[实用新型]一种用于四极质谱仪的基于FPGA的数字滤波器

说明书

本实用新型涉及一种用于四极质谱仪的基于FPGA的数字滤波器，包括中央处理器模块分别与控制脉冲发生模块和FPGA滤波器模块相连接；控制脉冲发生模块分别与质谱数据采集转换模块和数据格式转换模块相连接；所述质谱数据采集转换模块分别与控制脉冲发生模块和数据格式转换模块相连接；所述数据格式转换模块分别与质谱数据采集转换模块、控制脉冲发生模块和FPGA滤波器模块相连接；所述FPGA滤波器模块分别与数据格式转换模块和中央处理器模块相连接，本新型增强了滤波处理能力，同时降低了CPU的运算负担，提高系统稳定性。

技术领域

本实用新型属于涉及质谱仪器领域，尤其涉及一种用于四极质谱仪的基于FPGA的数字滤波器。

背景技术

质谱仪是研究物质基本组成、结构特征、物理和化学性质最基本的仪器之一，是生命科学、材料科学、食品安全、环境保护等领域的必备仪器，是现代分析仪器的核心。它本质是利用电场和/或磁场将运动的离子按它们的质荷比分离后进行检测的一种波谱方法。通过测量离子的准确质量即可确定离子的化合物组成。它主要用于化合物的结构鉴定，它能提供化合物的分子量、元素组成以及官能团等结构信息。它分析范围广泛，适用于气体、液体和固体；它分析速度快、灵敏度高、样品用量小；它可以直接定性分析；借助各种分离手段，还可以对复杂化合物进行准确的定量分析。因为质谱的这些特点，它广泛应用于有机化学、生物学、地球化学、核工业、材料科学、环境科学、医学卫生、食品化学、石油化工等领域以及空间技术和公安工作等特种分析领域。其中四极杆质谱仪因为体积小、结构简单、技术相对成熟、成本相对低廉而成为应用最广泛的一种质谱仪之一。

目前现有的自主研制四极质谱仪器控制系统主要由CPU和FPGA组成，两者共同控制质谱仪器内进样系统、离子电离源、倍增电极、信号采集和谱图处理与显示等多个软硬件系统和机械部件协同工作。

不同质荷比的离子碎片在通过扫描电场后，特定质荷比的离子能够通过四极杆打在极板上形成质谱信号，CPU通过控制ADC芯片采集质谱信号。但是由于AD采集到的原始数据会受到环境噪声和系统噪声的干扰，导致信号失真，无法显示准确的质谱数据，因此需要对原始数据进行滤波处理，最大限度的去除原始信号内包含的干扰噪声。

目前，现有对原始数据的滤波方式是利用软件编写滤波算法，在采集到质谱数据的同时，通过CPU执行滤波算法。由于受到CPU串行指令执行方式的影响，系统运行时进行大量质谱数据的滤波运算，大幅增加了CPU的运算量，占用较多的系统资源，增加了系统的响应时间，降低了系统运行的稳定性，以至于时常有卡顿甚至死机的情况发生。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种用于四极质谱仪的基于FPGA的数字滤波器，增强了滤波处理能力，同时降低了CPU的运算负担，提高系统稳定性。

本实用新型是这样实现的，一种用于四极质谱仪系统的基于FPGA的数字滤波器，包括：

中央处理器模块、质谱数据采集转换模块以及FPGA芯片，所述FPGA芯片包括控制脉冲发生模块、FPGA滤波器模块以及数据格式转换模块；

所述中央处理器模块分别与控制脉冲发生模块和FPGA滤波器模块相连接，通过接收端与连接

所述控制脉冲发生模块通过控制端分别与质谱数据采集转换模块和数据格式转换模块相连接；

所述质谱数据采集转换模块通过输入端与控制脉冲发生模块连接，接收控制脉冲发生模块的控制，并通过输出端与数据格式转换模块相连接；

所述数据格式转换模块分别与质谱数据采集转换模块连接，接收控制脉冲发生模块的原始质谱数据，与所述控制脉冲发生模块连接，接收控制脉冲发生模块的周期数据转换脉冲，以及与FPGA滤波器模块相连接，将转换后的数据传递至FPGA滤波器模块；

所述FPGA滤波器模块分别与数据格式转换模块和中央处理器模块相连接，将数据格式转换模块的数据滤波后传递至中央处理器模块。