一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术创造提供了一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置及方法，包括信号调理电路模块以及FPGA芯片，信号调理模块与FPGA芯片电性连接，所述的FPGA芯片包括计数器模块、存储模块、数据采集控制模块、通讯控制模块；数据采集控制模块分别与计数器模块、存储模块以及数据采集控制模块耦接,信号调理模块与计数器模块耦接；本发明专利技术以Zynq为控制核心，以信号调理电路为信号前端处理。将三重四极杆质谱仪产生的离子脉冲信号进行转换、计数、存储、上传等处理实现数据采集功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置及方法
本专利技术创造属于质谱仪设备领域，尤其是涉及一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置及方法。
技术介绍
现有的质谱仪结构上包括：进样系统、离子源、真空系统、质量分析器、检测器。质量分析器是质谱仪进行分子离子裂解、筛选的核心部件，类型可分为扇形磁场质谱仪、四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪、傅里叶变换质谱仪以及轨道阱质谱仪等。三重四极杆质量分析器由前后两个四极杆及夹在两者中间的碰撞反应池构成，由于早期的碰撞池也由四极杆构成，所以称具有此质量分析器的质谱仪为三重四极杆质谱仪。四极杆质量分析器将筛选后的离子送入检测器产生离子信号。检测器将离子信号送入数据采集系统进行数据采集目前大多质谱仪采集设备采用的分立式硬件结构，即需要单独的CPU芯片、FPGA芯片、计数器、RAM(配置成FIFO)，增大了数据采集结构的电路面积，并且每增加一个元器件，由元器件带来的噪声会逐个累加；此外芯片间通讯采用工业总线，并且可能不在同一块电路板上，所以传输延迟时间增加，数据采集控制更加不稳定。上下位机数据传输采用较慢速度总线(如IEEE-488总线，数据传输速率≤1MB/s)，数据传输速度较慢，不能满足逐步更迭的仪器发展需求。。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术创造旨在提出一种数据处理速度快、采集精度高、信噪比高的基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置及方法。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置及方法，包括，信号调理电路模块以及FPGA芯片，信号调理模块与FPGA芯片电性连接，其特征在于：所述的FPGA芯片包括计数器模块、存储模块、数据采集控制模块、通讯控制模块；数据采集控制模块分别与计数器模块、存储模块以及数据采集控制模块耦接,信号调理模块与计数器模块耦接；信号调理电路模块，用于接收外部的检测器产生的离子脉冲信号并处理；计数器模块，用于对输入的脉冲信号进行采集并计数；存储模块，用于将采集的数据利用异步FIFO进行缓存；数据采集控制模块，用于对整个数据采集系统进行时序和逻辑控制；通讯控制模块，接收外部的上位机发送的数据采集要求，将采集数据从存储模块上传上位机。进一步的，所述的信号调理电路模块包括依次连接的增益放大电路、信号筛选电路、信号差分电路以及信号输出电路；增益放大电路，用于放大脉冲信号；信号筛选电路，用于将离子脉冲信号转化为TTL信号；电平转换电路，用于将TTL信号转换为差分信号；信号输出电路，用于将差分信号转LVTTL信号电路。进一步的，所述的FPGA芯片包括Zynq可拓展处理平台。进一步的，所述的通讯控制模块包括以太网芯片以及RJ45网口，所述的数据采集控制模块、以太网芯片以及RJ45网口依次连接。进一步的，所述的Zynq可拓展处理器平台包括PS处理单元和PL可编程单元，所述的PS处理单元与PL可编程单元通信连接，所述的数据采集控制模块、通讯控制模块置于PS处理单元内，计数器模块、存储模块置于PL可编程单元内。进一步的，所述的以太网芯片为RTL8211E芯片。一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置的方法，包括如下步骤：(1)上位机将数据采集要求，发送到数据采集装置；(2)Zynq可拓展处理平台接收指令，配置采集参数；(3)信号调理电路模块处理，信号处理后输出至计数器模块；(4)计数器采用脉冲上升沿检测计数方式，进行计数；(5)步骤(4)计数后，读取FIFO中存储数据，发送至通讯控制模块；(6)打包数据，上传至上位机。进一步的，步骤(2)所述的采集参数包括采集时间、采集循环次数、延迟时间。进一步的，步骤(4)所述的计数步骤，包括：(41)所述的信号调理模块输出LVTTL信号；(42)记录LVTTL电平信号的上升沿，计数器模块数值加1；(43)每次计数结束后进行缓存，缓存后计数器清零。相对于现有技术，本专利技术创造所述的一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置及方法具有以下优势：本专利技术以Zynq为控制核心，以信号调理电路为信号前端处理。将三重四极杆质谱仪产生的离子脉冲信号进行转换、计数、存储、上传等处理实现数据采集功能；本专利技术采用单独的Zynq芯片，减少电路面积，减少元器件数量多带来的噪声；PS与PL设在同一芯片，通过内部AXI总线连接，控制信号，数据信号更加稳定。3.上下位机采用千兆以太网(1Gbit/s)进行数据传输，拥有更快的数据传输速度。本专利技术具有数据处理速度快，采集精度高、信噪比高的优点。附图说明构成本专利技术创造的一部分的附图用来提供对本专利技术创造的进一步理解，本专利技术创造的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术创造，并不构成对本专利技术创造的不当限定。在附图中：图1为本专利技术创造实施例所述的结构示意图；图2为本专利技术创造实施例所述的信号调理电路模块示意图；图3为本专利技术创造实施例所述的通信控制模块示意图；图4为本专利技术创造实施例所述的计数方法流程图；图5为本专利技术创造实施例所述的实验效果图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术创造中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术创造。一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置及方法，包括，信号调理电路模块以及FPGA芯片，信号调理模块与FPGA芯片电性连接，其特征在于：所述的FPGA芯片包括计数器模块、存储模块、数据采集控制模块、通讯控制模块；数据采集控制模块分别与计数器模块、存储模块以及数据采集控制模块耦接,信号调理模块与计数器模块耦接；信号调理电路模块，用于接收外部的检测器产生的离子脉冲信号并处理；计数器模块，用于对输入的脉冲信号进行采集并计数；存储模块，用于将采集的数据利用异步FIFO进行缓存；数据采集控制模块，用于对整个数据采集系统进行时序和逻辑控制；采用CotexTM-A9内核；通讯控制模块，接收计算机发送的数据采集要求，采集结束后利用千兆以太本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置，包括信号调理电路模块以及FPGA芯片，信号调理模块与FPGA芯片电性连接，其特征在于：所述的FPGA芯片包括计数器模块、存储模块、数据采集控制模块、通讯控制模块；数据采集控制模块分别与计数器模块、存储模块以及数据采集控制模块耦接,信号调理模块与计数器模块耦接；/n信号调理电路模块，用于接收外部的检测器产生的离子脉冲信号并处理；/n计数器模块，用于对输入的脉冲信号进行采集并计数；/n存储模块，用于将采集的数据利用异步FIFO进行缓存；/n数据采集控制模块，用于对整个数据采集系统进行时序和逻辑控制；/n通讯控制模块，接收外部的上位机发送的数据采集要求，将采集数据从存储模块上传上位机。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置，包括信号调理电路模块以及FPGA芯片，信号调理模块与FPGA芯片电性连接，其特征在于：所述的FPGA芯片包括计数器模块、存储模块、数据采集控制模块、通讯控制模块；数据采集控制模块分别与计数器模块、存储模块以及数据采集控制模块耦接,信号调理模块与计数器模块耦接；
信号调理电路模块，用于接收外部的检测器产生的离子脉冲信号并处理；
计数器模块，用于对输入的脉冲信号进行采集并计数；
存储模块，用于将采集的数据利用异步FIFO进行缓存；
数据采集控制模块，用于对整个数据采集系统进行时序和逻辑控制；
通讯控制模块，接收外部的上位机发送的数据采集要求，将采集数据从存储模块上传上位机。


2.根据权利要求1所述的一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置，其特征在于：所述的信号调理电路模块包括依次连接的增益放大电路、信号筛选电路、信号差分电路以及信号输出电路；
增益放大电路，用于放大脉冲信号；
信号筛选电路，用于将离子脉冲信号转化为TTL信号；
电平转换电路，用于将TTL信号转换为差分信号；
信号输出电路，用于将差分信号转LVTTL信号电路。


3.根据权利要求1所述的一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置，其特征在于：所述的FPGA芯片包括Zynq可拓展处理平台。


4.根据权利要求1所述的一种基于Zynq平台的质谱仪数据采集装置，其特征在于：所述的通讯控制模块包括以太网芯片以及RJ45网口，所述的数据采集控制模块、以太网芯片以及RJ45网口依次连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩文念，陈昌良，程晓亮，王晶，李振，冯新用，程文播，
申请(专利权)人：天津国科医工科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12