专利名称：具有远程访问功能的分光光度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分光光度计，尤其涉及一种具有远程访问功能的分光光度计，属于分光光度技术和网络技术领域。
背景技术：
分光光度计是用于物质检测和分析的最基本的测量仪器，它不仅被广泛地用于化学、物理、生物、医学等不同的科学研究领域，而且在质量检测、环境监控、材料鉴定等实际应用领域中发挥着重大作用。
由于科技的进步，分光光度计在不断发展，除了分光系统上的变化外，其输出设备和控制系统也在不断演化。早期分光光度计的输出设备主要以直读表头、X-Y记录仪等为主，它们的控制系统一般被固化在分光光度计主体上，通过仪器上的按键和旋钮直接控制。随着计算机技术的发展，分光光度计逐渐采用单片机或通用微型计算机作为其控制系统和输出设备，它们与分光系统之间通过附加的数据采集卡连接。采用单片机作为控制系统的分光光度计，其数据采集和控制程序以固有程序的方式加载于单片机上，用户不能对程序进行更改；而采用通用微型计算机作为控制系统的分光光度计，其控制程序是基于微型计算机的软件，用户可以根据其需要自己进行编写，因此这种方式的分光光度计在控制程序的设计上更加方便、灵活。
现有的分光光度计通常包括分光系统和数据采集与控制系统两个部分，它们仅能实现对光谱测量的本地操作(或近距离操作)。但是，在某些情况下，我们需要实现对分光光度计的远程操作。比如环境管理部门的工作人员需要频繁地了解某地的水质状况，水质是通过分光光度计测量的，如果工作人员可以不必亲临水源现场，在办公室就能获取光谱数据，那将给他们的工作带来极大的方便。再比如有多个用户需要使用分光光度计测量数据，给每个用户配一台分光光度计这是很不经济的，如果能够给每个用户一个操作终端，让他们通过操作终端来操作同一台分光光度计，这样就能大大地节约成本，并提高分光光度计的利用率。现有的分光光度计均不能或不方便实现远程操作，因此在技术条件允许的情况下，有必要对分光光度计装置的设计加以改进和完善。

发明内容
本发明的目的在于针对目前分光光度计功能的不足，提出一种新型的具有远程访问功能的分光光度计，能有效地远程控制和操作分光光度计，实现对光谱的测量。
为了实现这样的目的，本发明设计的分光光度计主要由三个部分构成分光系统、数据采集与控制系统和远程操作系统。
分光系统与一般分光光度计的分光系统相同，包括光源、单色仪(或多色仪)、样品室和检测器四个部分，为了提高光谱质量和方便光路设计还需要增加一些其它必要的光学器件。光源根据所测光谱波长范围适当选择，比如可见光分光光度计常使用钨灯作为光源，而紫外分光光度计的光源一般用氘灯；单色仪(或多色仪)可由棱镜或光栅构成；对于液体样品，需要使用样品室，不同波长范围光谱测量时应注意样品室材料的选择，比如测量紫外光谱时应选择石英样品室，而可见光谱可用玻璃样品室；检测器通常为光电倍增管(PMT)或CCD。分光系统的光路由于其信号采集方式为扫描式和非扫描式而不同，对前者而言，光束由光源发出，先经过单色仪分光，然后照射在样品上，最后经样品反射或透射的光强信号用光电倍增管探测；而后者，光束由光源发出，先照射到样品上，然后经样品反射或透射的光通过多色仪，最后用CCD检测光强信号。
数据采集与控制系统的核心部分是单片机或通用微型计算机，称之为数据处理与控制部件。为了实现仪器的具体功能，数据处理与控制部件与数据采集A/D转换电路板(简称数据采集卡)、输出设备和远程终端接口相连，具体连接如下1、数据处理与控制部件与分光系统之间由数据采集卡连接，可分为两种方式(1)数据采集卡集成在分光系统上，通过适当的接口(比如RS232串口)与单片机或微机相连；(2)数据采集卡可直接插入单片机或微机插槽，通过信号电缆与分光系统相连。
2、数据处理与控制部件可采用自带的显示器作为输出设备进行显示，还可以与其它的输出设备，比如数字表头、打印机、X-Y绘图仪等通过电缆相连。
3、为了实现仪器的远程操作功能，数据处理与控制部件必须与远程终端接口相连，比如利用网络实现远程连接，数据处理与控制部件需要内加网卡或调制解调器，它们通过电缆与网络入网服务器相连。
需要注意的是，数据处理与控制部件缺少上述的第3个连接，也能实现对光谱采集和处理的本地操作。除了硬件上的连接，数据处理和控制部件还需要相应的设备驱动程序(比如数据采集卡、输出设备等)和光谱测量控制程序。光谱测量控制程序可用多种语言，比如Basic语言、C\C++语言、Delphi、VC、VB等进行编写，控制程序的功能除了光谱测量控制和数据输出控制外，还必须具有远程操作控制功能。各功能具体如下1)光谱测量控制这是控制程序最基本的功能，包括光谱扫描波长范围、光谱采集模式(比如全波长范围扫描、选定波长处按时间采集等)、光谱重复采集次数(或采集时间)等光谱采集参数的选择和仪器故障自检、波长、基线自校准等。
2)数据输出控制包括数据输出格式(图形或文本格式)控制、数据保存格式(比如BMP图片、Microsoft Excel文本格式等)控制等。
3)远程操作控制包括远程终端和数据处理与控制系统的连接控制(比如建立远程终端和数据处理与控制系统的连接、异常情况下终止远程服务等)、远程连接的安全控制(比如有效操作终端的分配、身份鉴别、使用信息记录等)等。
远程操作系统由多个操作终端构成，它们可以是单片机或通用微型计算机。每个操作终端分别与远程终端接口相连，可独立地通过数据采集与控制系统进行光谱的测量和处理，为此操作终端上需要和数据采集与控制系统进行远程连接的硬件设备(比如网卡或调制解调器等)和相应的控制程序。另外，根据需要，操作终端可与适当的输出设备(如数字表头、打印机、X-Y绘图仪等)相连。
实现分光光度计的远程操作功能，首先，需要远程操作终端跟数据采集与控制系统建立联系，远程操作终端向数据采集与控制系统发出使用请求，在后者确认前者为合法用户(比如正确的用户名和密码、合法的IP地址等)后，将使用权限移交给发出请求的操作终端；然后，操作终端可以发出其它的控制或执行命令，通过数据采集与控制系统控制分光系统的动作，比如仪器自检、参数选择、光谱采集等，从而达到远程操作的目的。需注意，虽然操作终端在取得了对分光系统的使用权后可以发出任何控制或执行命令，但为了保证整个分光光度计的安全性，数据采集与控制系统自始至终都处于监视状态之中，如果操作终端执行了非法操作或者系统发生了任何异常情况，它将中止操作终端对仪器的使用此外，数据采集与控制系统的服务对象不仅仅是单一的操作终端，多个操作终端可同时与它建立联系，每个操作终端发出的命令由它按照一定的排队规则(比如先进先出、按用户级别等)协调执行，这样可以大大减少用户等候使用仪器的时间，提高仪器的使用效率。
本发明提供的分光光度计装置能够进行光谱测量的远程操作，有效地实现对分光光度计的异地访问和方便多用户使用同一分光光度计，满足某些实际应用中的需求并有效地提高仪器的使用效率。随着网络技术的进一步成熟，其发展将更显其优越性。


图1为本发明的分光光度计装置方框图。
图2为本发明实施例中的硬件连接图。
图2中，1为分光系统，2为分光光度计数据采集与控制系统——通用微型计算机(附加有数据采集卡和网卡)，3为可远程进行光谱测量的操作终端——通用微型计算机(附加有网卡)，4为连接分光系统和数据采集卡(插于计算机主板插槽中)的信号电缆，5为连接计算机与入网服务器的电缆，6为入网服务器(局域网)。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明的装置和技术方案作进一步说明。
本发明的分光光度计结构如图1所示，主要由三个部分构成分光系统、数据采集与控制系统和远程操作系统。分光系统主要包括光源、单色仪(或多色仪)、样品室和检测器(PMT或CCD)四个部分。分光系统的光路根据其信号采集方式为扫描式和非扫描式而不同，对扫描式而言，光束由光源发出，先经过单色仪分光，然后照射在样品上，最后经样品反射或透射的光强信号用光电倍增管探测；而对于非扫描式，光束由光源发出，先照射到样品上，然后经样品反射或透射的光通过多色仪，最后用CCD检测光强信号。
数据采集与控制系统由数据处理与控制部件及相应的数据处理和控制程序、数据采集卡、远程终端接口组成，远程操作系统由多个包含远程连接控制程序的操作终端组成，数据处理与控制部件通过数据采集卡和分光系统连接，数据处理与控制部件通过网络设备连接到网络服务器上，为操作终端提供远程接口，各远程操作终端分别通过远程终端接口和数据处理与控制部件连接，数据处理与控制部件和每个操作终端可根据需要配置输出设备。
本发明的分光光度计硬件连接方案如附图2所示。分光系统1通过信号电缆4跟数据采集与控制系统——通用微型计算机2的数据采集卡相连，数据采集与控制系统2和远程操作终端3(通用微型计算机)的网卡均通过电缆5与入网服务器6(局域网)相连。
在本发明的一个实施例中，分光光度计的分光系统采用的是“小型超高速紫外——可见光谱仪”的分光系统。光源为卤钨灯(德国OSRAM)和氘灯(日本Hamamatsu的L2D2系列see-through型)串联组成的双光源；单色仪采用的是凹面光栅；样品室为石英单样品池；检测器为带石英窗紫外增强型的2048像元线阵CCD。为了提高光谱质量和考虑光路上的安排，在分光系统中还加入了其它一些光学器件，比如反射镜、透镜等。经准直的光束，透射过样品，经凹面光栅分光后，再由CCD探测光强信号。
分光光度计的数据采集与控制系统的核心部件是联想个人计算机。计算机主板扩展槽上插有CCD数据采集卡，它通过信号电缆与CCD相连；计算机没有接其它的输出设备，仅利用其显示器进行结果输出；计算机配有网卡，通过网线与局域网相连。计算机操作系统为Microsoft Windows98，装有必要硬件(包括数据采集卡、显示器、网卡等)的驱动程序和一些常用应用软件，还有分光光度计数据采集与控制软件。该软件采用Visual C++语言编写，其适用的操作平台为Win9X/Win2000，除了具有一般分光光度计软件的常用功能，还具有远程操作控制功能。远程功能的设计采用了目前广泛利用网络技术的服务器和客户机模式，与分光光度计主体直接相连的计算机作为服务器，而各远程操作终端作为客户机。服务器通过设置用户名和密码的方式，给操作终端提供使用权限，可设置多个用户，能够记录操作终端IP地址、仪器使用时间等基本信息。
分光光度计的操作终端也是采用联想个人计算机，除了没有CCD数据采集卡外，其硬件配置情况与作为数据采集与控制系统的计算机配置大致相同。操作终端也采用显示器作为输出设备，其网卡通过网线与局域网连接。另外，操作终端上同样装有数据处理与控制软件，由它建立和数据处理与控制系统的连接并进行光谱测量。
在以上硬件和软件配置的情况下，首先，让操作终端与服务器之间建立联系，使用合法的用户名和密码登录，登录成功后，取得对分光光度计的使用权限；其次，与分光光度计数据采集与处理计算机的采集光谱操作相同，依次进行仪器自检、波长校准——光谱测量——数据保存等。如果在同一时间段内有多余一个的用户访问数据采集与处理系统，将按照先进先出(FIFO)的次序排队进行光谱测量。所测得光谱直接以图形的形式显示在操作终端的显示器屏幕上，并且成功的将光谱数据以文本的形式保存在操作终端的本地硬盘上。
权利要求
1.一种具有远程访问功能的分光光度计，其特征在于包括分光系统、数据采集与控制系统、远程操作系统三部分，分光系统主要由光源、单色仪或多色仪、样品室和检测器组成，数据采集与控制系统由数据处理与控制部件及相应的数据处理和控制程序、数据采集卡、远程终端接口组成，远程操作系统由多个包含远程连接控制程序的操作终端组成，数据处理与控制部件通过数据采集卡和分光系统连接，数据处理与控制部件通过网络设备连接到网络服务器上，为操作终端提供远程接口，各远程操作终端分别通过远程终端接口和数据处理与控制部件连接，数据处理与控制部件和每个操作终端可根据需要配置输出设备。
2.如权利要求1的具有远程访问功能的分光光度计，其特征在于所述的数据处理和控制部件配置相应的设备驱动程序和光谱测量控制程序，除了实现一般的光谱测量操作外，还实现远程光谱测量操作——建立远程终端和数据处理与控制系统的连接、异常情况下终止远程服务、有效操作终端的分配、身份鉴别、使用信息记录。
全文摘要
本发明涉及一种具有远程访问功能的分光光度计，包括分光系统、数据采集与控制系统和远程操作系统，数据处理与控制部件通过数据采集卡和分光系统连接，数据处理与控制部件通过网络设备连接到网络服务器上，为操作终端提供远程接口，各远程操作终端分别通过远程终端接口和数据处理与控制部件连接，通过访问数据处理与控制系统，进而进行光谱采集和数据处理。本发明的分光光度计可以方便地实现异地和多用户使用分光光度计进行光谱测量，能够满足某些实际应用中的需求并有效地提高仪器的使用效率。
文档编号G01J3/00GK1544895SQ20031010873
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月20日 优先权日2003年11月20日
发明者袁波, 黄梅珍, 倪一, 林峰, 窦晓鸣, 袁 波 申请人:上海交通大学