的引脚98为输出模式选择端，连接+3.3V以选取输出通道0和输出通道1是否同
步输出；引脚92连接+3.3V，以使得数据传输结束后输出端处于三态；引脚64向附属模块传输读数繁忙指示信号；引脚66接收附属模块提供的内部滤波控制信号；引脚67接收附属模块提供的内部积分器复位信号，以防止积分饱和；引脚68和69脚均接收附属模块提供的积分器信号采集和信号复位控制信号；引脚70接收附属模块提供的时钟信号；引脚97接收附属模块提供的信号以复位输入通道计数器和使能输出通道输出；引脚93接地以选择积分器由低电平向高电平输出；引脚53、55、60、61、75、81、87、100、106、108脚接+3.3V，并分别通过电容C8、C10、C12、C3、C14、C15、C16、C17、C18去耦至地；引脚49、51、52、54、59、
62、65、71、73、74、76、79、80、82、85、86、90、91、99、101、102、103、107、109、110连接至地；引脚56、57、58、63、72、88、89、111脚悬空；引脚94、95、96的引脚状态对应8种积分电容。
7.如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述附属模块的参考电压由ADR421提
供，ADR421的引脚2为电源输入端，外接+5V电源，并通过C32去耦至地，ADR421引脚4连接电源地，ADR421引脚6为输出端，输出2.5V，并通过电容C33退耦至地，同时串联电阻R10、R9、R8以进行分压，以得到2.25V和0.85V分别提供给AFE0064的105脚和104脚。
8.如权利要求6或7所述的检测系统，其特征在于，模数转换模块采用两片14位单通
道转换芯片AD9240，记为U2和U3；U2和U3的连接方式一致，其中U2为AFE0064的输出通道0提供转换，U3为AFE0064的输出通道1提供转换；以U2为例：U2的引脚41和引脚42
为AD9240的输入端口，分别通过电阻R1和电阻R2连接AFE0064输出端口0的正相差模
输出端和反相差模输出端；U2的引脚32为参考电压端，并通过电容C3和C4去耦至地；U2的引脚31和引脚33短接并接地以选择内部参考电压2.5V且保证零偏置电压；U2的引脚
36、37、39通过电容C5、C6、C7、C9构成的去耦网络进行退耦；U2的引脚35通过电阻R3接地以选择AD9240的采样频率；U2的引脚4和引脚28为电源输入端，外接+5V电源，并通过电容C1和C2退耦至地；U2的引脚2和引脚29为模拟地端，连接电源地；引脚3和引脚6
为数字电源输入端，外接+5V电源，并通过电容C20和C21退耦至地；引脚1和引脚5为数字地端，连接数字地；U2的引脚7接收附属模块提供的时钟信号；U2的引脚11、12、13、14、、
15、16、17、18、19、20、21、22、23、24为并行输出口，分别接收附属模块传输的转换后的数字信号；U2的引脚25向附属模块提供溢出指示信号；引脚8、9、10、26、27、30、34、38、40、43、
44悬空；电源地和数字地通过电阻R4连接。
9.一种基于权利要求1至6中任意一个所述的阵列式检测板的物质浓度检测方法，其
特征在于，将从所述阵列式检测板的N个信号引出点(74)接收脉冲离子电流求平均，得出总的脉冲电流平均值，用以检测输入到离子迁移谱仪器的待测物质的浓度。
10.一种基于权利要求1的阵列式检测板的物质成分检测方法，其特征在于，具体步骤
如下：
步骤1、开启离子迁移谱仪器，通入标准化学试剂，关闭离子门(5)，标准试剂在离子化区离子化，为每一个子检测面设置一个计时器；打开离子门(5)，同时启动各个计时器，当离子到达子检测面时，停止相应的计时器，得到各个子检测面上离子的迁移时间；所述离子门(4)开启时间控制在100us～500us之间；
步骤2、将中心与阵列式检测板中心距离相同的那些子检测面划分为一组，对每组中所有子检测面对应的离子迁移时间求均值，得到该组的离子迁移时间均值；
步骤3、以距离子检测面中心最近一组子检测面对应的离子迁移时间均值tA为时间基
准，分别除以其它各组的离子迁移时间均值，得到每一组的迁移时间的修正系数PX；
其中tX表示除距离最近的一组子检测面的其它组子检测面；
步骤4、重复步骤1至3，多次平均后求出修正时间系数均值
步骤5、通入待检测化学试剂M，记录各子检测面检测到的迁移时间，并根据步骤2的方法计算各组子检测面的离子迁移时间均值，分别乘以修正时间系数均值 得到各组的离子迁移时间归一化值；
步骤6、对各组的离子迁移时间归一化值求平均，得到离子的平均迁移时间，据此确定待检测化学试剂M的物质成分。
一种用于离子迁移谱仪的阵列式检测板、检测系统及检测
方法
技术领域
背景技术
发明内容
输入端和负参考电压输入端，引脚112为内部积分器共模电压端，通过电容C31退耦至地；
引脚83和引脚84分别为输出通道0的差模输出反相端和正相端；AFE0064的引脚77和引
脚78分别为输出通道1的差模输出反相端和正相端；AFE0064的引脚98为输出模式选择
端，连接+3.3V以选取输出通道0和输出通道1是否同步输出；引脚92连接+3.3V，以使得
数据传输结束后输出端处于三态；引脚64向附属模块传输读数繁忙指示信号；引脚66接
收附属模块提供的内部滤波控制信号；引脚67接收附属模块提供的内部积分器复位信号，以防止积分饱和；引脚68和69脚均接收附属模块提供的积分器信号采集和信号复位控制
信号；引脚70接收附属模块提供的时钟信号；引脚97接收附属模块提供的信号以复位输
入通道计数器和使能输出通道输出；引脚93接地以选择积分器由低电平向高电平输出；引脚53、55、60、61、75、81、87、100、106、108脚接+3.3V，并分别通过电容C8、C10、C12、C3、C14、C15、C16、C17、C18去耦至地；引脚49、51、52、54、59、62、65、71、73、74、76、79、80、82、85、86、
90、91、99、101、102、103、107、109、110连接至地；引脚56、57、58、63、72、88、89、111脚悬空；
引脚94、95、96的引脚状态对应8种积分电容。
通道1提供转换；以U2为例：U2的引脚41和引脚42为AD9240的输入端口，分别通过电阻
R1和电阻R2连接AFE0064输出端口0的正相差模输出端和反相差模输出端；U2的引脚32
为参考电压端，并通过电容C3和C4去耦至地；U2的引脚31和引脚33短接并接地以选择
内部参考电压2.5V且保证零偏置电压；U2的引脚36、37、39通过电容C5、C6、C7、C9构成的去耦网络进行退耦；U2的引脚35通过电阻R3接地以选择AD9240的采样频率；U2的引脚4
和引脚28为电源输入端，外接+5V电源，并通过电容C1和C2退耦至地；U2的引脚2和引
脚29为模拟地端，连接电源地；引脚3和引脚6为数字电源输入端，外接+5V电源，并通过电容C20和C21退耦至地；引脚1和引脚5为数字地端，连接数字地；U2的引脚7接收附属
模块提供的时钟信号；U2的引脚11、12、13、14、、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24为并行输出口，分别接收附属模块传输的转换后的数字信号；U2的引脚25向附属模块提供溢出指示信号；引脚8、9、10、26、27、30、34、38、40、43、44悬空；电源地和数字地通过电阻R4连接。
具体实施方式
然而，由于电场强度随着距离的增大会衰减，离子迁移管内部的实际场强分布如图3(a)中的b曲线，为一衰减曲线，即迁移管中心电场较强，而靠近迁移管内壁的电场较弱，这样由于电场强度的大小分布不一致，导致相同的离子在迁移过程中，离子迁移管内中心部分的离子迁移较快，而靠近离子迁移管内壁的离子迁移速度较慢。从而使得相同的离子到达离子检测板7的时间不一致，增加了离子检测板7检测到的脉冲电流半峰宽，如图3(b)右图
所示，a为理想情况下离子检测板检测到的脉冲电流，b为实际情况下检测到的脉冲电流。
2、……、48为64路输入端，分别连接离子检测板64路电流信号i1、i2、……、i64；AFE0064的引脚105和104分别为正参考电压输入端和负参考电压输入端，参考电压由ADR421提
供，ADR421的引脚2为电源输入端，外接+5V电源，并通过C32去耦至地，ADR421引脚4连
接电源地，ADR421引脚6为输出端，输出2.5V，并通过电容C33退耦至地，同时串联电阻
R10、R9、R8以进行分压，以得到2.25V和0.85V分别提供给AFE0064的105脚和104脚；
AFE0064的引脚112为内部积分器共模电压端，通过电容C31退耦至地；AFE0064的引脚83
和引脚84分别为输出通道0的差模输出反相端和正相端；AFE0064的引脚77和引脚78分
别为输出通道1的差模输出反相端和正相端；AFE0064的引脚98为输出模式选择端，连接
+3.3V以选取“同步”输出(这里同步是指AFE0064的输出通道0和输出通道1同时输出)；
AFE0064的引脚92连接+3.3V，以使得数据传输结束后输出端处于三态；AFE0064的引脚64为输出信号脚，连接FPGA并向FPGA传输读数繁忙指示信号；AFE0064的引脚66连接FPGA
并由FPGA提供内部滤波控制信号；AFE0064的引脚67连接FPGA并由FPGA提供内部积分器
复位信号，以防止积分饱和；AFE0064的引脚68和69脚均连接FPGA并由FPGA分别提供积
分器信号采集和信号复位控制信号；引脚70连接FPGA并由DPGA提供时钟信号；引脚97连
接FPGA并由FPGA提供信号以复位输入通道计数器和使能输出通道输出；引脚93接地以选
择积分器由低电平向高电平输出；引脚53、55、60、61、75、81、87、100、106、108脚接+3.3V，并 分别通过电容C8、C10、C12、C3、C14、C15、C16、C17、C18去耦至地；引脚49、51、52、54、
59、62、65、71、73、74、76、79、80、82、85、86、90、91、99、101、102、103、107、109、110连接至地；
引脚56、57、58、63、72、88、89、111脚悬空；AFE0064可选择8种积分电容，对应8种电荷量接收范围，分别由引脚94、95、96的引脚状态决定，此处94、95、96引脚均接地。AFE0064的输出的对应第n路检测板的电压Un可由下式求得，C表示积分电容，in表示第n路检测板
接收到的脉冲电流，Qr表示电荷接收量，Upm表示正参考电压与负参考电压之差
换，U3为AFE0064的输出通道1提供转换，这里以U2为例)：U2的引脚41和42为AD9240
的输入端口，分别通过R1和R2连接AFE0064输出端口0的正相差模输出端和反相差模输出
端；U2的引脚32为参考电压端，并通过电容C3和C4去耦至地；U2的引脚31和引脚33短
接并接地以选择内部参考电压2.5V且保证零偏置电压；U2的引脚36、37、39通过电容C5、C6、C7、C9构成的去耦网络进行退耦；U2的引脚35通过电阻R3接地以选择AD9240的采样
频率；U2的引脚4和引脚28为电源输入端，外接+5V电源，并通过电容C1和C2退耦至地；
U2的引脚2和引脚29为模拟地端，连接电源地；引脚3和引脚6为数字电源输入端，外接
+5V电源，并通过电容C20和C21退耦至地；引脚1和引脚5为数字地端，连接数字地；U2的引脚7连接FPGA并由FPGA提供时钟信号；U2的引脚11、12、13、14、、15、16、17、18、19、20、
21、22、 23、24为并行输出口，分别连接FPGA并向FPGA传输转换后的数字信号；U2的引脚
25连接FPGA并向FPGA提供溢出指示信号；引脚8、9、10、26、27、30、34、38、40、43、44悬空；
电源地和数字地通过电阻R4连接。
子迁移时间归一化后有：
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