JPH1019848A - データ処理装置 - Google Patents

データ処理装置

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JPH1019848A
JPH1019848A JP8195761A JP19576196A JPH1019848A JP H1019848 A JPH1019848 A JP H1019848A JP 8195761 A JP8195761 A JP 8195761A JP 19576196 A JP19576196 A JP 19576196A JP H1019848 A JPH1019848 A JP H1019848A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 GC/MSのデータ処理装置のデータ採取部
の構成を簡単にする。 【解決手段】 ゲイン1倍の前置アンプ10にて増幅さ
れたアナログ検出信号がA/D変換された1回目の採取
データの値を判断し、これが所定値より小さい場合には
2回目のA/D変換時のゲインを64倍に切り替える。
また、ゲイン64倍の前置アンプ13にて増幅された信
号がA/D変換された1回目の採取データが飽和してい
る場合には、2回目のA/D変換時のゲインを1倍に下
げる。そして、1回目、2回目の2個の採取データを用
い、ゲインを合わせて1個の測定データを算出する。こ
れにより、アナログ部においてA/D変換時の飽和を検
出する回路が不要になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばガスクロマ
トグラフ質量分析装置(GC/MS)等の分析装置に用
いられるデータ処理装置に関し、特に、データ処理装置
の入力段において検出器からのアナログ検出信号をサン
プリングしデジタルデータに変換する測定データの採取
部に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、GC/MS等の分析装置におい
てデータ処理を行なう際には、質量分析計の検出器にて
得られた検出信号をA/D変換して一旦メモリに蓄積し
た後に各種演算処理を実行する。高精度の分析を行なう
には、処理対象のデータのダイナミックレンジをできる
限り広く確保することが望ましいが、通常、A/D変換
器のダイナミックレンジによりその上限が決まってしま
うため、従来、以下のような方法によりダイナミックレ
ンジを広げる工夫がなされていた。
【0003】図5は、従来のデータ処理装置におけるデ
ータ採取部の要部の構成図である。図示しない検出器か
らの検出信号は二系統に分岐され、一方の信号経路に
は、ゲイン1倍の第1前置アンプ10、第1サンプルホ
ールド(S/H)回路11及び第1アナログスイッチ1
2が、他の信号経路には、ゲイン64倍の第2前置アン
プ13、第2サンプルホールド(S/H)回路14及び
第2アナログスイッチ15が設けられている。二系統の
信号経路は合流して第3サンプルホールド(S/H)回
路16に入力され、ホールドされた信号がA/D変換器
17にてデジタルデータに変換されてデータ処理用のマ
イクロコンピュータ20(以下「マイコン」という)に
入力される。クロック生成部19は、マイコン20から
サンプリングのタイミング制御信号SPを受けて、上記
各部に必要なクロック信号を発生する。また、コンパレ
ータ18は第2S/H回路14の出力信号を所定値と比
較した結果をクロック生成部19に与える。
【0004】上記構成のデータ採取部の動作は、次のよ
うになっている。検出信号は、第1前置アンプ10及び
第2前置アンプ13によりそれぞれ増幅された後、第1
S/H回路11及び第2S/H回路14にて同時にサン
プリングされる。第2S/H回路14の出力信号はコン
パレータ18にて所定値と比較され、所定値を越えてい
る場合に「H」レベルの出力信号がクロック生成部19
へ与えられる。この所定値は、A/D変換器17の変換
動作が飽和しない入力信号範囲を考慮して予め定められ
る。クロック生成部19は、コンパレータ18出力が
「L」レベルである場合には、第2S/H回路14の出
力信号を選択すべく第2アナログスイッチ15を閉成し
第1アナログスイッチ12を開成する。一方、コンパレ
ータ18出力が「H」レベルである場合には、第1S/
H回路11の出力信号を選択すべく第1アナログスイッ
チ12を閉成し第2アナログスイッチ15を開成する。
すなわち、64倍に増幅された検出信号が飽和せずにA
/D変換される範囲に在る場合には、第2S/H回路1
4の出力信号が選択され、A/D変換の際に飽和する可
能性が在る場合には、第1S/H回路11の出力信号が
選択される。
【0005】選択された信号は第3S/H回路16にて
再びサンプリングされ、ホールドされた信号がA/D変
換器17にてデジタルデータに変換される。このA/D
変換動作の間に、第1S/H回路11及び第2S/H回
路14では次のサンプル点の信号に対するサンプル/ホ
ールド動作が実行される。クロック生成部19からマイ
コン20へは、第3S/H回路16にてサンプリングを
行なう際に1倍乃至64倍のいずれのゲインにて増幅さ
れた信号が選択されたのかを示すゲイン切替信号GSが
与えられる。この信号により、マイコン20は、入力さ
れたデジタルデータが1倍乃至64倍のいずれのゲイン
に対応したものであるかを識別し、ゲイン1倍のデジタ
ルデータに対しては64倍の乗算を実行した後に、また
ゲイン64倍のデジタルデータに対してはそのままのデ
ータをメモリに蓄積する。
【0006】このため、検出信号が小さい場合には大き
なゲインをもって増幅し、逆に検出信号が大きい場合に
はゲインを下げてA/D変換器の適正な入力信号範囲を
越えないように調整されるため、A/D変換器17自体
が有するダイナミックレンジよりも広い範囲の検出信号
をA/D変換してデータを採取することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のデータ採取部は、構成が複雑であり部品点数
が多いためコストが高いものであった。また、アナログ
検出信号が二段階のS/H回路を通過する構成となって
おり信号経路が長いため、外来ノイズが混入し易く、測
定精度を上げることが困難であると共に、シールド等の
ノイズ対策を厳重に施す必要があるといった付加的なコ
ストアップの要因も有していた。
【0008】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、データ
処理装置のデータ採取部において、構成が簡単であって
コストを抑えることができると共に外来ノイズの影響を
受けにくいデータ処理装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、アナログ信号をデジタルデータに
変換した後にデータ処理を行なうデータ処理装置におい
て、 a)複数のゲインを切替え可能な増幅手段と、 b)該増幅手段により増幅されたアナログ信号をデジタル
データに変換する変換手段と、 c)該デジタルデータの値を判断することにより次の変換
動作における前記増幅手段のゲインを決定するゲイン切
替手段と、 d)変換動作時の増幅手段のゲイン、及び、デジタルデー
タの値に基づいて、前記変換手段から得られる隣接する
複数のデジタルデータに対して所定の処理を行ない1個
の測定データを得る処理手段と、を備えることを特徴と
している。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明に係るデータ処理装置で
は、複数回、例えば2回連続して、信号波形上の同一又
は近接したサンプル点のアナログ信号をA/D変換し、
それにより得た2個のデジタルデータに対して所定の処
理を行なうことにより1個の測定データを得る。A/D
変換前にアナログ信号を増幅する際のゲインは、ゲイン
切替手段により適宜切り替えられる。ゲイン切替手段
は、所定のゲインをもって増幅されたアナログ信号をA
/D変換して得られたデジタルデータの値が予め定めた
第1の所定値より小さい場合には、次の変換動作におけ
る増幅手段のゲインを高くするように切り替える。逆
に、デジタルデータの値が予め定めた第2の所定値より
大きい場合には、次の変換動作における増幅手段のゲイ
ンを下げるように切り替える。第2の所定値は、A/D
変換動作において信号の飽和が生じることを検出できる
ような値に定められる。
【0011】データ処理手段は、例えば2個のデジタル
データから1個の測定データを求める場合に、一方のデ
ジタルデータの値が予め定めた第2の所定値より大きい
場合、すなわちA/D変換時に信号が飽和している(厳
密には飽和している可能性が高い)場合には、このデジ
タルデータを捨てて他の1個のデジタルデータのみを使
用する。また、2個のデジタルデータが共に使用できる
場合には、両者の平均値を計算する。更には、変換時の
ゲインの相違を考慮し、必要な場合にはゲインを揃える
ために乗算を行ない、測定データを算出する。
【0012】
【発明の効果】本発明に係るデータ処理装置によれば、
A/D変換後のデジタルデータの値を判断することによ
りゲインを切り替えるようにしたので、アナログ部の構
成が簡単になり部品点数を削減できる。このため、コス
トダウンが図れる。また、アナログ部の信号経路が短く
なるため、外来ノイズの影響を受けにくくなる。これに
より、信号のS/N比が改善され、測定精度の向上も図
れる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図を参照して説明
する。図1は、このデータ処理装置のデータ採取部の一
例の構成図である。このデータ採取部では、図4の従来
例が備えていた第1S/H回路11、第2S/H回路1
4及びコンパレータ18が不要となり、それに代わりマ
イコン30に後述のような機能が付加されている。
【0014】図2は、マイコン30におけるデータ採取
動作に関連する部分の概念的な構成図である。このデー
タ採取動作関連部は、機能的には、デジタルデータの値
を判断しその結果により各種処理動作を制御するため
の、比較部31、選択部32、ゲイン切替部33及び演
算制御部34と、連続してA/D変換された2個のデジ
タルデータを処理して1個の測定データを算出するため
の、Aレジスタ35、Bレジスタ36、演算処理部37
及びCレジスタ38等から構成されている。
【0015】以下、図1、図2の構成において実行され
るデータ採取時の処理動作について、図3のフローチャ
ートに沿って説明する。
【0016】まず、ゲインの初期設定を1倍とするため
に、クロック生成部21は、第1アナログスイッチ12
を閉成し第2アナログスイッチ15を開成させる(ステ
ップS1)。勿論、ゲインを64倍とするように初期設
定しても構わない。この場合には、第1アナログスイッ
チ12を開成し第2アナログスイッチ15を閉成させ
る。
【0017】次に、第1アナログスイッチ12を介し第
1前置アンプ10の出力信号をS/H回路16にてサン
プリングし、ホールドした信号をA/D変換器17にて
デジタルデータに変換してマイコン30へ入力する(ス
テップS2)。このデジタルデータは、1回目の採取デ
ータとしてAレジスタ35に格納されると共に、比較部
31に入力される。比較部31の比較対象データとして
は、選択部32にて選択された値が与えられる。
【0018】ゲインが1倍である場合にはステップS3
からS4へと進み、比較部31では、デジタルデータが
所定の閾値bより小さいか否かが判定される。デジタル
データが所定閾値b以上である場合には、ゲイン切替部
33はそのままのゲイン(すなわちゲイン1倍)を保つ
ようにゲイン切替信号GSを出力する。そして、再び第
1前置アンプ10の出力をS/H回路16にてサンプリ
ングし、A/D変換器17にてデジタルデータに変換す
る(ステップS10)。このデジタルデータは、2回目
の採取データとしてBレジスタ36に格納される。この
場合、1回目及び2回目の採取データは共に1倍のゲイ
ンをもって増幅された検出信号に対するデジタルデータ
であるから、演算処理部37は、演算制御部34の制御
の下に、Aレジスタ35及びBレジスタ36に格納して
いるデータの平均値を計算し、更にその平均値に64を
乗じた値をCレジスタ38に格納する(ステップS1
1)。
【0019】ステップS4にてデジタルデータが所定閾
値bより小さい場合には、ゲイン切替部33はゲインを
64倍に切り替えるようにゲイン切替信号GSを出力す
る。これを受けて、クロック生成部21は、第1アナロ
グスイッチ12を開成し第2アナログスイッチ15を閉
成させる。これにより、ゲイン64倍の第2前置アンプ
13にて増幅された検出信号がS/H回路16に入力さ
れる(ステップS5)。この信号はS/H回路16にて
サンプリングされ、A/D変換器17にてデジタルデー
タに変換されて、2回目の採取データとしてBレジスタ
36に格納されると共に比較部31に入力される(ステ
ップS6)。
【0020】次いで、このデジタルデータがA/D変換
動作時に飽和しているか否かが判定される(ステップS
7)。すなわち、選択部32は、64倍のゲインが選択
されている場合には所定値aを選択して比較部31に与
える。この所定値aは、A/D変換器17が正常な変換
動作を行ない得る最大入力信号値に対する出力データ値
よりもノイズ分を考慮した若干小さい値に定められる。
このため、比較部31にてデジタルデータが所定値a以
上である場合には、A/D変換動作に際して飽和してい
ると判断することができる。このような判断により、2
回目の採取データが飽和している場合にはステップS7
からS9へと進み、演算処理部37は、2回目の採取デ
ータを用いずに、Aレジスタ35に格納されている1回
目の採取データを64倍し、この値をCレジスタ38に
格納する。一方、ステップS7にて2回目の採取データ
が飽和していない場合には、演算処理部37は、Bレジ
スタ36の格納している2回目の採取データをそのまま
Cレジスタ38に格納する(ステップS8)。
【0021】ステップS8、S9、S11のいずれかの
処理によりCレジスタ38に測定データを格納したなら
ば、ステップS2へと戻り、次の測定データを得るため
に1回目のデータ採取を実行する。その直前のデータ採
取時のゲインが64倍に設定されている場合(上記フロ
ーにおいてステップS8、S9からS2へ戻った場合)
には、ステップS3からS12へと進む。ステップS1
2では、先のステップS7と同様の処理を行なうことに
よって、1回目の採取データがA/D変換動作時に飽和
しているか否かを判定する。1回目の採取データが飽和
している場合には、ゲイン切替部33はゲインを1倍に
切り替えるようにゲイン切替信号GSを出力する。これ
を受けて、クロック生成部21は、第1アナログスイッ
チ12を閉成し第2アナログスイッチ15を開成させ
る。これにより、第1前置アンプ10の出力信号がS/
H回路16に与えられる(ステップS13)。この信号
はS/H回路16にてサンプリングされ、A/D変換器
17にてデジタルデータに変換されて、2回目の採取デ
ータとしてBレジスタ36に格納される(ステップS1
4)。この場合、演算処理部37は、飽和している1回
目の採取データを用いずに、Bレジスタ36に格納して
いる2回目の採取データを64倍し、この値をCレジス
タ38に格納する(ステップS15)。
【0022】ステップS12にて1回目の採取データが
飽和していない場合には、ゲイン切替部33はゲインを
64倍に維持するようにゲイン切替信号GSを出力す
る。そして、再び第2前置アンプ13の出力をS/H回
路16にてサンプリングし、A/D変換器17にてデジ
タルデータに変換する(ステップS16)。このデジタ
ルデータは、2回目の採取データとしてBレジスタ36
に格納されると共に比較部31に入力される。ステップ
S17では、ステップS7と同様の処理を行なうことに
より、2回目の採取データが飽和しているか否かを判定
する。この結果、2回目の採取データが飽和している場
合には、演算処理部37は、Aレジスタ35に格納され
ている1回目の採取データをそのままCレジスタ38へ
格納する(ステップS19)。2回目の採取データが飽
和していない場合には、Aレジスタ35、Bレジスタ3
6共に64倍のゲインをもって増幅された検出信号に対
するデジタルデータが格納されているので、演算処理部
37は、両者の平均値を計算しCレジスタ38に格納す
る(ステップS18)。
【0023】ステップS8、S9、S11、S15、S
18、S19のいずれかの処理によりCレジスタ38に
一時的に格納された測定データは、次の測定データがC
レジスタ38に送り込まれる迄の間に読み出されて、図
示しないデータ保管用メモリに転送される。
【0024】図4は、検出信号波形上でのサンプリング
位置を示す模式的な波形図である。データ採取のタイミ
ングはタイミング制御部39において任意に定めること
ができるが、通常、所定の時間間隔t0毎にデータの採
取を行ない、図示する1回目及び2回目の2個の採取デ
ータから上述のような処理により1個の測定データを得
る。この場合、時間的に近接するサンプル点における強
度には強い相関が有るため、強度が急激に変化する部分
を除いて、1回目及び2回目のサンプル点、並びに、2
回目及びその次の1回目のサンプル点に対するゲインは
殆ど同一となる。
【0025】以上説明したように、このデータ採取部で
は、1個の測定データを得るために2回のサンプル/ホ
ールド及びA/D変換動作を行なう必要があるため、サ
ンプリングレートが従来装置に比べて2倍になる。しか
しながら、GC/MSの如き分析装置におけるデータ処
理装置では、このようなサンプリングレートの上昇は実
用上問題とならないことを以下に説明する。
【0026】GC/MSでは、横軸を質量数(質量mと
荷電zとの比m/z)、縦軸を相対強度とした質量スペ
クトルを作成するために、所定の質量範囲を走査しつつ
検出信号を得ている。通常、このときの走査速度は外部
から設定できるような構成になっているが、データ採取
部において走査速度に応じてサンプリングレートを変え
ることはハードウエアの複雑さ等の要因から困難であ
る。そこで、一般には、サンプリングレートを一定と
し、同一点をサンプリングする回数を走査速度に応じて
変化させる構成をとっている。すなわち、サンプリング
レートは、所定の質量範囲を平均的な走査速度で走査し
たときに必要なレートよりは充分に高いレートに定めて
おき、走査速度が速いときには同一点をサンプリングす
る回数を減らし、走査速度が遅いときには同一点をサン
プリングする回数を増やす。
【0027】このため、従来装置においても同一点を複
数回サンプリングする処理は一般に行なわれており、本
発明のデータ処理装置のように構成したとしても、特別
に高速のS/H回路やA/D変換器等を用いる必要はな
い。
【0028】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨に沿って適宜変更や修正を行なうことができるの
は明らかである。
【0029】例えば、上記実施例では、1倍及び64倍
の2段階のゲインを切り替える構成としていたが、更に
多段階のゲイン、例えば1倍、16倍及び256倍の3
段階のゲインを切り替える構成とすることができる。ま
た、2個のデジタルデータでなく、更に多数のデジタル
データを用いて1個の測定データを算出する構成とする
こともできる。
【0030】更には、上記実施例ではそれぞれ相異なる
アンプとアナログスイッチをもってゲイン切替え可能な
増幅手段を構成していたが、外部からの制御信号により
内部ゲインの切替えが可能なアンプ1個を使用するよう
にしても良い。
【0031】また、GC/MSのデータ処理装置として
使用する場合、所定の質量範囲を走査した際のゲイン切
替え信号をデータとして保存しておき、同一又は類似の
サンプルを次に測定する際にゲイン切替えの参考に利用
するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のデータ処理装置におけるデータ採取
部の実施例の構成図。
【図2】 マイコン内のデータ採取部に関連する部分の
概念的な構成図。
【図3】 データ採取部の処理動作を示すフローチャー
ト。
【図4】 検出信号波形上でのサンプリング位置を示す
波形図。
【図5】 従来のデータ処理装置におけるデータ採取部
の構成図。
【符号の説明】
10…第1前置アンプ 12…第1アナ
ログスイッチ 13…第2前置アンプ 15…第2アナ
ログスイッチ 16…サンプルホールド回路 17…A/D変
換器 30…マイクロコンピュータ 31…比較部 32…選択部 33…ゲイン切
替部 34…演算制御部 35…Aレジス
タ 36…Bレジスタ 37…演算処理
部 38…Cレジスタ 39…タイミン
グ制御部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アナログ信号をデジタルデータに変換し
    た後にデータ処理を行なうデータ処理装置において、 a)複数のゲインを切替え可能な増幅手段と、 b)該増幅手段により増幅されたアナログ信号をデジタル
    データに変換する変換手段と、 c)該デジタルデータの値を判断することにより次の変換
    動作における前記増幅手段のゲインを決定するゲイン切
    替手段と、 d)変換動作時の増幅手段のゲイン、及び、デジタルデー
    タの値に基づいて、前記変換手段から得られる隣接する
    複数のデジタルデータに対して所定の処理を行ない1個
    の測定データを得る処理手段と、を備えることを特徴と
    するデータ処理装置。
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