[發(fā)明專利]適用于光電檢測的差分測量方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010296529.4
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN102288550A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張國勝;張知勁
• 申請（專利權(quán)）人: 張國勝
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 張衛(wèi)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種差分測量方法及裝置，特別是一種適用于光電檢測的差分測量方法及裝置。

背景技術(shù)

光與化學(xué)物質(zhì)之間能夠發(fā)生相互作用。以紅外光為例，當(dāng)一束紅外光透過某種化學(xué)物質(zhì)蒸汽后，某些特定波長的紅外光將會被該化學(xué)物質(zhì)的分子所吸收而轉(zhuǎn)化為這些分子的轉(zhuǎn)動能和/或振動能。反之，當(dāng)該化學(xué)物質(zhì)的溫度超過其周圍的環(huán)境溫度時，該化學(xué)物質(zhì)將會向外輻射出相同特定波長的紅外光。這些特定的波長稱為該化學(xué)物質(zhì)的特征波長。特定的化學(xué)物質(zhì)所對應(yīng)的特征波長是一定的。利用這個原理，可以通過測定一個紅外輻射信號在某種化學(xué)物質(zhì)的一個特征波長上的相對強度(即相對于在一個非特征波長上的強度)而檢測出在該紅外輻射信號所經(jīng)過的路徑上是否存在該種化學(xué)物質(zhì)；進而，如果存在該種化學(xué)物質(zhì)的話，可以測定其劑量的大小，或者測定其與周圍環(huán)境的溫度差等。

為了實現(xiàn)上述光電檢測，必須采取下列步驟：首先，測量光信號在待測化學(xué)物質(zhì)的某一個特征波長上的強度，其次，測量光信號在待測化學(xué)物質(zhì)的某一個非特征波長上的強度，最后，比較兩者的差別，得到相對強度值。這種測定方法稱為差分測量方法或比色測量方法，其中所選定的非特征波長稱為參考波長，所選定的特征波長也稱為共振波長。

目前，針對特定化學(xué)物質(zhì)的紅外檢測儀和紅外測溫儀都有成熟的產(chǎn)品，其中有些型號就是采用差分法或比色法。而事實上除了紅外光之外，也有利用其它波長的電磁波進行差分測量或比色測量的例子。

在化學(xué)物質(zhì)的紅外光譜上，其特征波長通常表現(xiàn)為具有一定寬度的波譜峰或波譜帶。所以在具體實施差分檢測時，首先要做的是確定共振波長和參考波長的位置和寬度。這里，我們分別把它們稱之為共振波帶和參考波帶。確定的原則是共振波帶應(yīng)該與待測化學(xué)物質(zhì)的某一個特征峰相重疊，而參考波帶則不應(yīng)該與待測化學(xué)物質(zhì)的任何特征峰相重疊。這里，參考波帶的選擇是一個容易被忽視的問題。事實上，在進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計時，對于參考波帶的選擇有著近乎矛盾的要求。一方面，參考波帶應(yīng)該盡可能地靠近共振波帶，以便最大限度地減小光學(xué)系統(tǒng)誤差，另一方面，參考波帶應(yīng)該與共振波帶保持一定的距離，以免參考波帶與特征光譜峰的根部發(fā)生重疊而降低差分信號的強度。這樣的要求使得參考波帶的選擇有時候非常困難。而現(xiàn)有的技術(shù)在這方面考慮較少，在進行參考波帶的選擇時常常帶有一定的隨意性。例如，美國專利№6853452(發(fā)明人Gabriel?Laufer)提出了一種運用差分檢測方法進行可揮發(fā)性有機化合物遙測的裝置，但是該專利在參考波帶的選擇上并沒有給出有說服力的理由。無疑，隨意選擇的參考波帶對于減小光學(xué)系統(tǒng)誤差和提高差分信號的信噪比是不利的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種適用于光電檢測的差分測量方法及裝置，該方法在采用現(xiàn)有技術(shù)選擇參考波帶有困難時可以有效地解決參考波帶的選擇問題。

為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種適用于光電檢測的差分測量方法，其包括如下步驟：

1.1)選擇與待測化學(xué)物質(zhì)在光譜上的某一個特征波譜峰相重疊的范圍作為共振波帶；

1.2)將包含共振波帶但比共振波帶更寬的范圍作為參考波帶，且這個范圍不與待測化學(xué)物質(zhì)在光譜上的其它波譜峰相重疊；

1.3)分別測定待測電磁波信號在共振波帶上的強度I₁和在參考波帶上的強度I₂；

1.4)比較I₁和I₂-I₁，確定檢測結(jié)果。

進一步地：

在1.3)中，如果因共振波帶選得太寬而導(dǎo)致檢測結(jié)果達(dá)不到預(yù)期的要求，則停止步驟1.4)并轉(zhuǎn)以下步驟：

1.5)選定一個比上述共振波帶窄的范圍作為第二共振波帶，該第二共振波帶只涵蓋特征波譜峰的峰頂部分；

1.6)測定待測電磁波信號在第二共振波帶內(nèi)的強度I₁′；

1.7)比較I₁′和I₂-I₁，確定檢測結(jié)果。

在步驟1.1)中，為了避免共振波帶所對應(yīng)的特征波譜峰的根部與參考波帶發(fā)生重疊，可以將共振波帶選得比選定的待測化學(xué)物質(zhì)的特征波譜峰略寬。

在步驟1.4)中，可采用以下兩個公式之一比較I₁和I₂-I₁：