[發明專利]基于數據信號處理的激光調頻旋光儀及其測量方法

無效

• 申請號: 200910198713.2
• 申請日: 2009-11-13
• 公開（公告）號: CN101738375A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 賈宏志;楊振皓;菅一帆;何之恒;應曉平
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01N21/01
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種檢測技術，特別涉及一種使用DSP進行數據處理以及調頻激光的測量旋光質旋轉角的旋光儀及其測量方法的技術。

背景技術

旋光分析法(簡稱旋光法)是利用線偏振光通過含有化學活性物質的溶液或液體時引起旋光現象，使通過的偏振光平面向左或向右旋轉。因此，在一定的條件下，檢測線偏振光旋轉的方向和度數，可以分析某些化合物的旋光性，或檢測化合物的雜質、純度和含量。用于測量旋光度的儀器，被稱為旋光儀。旋光法多用于糖類的含量測定，近年來，制藥、食品加工、化工和生化分析等領域也都涉及到這一方法。

物質的旋光度的大小與下列因素有關：一是與物質的溫度有關。有的物質隨溫度的升高而增加，如石英等。有的物質隨溫度的而減小，如蔗糖等。二是與線偏振光的波長有關，波長不同，旋光度也不同。

旋光質的旋光度a(線偏振光經旋光物質后振動面轉過的角度)與旋光物質溶液體積百分比濃度c及偏振光所通過的溶液厚度1成正比，a＝kcl(1)，其中c為g/100ml，1為mm。

傳統的旋光儀采用鈉光燈用光源，由小孔光柵和物鏡組成一個簡單的點光源平行光管如圖1所示，平行光經偏振鏡(I)變為平面偏振光，其振動平面為00如圖2a，當偏振光經過有法拉弟效應的磁旋線圈時，其振動平面產生50Hz的β角往復擺動如圖2b，光線經過偏振鏡(II)投射到光電倍增管上，產生交變的電信號，通過樣品后的偏振光振動面旋轉α1度如圖2c，儀器示數平衡后偏振鏡反向轉過α1度補償了樣品的旋光度，如圖2d。

儀器以兩偏振鏡光軸正交時(即OO⊥PP)作為光學零點，此時，α＝0°如圖3。磁旋圈產生的β角擺動，在光學零點時得到100Hz的光電信號(曲線C′)，在有α1°或α2°的試樣時得到50Hz的信號，但它們的相位正好相反(曲線B′、D′)。因此，能使工作頻率為50Hz的伺服電機轉動。伺服電機通過蝸輪，蝸桿將偏振鏡轉過α°(α＝α1或α＝α2)，儀器回到光學零點，伺服電機在100Hz信號的控制下，重新出現平衡指示。

就上述技術而言，這個測旋轉角的方法采用法拉第線圈調制光信號，其電壓高，功耗大，體積大，其調制頻率為50HZ，頻率低，易受干擾，嚴重影響測量精度。另外該方法中采用鈉光燈作為光源，功耗較大，易老化，方向性差，需要后續光路進行聚焦準直形成平行光。針對這些缺點，在此之前我們所申請的專利中提出了采用頻率可調的激光源來代替以往的法拉第線圈調制部分和鈉燈光源。調制頻率為f的激光經過起偏器，待測物和檢偏器后的頻率不變。檢偏器和起偏器正交時，通過檢偏器的光強頻率雖然為f，可是光強很弱不足以帶動后續電路。檢偏器和起偏器不正交時，光強頻率為f被選頻放大帶動伺服電機轉動。

發明內容

本發明是針對現有技術的不足問題，提出了一種基于數據信號處理的激光調頻旋光儀及其測量方法，與傳統旋光儀所完成相同的功能，但為全自動數字化控制，進一步減小誤差，提高了精度。

本發明的技術方案為：一種基于數據信號處理的激光調頻旋光儀，包括光路部分和電路部分，光路部分依次連接包括可調頻半導體激光器作為光源、起偏器、旋光管、檢偏器和光電池；電路部分包括依次連接的光電池、前置放大單元、二級放大單元、選頻放大單元、限幅鉗位電路、DSP數據信號處理單元、步進電機、數字顯示單元；DSP數據信號處理單元包括DSP模數轉換單元、DSP信號發生單元、DSP數字存儲單元、DSP數據處理單元；DSP數據信號處理單元中的DSP信號發生單元產生的高頻信號加載到可調頻半導體激光器上，同時發出信號驅動步進電機，步進電機帶動檢偏器轉動；限幅鉗位電路輸出信號接DSP數據信號處理單元中的DSP模數轉換單元，DSP模數轉換單元將模擬信號轉換為數字信號后，輸出到DSP數字存儲單元儲存信號，DSP數據處理單元對DSP數字存儲單元儲存的信號進行處理后輸出到數字顯示單元顯示數據。

一種基于數據信號處理的激光調頻旋光儀的測量方法，包括基于數據信號處理的激光調頻旋光儀，測量方法具體包括如下步驟：

1)在未加待測物質時調整起偏器和檢偏器正交并固定；

2)在試管加入旋光物質后，DSP信號發生單元產生高頻f的方波信號，加載到可調頻半導體激光器，調制頻率為f的激光經過起偏器變為線偏光、線偏光經過旋光管中的旋光物質后旋轉再經過檢偏器，照在光電池上，光電池將頻率為f的光信號轉變為頻率為f交流電信號；

3)頻率為f交流電信號依次經前置放大單元、二級放大單元的放大、選頻放大單元的選頻、限幅和鉗位電路的輸入保護后進入模數轉換單元轉換為數字信號輸入到DSP數據存儲單元；