[發(fā)明專利]脈沖光信號采樣方法以及脈沖光源光譜儀

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810097104.7
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN110095190A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉玉坤
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社島津制作所
• 主分類號: G01J3/42
• 分類號: G01J3/42;G01J3/02
• 代理公司: 上海華誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31300
• 代理人: 肖華

本發(fā)明涉及一種脈沖光信號采樣方法以及脈沖光源光譜儀。該脈沖光信號采樣方法包括：光電轉(zhuǎn)換步驟，利用光電轉(zhuǎn)換元件將脈沖光的信號轉(zhuǎn)換成電流信號；積分步驟，利用所述電流信號對電容器進行充電從而獲得電容器兩端的電壓信號；以及采樣保持步驟，對所述電壓信號一邊進行保持一邊進行采樣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種脈沖光信號采樣方法以及使用該脈沖光信號采樣方法的脈沖光源光譜儀。

背景技術(shù)

脈沖光源光譜儀例如采用閃爍氙燈作為光源，通常具有如圖1所示的結(jié)構(gòu)，其包括：閃爍氙燈光源模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、采樣模塊、控制模塊、存儲計算模塊、馬達驅(qū)動模塊以及顯示模塊。

控制模塊對閃爍氙燈光源模塊輸出點燈脈沖信號，控制閃爍氙燈的點燈時機。點燈后，閃爍氙燈光源模塊發(fā)射出190nm～1100nm的寬譜的脈沖光，該脈沖光被分光元件分光。馬達驅(qū)動模塊驅(qū)動馬達，該馬達與上述分光元件連接，利用控制模塊的控制，調(diào)整分光元件，從而對該190nm～1100nm范圍內(nèi)的光進行分光掃描。

經(jīng)掃描的脈沖光透過待測樣品后，被光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成電壓信號并放大，由采樣模塊進行數(shù)據(jù)采集，存儲計算模塊對由采樣模塊采集到的數(shù)據(jù)進行存儲并計算。由此，根據(jù)存儲計算模塊的計算結(jié)果，比較脈沖光透過樣品后轉(zhuǎn)換得到的電壓信號與沒有放置樣品的情況下轉(zhuǎn)換得到的電壓信號，從而可以得到樣品在該掃描波長下的吸收率，最終通過分光掃描得到該樣品的光譜，通過顯示模塊對該光譜進行顯示。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中光電轉(zhuǎn)換模塊的電路示意圖，功率放大器21的同相輸入端接地，電阻22和作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管23并聯(lián)在反相輸入端，電阻22的另一端連接到功率放大器21的輸出端。

閃爍氙燈光源模塊發(fā)出的脈沖光經(jīng)分光后照射到光電二極管23上產(chǎn)生光電流I，由此，脈沖光信號就轉(zhuǎn)換成電流信號。從功率放大器21的輸出端取出電壓信號U以表征入射光強的大小，根據(jù)功率放大器的特性可以容易地知道，電壓信號U的大小取決于電流I與電阻22的乘積。

圖3例示了點燈脈沖信號的頻率為50Hz、電阻22的阻值為20MΩ的情況下的點燈脈沖信號與所獲得的電壓信號U。其中，電壓信號U呈現(xiàn)出在每次點燈后緩慢下降的波形，這是因為光電流I會緩慢下降。于是，在輸入光強一定的情況下，電壓信號U取決于電阻22的大小，即便采用阻值為20MΩ的電阻，電壓信號U也僅為200mV，且根據(jù)該圖可以看出信噪比較低。

對于這樣的電壓信號，在樣品不吸收該頻率的光的情況下，電壓信號U為圖4的(a)所示，在樣品有吸收的情況下，電壓信號U等比例下降為圖4的(b)所示。為了測量吸光度，在每個脈沖周期內(nèi)，令脈沖起始時刻為t0，例如采集圖4的(a)和(b)中相同時刻t1下的電壓信號值進行對比，從而獲得光強下降的比例。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

然而，由于是對緩慢下降的信號進行采樣，因此在這樣的數(shù)據(jù)中，不同的點燈周期內(nèi)的相同時刻下的電壓數(shù)據(jù)偏差往往很大。為了提高數(shù)據(jù)可靠性，需要在多個點燈周期內(nèi)的相同時刻下進行采樣并使用平均值，進一步地，最好針對每個周期內(nèi)的多個不同時刻均進行采樣。

例如，對圖3的電壓信號的波形采集10組數(shù)據(jù)(也就是說，取10個點燈周期，每個點燈周期內(nèi)采集一組數(shù)據(jù))，每組采集16個數(shù)據(jù)(即在每個周期內(nèi)取橫坐標(biāo)各不相同的t1、t2……t16處的數(shù)據(jù))并列于表1。可見，對于不同數(shù)據(jù)組內(nèi)的同一采樣時刻下的數(shù)據(jù)(表1中的同一行的數(shù)據(jù))，變異系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值)都較大，這表示不同點燈周期內(nèi)采集的數(shù)據(jù)波動較大，數(shù)據(jù)可靠性低，造成吸光度測量不準(zhǔn)。

表1

用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方法

本發(fā)明是為了解決上述問題而做出的，其目的在于，提供一種能夠確保采集的數(shù)據(jù)的可靠性的脈沖光信號采樣方法，并提供使用這種采樣方法的脈沖光源光譜儀。