專利名稱：光譜儀亮度自校準調節測控系統及測量方法
技術領域：
本發明涉及ー種光譜儀，尤其是光源亮度自校準和調節的近紅外光譜儀測控系統及測量方法。
背景技術：
光譜儀器作為ー種常用的分析儀器，應用范圍廣泛。光譜儀器由光源、単色器、探測器、取樣器、采集和控制、電源等幾個部分組成。其中光源系統是為光譜儀器提供所需波段的光線。而光譜儀種類繁多，按波段分，有紫外、可見、近紅外、中紅外等；按分光器件可分為濾光片、光柵分光、傅立葉變換和聲光可調4種類型；按樣品與光源的作用方式分為反射、透射、漫反射、漫透射、漫透反射等。所有類型的 光譜儀均需測得樣品對光源發出光線作用情況，即反射率或透射率，從而分析樣品的結構和成分。現有的光譜儀器其光源的亮度是固定的，對于反射率、透射率小的樣品所測得光譜數據的信噪比低，這將影響其分析的精度甚至無法進行分析，從而限制了光譜儀器的使用范圍。為了解決這ー問題，現有的儀器廠家和設計者通常采用更換附件的方法，對于不同的樣品，采用不同的光源或取樣器，從而增加了儀器的成本和操作的復雜性。
發明內容
本發明的目的就是針對上述現有技術的不足，提供一種采用光機電一體化閉環控制結構，適用于反射光譜儀或透射光譜儀的光譜儀亮度自校準調節測控系統。本發明的目的是通過以下技術方案實現的光譜儀亮度自校準調節測控系統，與単色器、取樣器及電源組成的反射式光譜儀或透射式光譜儀，光譜儀亮度自校準調節測控系統為光機電一體化的閉環控制結構，由光譜信號采集單元9、亮度自動校準控制單元7、光源可控穩流単元13和參比調節單元16四部分構成亮度自動校準控制單元7分別連接參比調節單元16和光源可控穩流単元13，亮度自動校準控制單元7接收由光源可控穩流単元13發出的光信號經單色器15、取樣器17再由光譜信號采集單元9轉換的數字信號，根據該信號發出參比調節單元和光源可控穩流單元的控制信號；參比調節單元16接收亮度自動校準単元的控制信號，根據該信號調節有效參比位置。電源分別與光譜信號采集單元9、亮度自動校準控制單元7、光源可控穩流単元13和參比調節單元16連接。所述的光譜信號采集單元9是由信號轉換放大電路分別連接探測器、電源接口和信號接ロ構成。所述的亮度自動校準控制單元7是由控制電路分別與電源接ロ、測量信號接ロ、控制信號I接ロ和控制信號II接ロ連接構成。所述的光源可控穩流単元13是由控制信號I接ロ經數模轉換電路、穩流控制電路與光源接ロ連接，電源接ロ分別與數模轉換電路和穩流控制電路連接構成。
所述的參比調節單元16是由參比調節機構和電路兩部分構成，電路是由控制信號II接ロ經電機驅動電路連接電機接ロ，電機驅動電路經電源接ロ與光譜儀的電源連接；參比調節機構是在光譜儀取樣器17靠近的后側板I或底板12上通過螺釘固定有支架3，在支架3上裝有步進電機2，在步進電機軸上通過鍵銷裝有參比調節盤5，參比調節機構安裝時使取樣器7的光軸與參比調節盤5上所設的有效參比透射孔或參比反射板6的中心在同一直線上，電線4與電機接ロ連接構成。參比調節盤5上等圓心角設有三個以上不同直徑的參比透射孔或參比反射板6，參比透射孔的用于透射式光譜儀，設有參比反射板的用于反射式光譜儀。參比調節盤5上設有參比透射孔或參比反射板6,參比透射孔或參比反射板6的中心距參比調節盤5的中心距離相等，參比調節盤5上的有效參比透射孔或參比反射板6均位于光軸上，參比透射孔或參比反射板6有效直徑<光斑直徑。光譜儀亮度自校準調節測控系統的光譜測量方法，包括以下步驟a、初始化進行樣品預測和系統校準。將待測樣品置于光譜儀的測量窗ロ或取樣池內，光源可控穩流単元13按標準方式控制，發出光線經單色器15、取樣器17與待測樣品發生作用，得到樣品的漫反射或漫透射光線。光譜信號采集單元9測量待測樣品的作用光線強度的數字量。亮度自動校準控制單元7根據此強度值，計算光源調整參數kl和參比調整比值kc，并控制光源可控穩流単元13的控制電流和參比調節單元16的轉動角度；以保證實際測量時樣品測量值的最大值大于信號采集單元滿量程的1/4，參比的測量信號不超出量程。b、樣品測量系統按初始化調整后，光譜儀分別進行背景、參比、樣品的作用信號測量，得三者的測量值mC、光譜數據計算根據背景、參比、樣品的測量值D1, D2, D3和參比調整比值kc，計算樣品實際的反射率或透射率光譜數據G，以及吸光度A
權利要求
1.光譜儀亮度自校準調節測控系統，単色器(15)、取樣器(17)及電源組成的反射式光譜儀或透射式光譜儀，其特征在于，光譜儀亮度自校準調節測控系統為光機電一體化的閉環控制結構，由光譜信號采集單元(9)、亮度自動校準控制單元(7)、光源可控穩流単元(13)和參比調節單元(16)四部分構成亮度自動校準控制單元⑵分別連接參比調節單元(16)和光源可控穩流単元(13)，亮度自動校準控制單元(7)接收由光源可控穩流単元(13)發出的光信號經單色器(15)、取樣器(17)再由光譜信號采集單元(9)轉換的數字信號，根據該信號發出參比調節單元和光源可控穩流単元的控制信號，參比調節單元(16)接收亮度自動校準単元(7)的控制信號，根據該信號調節有效參比位置，電源分別與光譜信號采集單元(9)、亮度自動校準控制單元(7)、光源可控穩流単元(13)和參比調節單元(16)連接。
2.按照權利要求I所述的光譜儀亮度自校準調節測控系統，其特征在于，所述的光譜信號采集單元(9)是由信號轉換放大電路分別連接探測器、電源接口和信號接ロ構成。
3.按照權利要求I所述的光譜儀亮度自校準調節測控系統，其特征在于，所述的亮度自動校準控制單元(7)是由控制電路分別與電源接ロ、測量信號接ロ、控制信號I接口和控制信號II接ロ連接構成。
4.按照權利要求I所述的光譜儀亮度自校準調節測控系統，其特征在于，所述的光源可控穩流単元(13)是由控制信號I接ロ經數模轉換電路、穩流控制電路與光源接ロ連接，電源接ロ分別與數模轉換電路和穩流控制電路連接構成。
5.按照權利要求I所述的光譜儀亮度自校準調節測控系統，其特征在于，所述的參比調節單元(16)是由參比調節機構和電路兩部分構成，電路是由控制信號II接ロ經電機驅動電路連接電機接ロ，電機驅動電路經電源接ロ與光譜儀的電源連接。參比調節機構是在光譜儀取樣器(17)靠近的后側板(I)或底板(12)上通過螺釘固定有支架(3)，在支架(3)上裝有步進電機(2)，在步進電機軸上通過鍵銷裝有參比調節盤(5)，參比調節機構安裝時使取樣器(7)的光軸與參比調節盤(5)上所設的有效參比透射孔或參比反射板(6)的中心在同一直線上，電線(4)與電機接ロ連接構成。
6.按照權利要求I所述的光譜儀亮度自校準調節測控系統，其特征在于，參比調節盤(5)上等圓心角設有三個以上不同直徑的參比透射孔或參比反射板出)，設有參比透射孔的用于透射式光譜儀，設有參比反射板的用于反射式光譜儀。
7.按照權利要求5、6所述的光譜儀亮度自校準調節測控系統，其特征在于，參比調節盤(5)上設有參比透射孔或參比反射板出)，參比透射孔或參比反射板(6)的中心距參比調節盤(5)的中心距離相等，參比調節盤(5)上的有效參比透射孔或參比反射板(6)均位于光軸上，參比透射孔或參比反射板(6)有效直徑<光斑直徑。
8.一種光譜儀亮度自校準調節測控系統的光譜測量方法，其特征在于，包括以下步驟a、初始化進行樣品預測和系統校準。將待測樣品置于光譜儀的測量窗ロ或取樣池內，光源可控穩流単元(13)按標準方式控制，發出光線經單色器(15)、取樣器(17)與待測樣品發生作用，得到樣品的漫反射或漫透射光線。光譜信號采集單元(9)測量待測樣品的作用光線強度的數字量。亮度自動校準控制單元(7)根據此強度值，計算光源調整參數kl和參比調整比值kc，并控制光源可控穩流単元(13)的控制電流和參比調節單元(16)的轉動角度；以保證實際測量時樣品測量值的最大值大于信號采集單元滿量程的1/4，參比的測量信號不超出量程。b、樣品測量系統按初始化調整后，光譜儀分別進行背景、參比、樣品的作用信號測量，得三者的測量值DpDpD315C、光譜數據計算根據背景、參比、樣品的測量值D1. D2, D3和參比調整比值kc，計算樣品實際的反射率或透射率光譜數據G，以及吸光度A
全文摘要
本發明涉及一種光譜儀亮度自校準調節測控系統及光譜測量方法。該系統為光機電一體化的閉環控制結構，由光譜信號采集單元、亮度自動校準控制單元、光源可控穩流單元和參比調節單元四部分構成。其方法是光源可控穩流單元經單色器、取樣器得到樣品的光譜信號，可控穩流單元控制電流和參比調節單元的轉動角度；以保證實際測量時參比的測量信號不超出量程。通過改變樣品的入射光強的方式，使光譜儀對不同反射率或透過率樣品測量的光譜數據具有一致的信噪比。與現有技術相比，解決了現有光譜儀測量范圍有限的問題，擴大儀器的適用范圍，提高光譜儀器的通用性；與現有光譜儀或采用不同的光源或取樣器的技術方案相比，降低了成本，提高了工作效率。
文檔編號G01N21/25GK102829864SQ20121029100
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年5月16日
發明者王智宏, 劉杰, 于永, 滕飛, 孫玉洋 申請人:吉林大學