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时间字转换器测量结果的软件修正及其应用

2015-04-09 01:08 摘要：时间-数字转换器（TDC）测量中存在“多个离子同时到达”和“死时间”效应。在飞行时间质谱计（TOFMS）的应用中造成谱图变形，给成分分析带来很大不便，还大大降低了系统线性范围的上限。本文讨论了这两种效应的起因和危害，并提出了有效的修正方法。通过修正，在一定范围内消除了上述两种效应给TOFMS带来的负面影响。它不仅使测量的准确度大大提高，还有效的扩大了线性范围，结果令人满意。

关键词：时间-数字转换器，死时间效应，飞行时间质谱计

SOFTWARE CORRECTION OF THE MEASUREMENT RESULT OF TIME-TO-DIGITAL CONVERTER AND ITS APPLICATION

Li Ning Jin Qiji

Department of Electronics Engineering, Tsinghua University

　

Abstract: There exist simultaneous ion arrivals and dead time effects in time-to-digital converter. They cause data loss and spectrum distortion, and greatly limit the linear range of time of flight mass spectrometer. This paper discussed these two effects in details, and gave an effective correction method to eliminate the bad influence caused by the two effects. After the correction, both the precision and the linear range of the spectrometer were largely improved. The result is satisfactory.

　

Key words: time to digital converter，dead time effects，time of flight mass spectrometer

　

　

1. 简介

当需要用系统对初始激励的响应时间来确定系统或样品的性质时，如果信号很弱并且是由小数量的电子、离子、光子等粒子构成，则将它们作为脉冲检测并引入单粒子计数方法是很方便且有益的。得到一个谱的时间称为一个测量周期。一次测量周期由大量相同的扫描周期组成，每个扫描周期被分为若干时间通道。若检测到某通道有一个以上脉冲到达则将此通道记数值加1。多次重复扫描周期后，所得响应可以反映由施加激励到待测离子被测到之间的时间间隔的分布情况。飞行时间质谱计(Time of Flight Mass Spectrometer, TOFMS)就是应用这种技术得到谱图的。

飞行时间质谱计利用确定能量的脉冲引出样品的离子束，由于具有相同能量不同质荷比的离子具有不同的速度，在确定距离的无场空间中，其飞行时间与质荷比的平方根成正比，用粒子计数方法记录不同时间到达检测器的离子就可以实现质谱。飞行时间。应用这种技术时不可避免的会有死时间和多个粒子同时到达现象的存在。飞行时间质谱计的检测系统由电子收集极、电子倍增器、甄别放大电路、时间-数字转换器和计算机组成。如图1所示。时间-数字转换器（time-to-digital converter,