JP2004245851A - Detection signal processing unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は質量分析計、ガスクロマトグラフ、液体クロマトグラフなどの分析装置や計測装置において、検出信号を処理する処理装置に関し、特に大きなダイナミックレンジをもつ信号の処理に好都合な検出信号処理装置に関するものである。 The present invention relates to a processing device for processing a detection signal in an analysis device or a measurement device such as a mass spectrometer, a gas chromatograph, or a liquid chromatograph, and particularly to a detection signal processing device which is convenient for processing a signal having a large dynamic range. is there.
質量分析計などの検出信号処理装置は、検出器の出力信号を予め設定した増幅率の増幅器で増幅した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換してデータ処理を行なっている。 2. Description of the Related Art A detection signal processing device such as a mass spectrometer amplifies an output signal of a detector with an amplifier having a preset amplification factor, converts the output signal into a digital signal with an A / D converter, and performs data processing.
予め設定した増幅率に対して入力信号のダイナミックレンジが大き過ぎる場合には、増幅器の出力信号が飽和してしまい、正しい出力を得ることができなくなる。その場合には増幅器の増幅率を下げて再度測定を行なうが、そのためには測定時間が長くなる。また、試料が１回の測定分しかないような場合には再測定を行なうことができなくなってしまう。
本発明の目的は、ダイナミックレンジの大きい入力信号を簡単な構成により検出できるようにすることである。
If the dynamic range of the input signal is too large with respect to the amplification factor set in advance, the output signal of the amplifier will be saturated, and a correct output cannot be obtained. In such a case, the measurement is performed again with the amplification factor of the amplifier lowered, but the measurement time is lengthened. In addition, when the sample has only one measurement, re-measurement cannot be performed.
An object of the present invention is to enable an input signal having a large dynamic range to be detected with a simple configuration.
ダイナミックレンジの大きい入力信号を簡単な構成により検出できるようにするために、分析装置の１つの検出信号を入力して互いに異なる増幅率で増幅する並列接続された複数個の増幅器を備えるとともに、増幅率の異なるそれぞれのデータをスイッチ手段により時間分割で切り換えて１個のＡ／Ｄ変換器に導き、そのＡ／Ｄ変換器のデジタル信号出力を１個のデジタル信号処理専用プロセッサに導くようにしている。 In order to enable an input signal having a large dynamic range to be detected by a simple configuration, a plurality of amplifiers connected in parallel for inputting one detection signal of the analyzer and amplifying them at different amplification factors are provided. Each data having a different rate is switched in a time division manner by the switch means and guided to one A / D converter, and the digital signal output of the A / D converter is guided to one digital signal processing dedicated processor. I have.
本発明の第１の態様では、前記複数個の増幅器の出力側にそれぞれ接続されてデータを保持する同数個のホールド回路を備え、それらのホールド回路に保持された増幅率の異なるそれぞれのデータを前記スイッチ手段により時間分割で切り換えて前記Ａ／Ｄ変換器に導く。 According to a first aspect of the present invention, there are provided the same number of hold circuits which are connected to the output sides of the plurality of amplifiers and hold the data, respectively. It is switched by time division by the switch means and guided to the A / D converter.
本発明の第２の態様では、前記複数個の増幅器の出力側にそれぞれ接続され、それぞれの増幅器出力を負領域から正領域にわたる信号になるようにレベルシフト操作を含む演算を行なう、前記増幅器と同数個の演算増幅器を備え、前記Ａ／Ｄ変換器を両極性入力をもつものとし、前記複数個の演算増幅器の出力を前記スイッチ手段により切り換えて前記Ａ／Ｄ変換器に導く。
そして、デジタル信号処理専用プロセッサによって、これらの複数の入力データを処理する。
In a second aspect of the present invention, the amplifier is connected to an output side of the plurality of amplifiers, and performs an operation including a level shift operation so that each amplifier output becomes a signal ranging from a negative region to a positive region. The same number of operational amplifiers are provided, the A / D converter has a bipolar input, and the outputs of the plurality of operational amplifiers are switched by the switch means and guided to the A / D converter.
Then, the plurality of input data are processed by the processor dedicated to digital signal processing.
本発明では、分析装置の検出信号を入力して互いに異なる増幅率で増幅する並列接続された複数個の増幅器を備え、それらの増幅器に基づく増幅率の異なるそれぞれのデータをスイッチ手段で切り換えて１個のＡ／Ｄ変換器に導いてＡ／Ｄ変換した後、１個のデジタル信号処理専用プロセッサに入力してデジタル処理するようにしたので、簡単な構成で、感度の異なる複数個の出力信号を取り出すことができ、入力信号のダイナミックレンジを拡大することができる。 According to the present invention, a plurality of amplifiers connected in parallel for inputting a detection signal of the analyzer and amplifying the signals at different amplification factors are provided, and each data having a different amplification factor based on the amplifiers is switched by a switch means. After performing A / D conversion by leading the A / D converter to a single digital signal processing dedicated processor, digital processing is performed, so that a plurality of output signals having different sensitivities can be obtained with a simple configuration. Can be extracted, and the dynamic range of the input signal can be expanded.
図１（Ａ）は第１の実施例を表わす。例えば質量分析計に適用した場合について説明すると、質量分析計の検出器の検出信号を増幅する前置増幅器２が設けられ、その前置増幅器２の出力を互いに異なる増幅率で増幅する並列接続された増幅器４−１と４−２が設けられている。増幅器４−１の増幅率はｍ、増幅器４−２の増幅率はｎ（ｍ＜ｎ）とし、ｍ，ｎは例えば１，１６、３２、６４、１２８、２５６、５１２といった増幅率に設定できるものとする。
FIG. 1A shows a first embodiment. For example, a case where the present invention is applied to a mass spectrometer will be described. A
それらの増幅器４−１，４−２の出力にはサンプルホールド回路１０−１と１０−２がそれぞれ接続され、サンプルホールドされた信号を切り換えてＡ／Ｄ変換器６へ導くために、サンプルホールド回路１０−１，１０−２の出力側にはアナログスイッチ１２−１，１２−２がそれぞれ設けられている。Ａ／Ｄ変換器６は８、１０、１２、１４、１６、２０又は２４ビットの出力をもつものである。Ａ／Ｄ変換器６の出力信号はＤＳＰ（デジタル信号処理専用高速プロセッサ）８ａに入力されてデータ処理される。ＤＳＰ８でのデータ処理結果はホストＣＰＵへ出力される。
The sample-and-hold circuits 10-1 and 10-2 are connected to the outputs of the amplifiers 4-1 and 4-2, respectively. Analog switches 12-1 and 12-2 are provided on the output side of the circuits 10-1 and 10-2, respectively. The A /
サンプルホールド回路１０−１，１０−２とアナログスイッチ１２−１，１２−２を制御して、増幅された信号のサンプルホールドとＡ／Ｄ変換器６へ入力する信号の切換えを行なうために、それぞれに制御信号Ｔ1〜Ｔ4がホストＣＰＵ側から入力される。
To control the sample-and-hold circuits 10-1 and 10-2 and the analog switches 12-1 and 12-2 to perform sample-and-hold of the amplified signal and switching of the signal input to the A /
（Ｂ）によりこの実施例の動作について説明する。前置増幅器２で増幅された検出器信号は、増幅器４−１と４−２によりそれぞれｍ倍とｎ倍に増幅される。制御信号Ｔ1，Ｔ2によりサンプルホールドされ、Ｔ3，Ｔ4によりアナログスイッチ１２−１がオン、１２−２がオフとなるように制御される。このときＡ／Ｄ変換器６には増幅器４−１による増幅率ｍのデータが入力されてデジタル信号に変換され、ＤＳＰ８ａに入力される。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG. The detector signal amplified by the
次に、アナログスイッチが１２−１がオフ、１２−２がオンとなるように切り換えられ、Ａ／Ｄ変換器６には増幅器４−２による増幅率ｎの信号が入力されてデジタル値に変換され、ＤＳＰ８ａに入力される。
Next, the analog switch is switched so that 12-1 is turned off and 12-2 is turned on, and the signal of the amplification factor n by the amplifier 4-2 is input to the A /
このように、増幅率がｍ，ｎの信号がそれぞれアナログスイッチ１２−１，１２−２により時分割で切り換えられてＡ／Ｄ変換され、ＤＳＰ８ａに入力されてデジタル信号処理が行なわれる。ＤＳＰ８ａは増幅率ｍの信号と増幅率ｎの信号を時間をずらせてともに処理することができ、いずれか適当な増幅率の信号を採用することができ、入力信号に対するダイナミックレンジが広がる。
また、増幅率の低い方で測定信号を読み取り、高い方でノイズを評価するといった使い方もできる。
As described above, the signals having the amplification factors m and n are switched in a time-division manner by the analog switches 12-1 and 12-2, A / D-converted, input to the
Further, it is also possible to use such that the measurement signal is read at a lower amplification factor and noise is evaluated at a higher amplification factor.
図２（Ａ）は第２の実施例を表わす。図１（Ａ）と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図１（Ａ）の実施例と比較すると、サンプルホールド回路１０−１，１０−２の位置にそれぞれ検出信号を負領域から正領域にわたる信号になるようにレベルシフト操作を含む演算を行なう演算増幅器１４−１，１４−２がそれぞれ設けられている。Ａ／Ｄ変換器６ａは両極性入力をもつものである。
FIG. 2A shows a second embodiment. The same parts as those in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Compared with the embodiment of FIG. 1A, an operational amplifier that performs an operation including a level shift operation so that the detection signal becomes a signal ranging from a negative region to a positive region at the positions of the sample and hold circuits 10-1 and 10-2. 14-1 and 14-2 are provided respectively. The A /
演算増幅器１４−１，１４−２は（Ｂ）に示されるように、その出力Ｖａとして
Ｖa＝−Ｒ3(Ｖb／Ｒ2＋Ｖc／Ｒ1）
となる出力信号が得られる。Ｖｂは入力信号、Ｖｃはレファレンス信号である。この出力信号Ｖａは、図示すると、（Ｃ）のように、入力信号Ｖｂが（Ｒ3／Ｒ2）倍に増幅され、（Ｒ3／Ｒ1)Ｖｃだけレベルシフトした出力となる。つまり、そのレファレンス信号ＶｃによりＡ／Ｄ変換器６へ入力する信号レベルにオフセット分が加わり、入力信号Ｖｂが負領域から正領域にわたるように変換されたものである。Ａ／Ｄ変換器６ａは両極性入力をもつものであるため、入力信号の入力電圧範囲が２倍に広がったことになり、その分だけダイナミックレンジがさらに広がる。
Operational amplifier 14-1 and 14-2 as shown in (B), Va = -R 3 as its output Va (Vb / R 2 + Vc / R 1)
Is obtained. Vb is an input signal, and Vc is a reference signal. The output signal Va is an output obtained by amplifying the input signal Vb by (R 3 / R 2 ) times and shifting the level by (R 3 / R 1 ) Vc as shown in FIG. That is, an offset is added to the signal level input to the A /
図２の実施例でもＡ／Ｄ変換器６ａを１個としたことから、増幅率の異なる信号を切り換えてＡ／Ｄ変換器６ａに導くために、アナログスイッチ１２−１，１２−２が設けられている。
Since the A /
本発明は質量分析計、ガスクロマトグラフ、液体クロマトグラフなどの分析装置や計測装置の検出信号処理装置として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a detection signal processing device of an analyzer or a measuring device such as a mass spectrometer, a gas chromatograph, and a liquid chromatograph.
４−１，４−２ 増幅器
６，６ａ Ａ／Ｄ変換器
８，８ａ ＤＳＰ
4-1 and 4-2
Claims (2)
前記増幅器の出力側にそれぞれ接続されてデータを保持する、前記増幅器と同数個のホールド回路と、
１個のＡ／Ｄ変換器と、
前記ホールド回路に保持された増幅率の異なるそれぞれのデータを時間分割で切り換えて前記Ａ／Ｄ変換器に導くスイッチ手段と、
前記Ａ／Ｄ変換器のデジタル信号出力を入力する１個のデジタル信号処理専用プロセッサとを備え、
前記デジタル信号処理専用プロセッサによって、これらの複数の入力データを処理することを特徴とする検出信号処理装置。 A plurality of amplifiers connected in parallel for inputting one detection signal of the analyzer and amplifying them at different amplification factors;
The same number of hold circuits as the amplifier, each connected to the output side of the amplifier and holding data,
One A / D converter;
Switch means for switching the respective data having different amplification factors held in the hold circuit in a time division manner and leading the data to the A / D converter;
One dedicated digital signal processing processor for inputting the digital signal output of the A / D converter,
The detection signal processing device, wherein the plurality of input data are processed by the processor dedicated to digital signal processing.
前記増幅器の出力側にそれぞれ接続され、それぞれの増幅器出力を負領域から正領域にわたる信号になるようにレベルシフト操作を含む演算を行なう、前記増幅器と同数個の演算増幅器と、
両極性入力をもつ１個のＡ／Ｄ変換器と、
前記複数個の演算増幅器の出力を切り換えて前記Ａ／Ｄ変換器に導くスイッチ手段と、
前記Ａ／Ｄ変換器のデジタル信号出力を入力する１個のデジタル信号処理専用プロセッサとを備え、
前記デジタル信号処理専用プロセッサによって、これらの複数の入力データを処理することを特徴とする検出信号処理装置。
A plurality of amplifiers connected in parallel for inputting one detection signal of the analyzer and amplifying them at different amplification factors;
The same number of operational amplifiers as the amplifiers, each connected to the output side of the amplifier, performing an operation including a level shift operation so that each amplifier output becomes a signal ranging from a negative region to a positive region;
One A / D converter having a bipolar input;
Switch means for switching the outputs of the plurality of operational amplifiers and guiding the outputs to the A / D converter;
One dedicated digital signal processing processor for inputting the digital signal output of the A / D converter,
The detection signal processing device, wherein the plurality of input data are processed by the processor dedicated to digital signal processing.
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