专利名称：一种自动激光诱导荧光光谱测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学测量技术领域，尤其是涉及一种自动激光诱导荧光(LIF)光 谱测量装置。
背景技术：
传统的光谱技术正在经历一场革命，从实验室走向现场(生产线，试验场和自然 环境)。以往绝大部分光谱仪器都局限于实验室内，将采来的样品放在仪器的样品室内进行 测量分析。由于这些光谱仪器庞大笨重，很难到现场去工作。而且目前能在线测量与控制 的变量仅限于温度、压力和流量等，而对过程中化学成份和物性变量仍不能直接连续测量， 而这些特殊变量却是表征生产状况的关键性变量，因而严重影响了成品的产率和质量。 早在六十年代发展的在线光度分析技术多采用单波长或双波长方式工作。利用滤 光片得到单色光，例如美国Ametek公司4000系列在线光度计技术，主要应用有浓度分析、 脱硫和硫磺回收分析、尾气分析、烟道气分析、污染源分析和浊度分析等。虽然这种技术具 有一定的使用价值，甚至至今仍在采用，但这种方式工作所含信息量小，应用面受到极大的 限制。 进入九十年代，光学和电子学材料器件和技术的发展，为传统光谱测量技术的革 命提供了机遇，准备了物质技术基础，包括半导体激光器，全息光栅，光纤，CCD光电阵列接 收器，大规模集成电路，微型计算机和软件等。综合利用以上的先进技术，促使光谱仪器技 术产生了革命性变化，微型化、智能化，正在逐步由实验室走向现场(生产线、试验场和自 然环境)。 这类仪器采用全息光栅，制作出微型平象场光谱仪(象香烟盒大小)；利用光纤， 一头连接不同类型的探头，另一头连接光谱仪入口 (相当于入射狭缝)，以适应不同测量体 系；应用低噪声CCD线阵列接收器，在毫秒量级扫描一个相当宽的光谱区；最后运用计算机 处理和显示试验数据。这些仪器多采用透射、反射和荧光工作方式，广泛用于生物研究、化 学分析、过程监测，照度研究、颜色控制等，以美国海洋光学公司为例，推出了 S系列(PC机 外接式)、PC系列(PC机插入式)和PS系列(笔记本计算机用)微型光纤光谱仪，号称"个 人光谱仪"。 在1999年10月举行的第八届北京分析测试学术报告会及展览会上，现场光谱技
术引起了广泛的重视。许多单位希望购买仪器作各种应用，从部门行业分布看，包括地质、
矿业、冶金、农业、医学、制药、化工、环境、安全、防伪、轻工、工艺品等，比较广泛。 在国内，八十年代末，九十年代初，中国科学院长春光机所首先进行了小型平象场
CCD光谱仪的研制。1998年北京海光仪器公司与厦门大学、北京大学攻关立项，开始联合研
制光纤传导小型多功能CCD光谱仪，用于环保部门N02，S02，溶解氧和苯胺类的测定。1999
年国家海洋局第一研究所攻关有关海洋污染测量的仪器。 —种辐射度量或光度量的测量方法是积分法，它不使用光谱仪测量待测光源的光 谱功率分布，而使用探头直接测量待测光源的辐射度量或光度量探头的光电传感器件所产生的电信号大小与待测光源的辐射度量或光度量大小成正比，探头经过已知辐射度量或 光度量的标准光源校准后，可测量待测光源的辐射度量或光度量。由于硅光电池具有大跨 度动态范围内极好的线性(好的硅光电池在7个数量级范围内线性< 0. 2% )，因此使用光 电传感器件为硅光电池的探头进行积分法测量，可以实现大跨度动态范围的线性测量。积 分法的缺点在于精确的积分法测量需要在探头的光电传感器件前安置合适的滤色片，以 使得探头的相对光谱灵敏度与V(A)曲线精确匹配(测光度量时)，或者探头的相对光谱灵 敏度精确匹配为平坦直线(测辐射度量时)，这对探头制造工艺要求很高，实现难度较大， 实施成本较高。 可见，现有的光谱测量仪器无法实时记录、处理激光波长A与对应的荧光信号强 度I之间的关系，从而影响了光谱测量仪的精度，限制了激光测量仪的应用范围。

实用新型内容目前光谱检测设备不具备实时性和在线性，采样不便，测量时需要将待测样品取
出，进行样品预处理后，再放入光谱检测设备的样品仓中进行测试，测试后需要进行数据处 理，得到最后结果。整体过程繁琐，费时(从采样到测量需要数分钟甚至数小时)，而且在测 量中改变了样品所处的环境，对测量结果带来误差。如何最方便地对样品进行光谱测试，同 时不破坏样品的环境(如温度，压力)，而且不需要样品预处理过程，最快速地(几秒至几分 钟)直接得到测量结果，就是本实用新型的目的。
为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案一种自动激光诱导荧光光谱
测量装置，包括激光器、全反镜、石英汇聚透镜、光电倍增管(PMT)、信号平均器、模数转换
器、计算机，显示装置，其特征在于计算机具有两个串行通讯端口 ， 一个串行通讯端口与激
光器相连接，另一个串行通讯端口与模数转换器相连接，激光器输出的激光先经全反镜反
射后再经石英汇聚透镜汇聚后照射待测样品，待测样品被照射后产生荧光，光电倍增管接
收所述荧光并转换为电信号，所述电信号传输到与光电倍增管相连的信号平均器进行积分
处理，得到处理后的电信号，处理后的电信号传输到与信号平均器相连接的模数转换器转
换为数字信号，数字信号传输到计算机进行处理，处理后的结果显示在与计算机相连接的
显示装置上，计算机对激光器、模数转换器进行控制。 优选地激光器为脉冲激光器。
优选地计算机为工业计算机或笔记本电脑。 优选地显示装置为液晶显示器。优选地激光器输出的光波波长范围为260nm 780nm。 与现有的技术相比，本实用新型的优点在于，测量精度高，实时性好，基本上在几 秒内得出准确的测量结果。

图1是本实用新型的一种自动激光诱导荧光光谱测量装置原理图。 图2是本实用新型提供的计算机对自动激光诱导荧光光谱测量装置控制的示意图。 附图标记含义，l.激光器、2.全反镜 3.石英汇聚透镜、4.光电倍增管(PMT)、5.信号平均器、6.模数转换器、7.计算机、8.显示装置、9.激光、10.待测样品、11.荧光。
具体实施方式
如图1所示，本自动激光诱导荧光光谱测量装置，包括激光器1、全反镜2、石英汇 聚透镜3、光电倍增管(PMT) 4、信号平均器5、模数转换器6、计算机7，显示装置8，计算机具 有两个串行通讯端口 (COM)，一个串行通讯端口 (C0M1)与激光器l相连接，另一个串行通讯 端口 (COM2)与模数转换器6相连接，激光器1输出的激光9先经全反镜2反射后再经石英 汇聚透镜3汇聚后照射待测样品IO，待测样品被照射后产生荧光ll，光电倍增管4接收所 述荧光11并转换为电信号，所述电信号传输到与光电倍增管4相连的信号平均器5进行积 分处理，得到处理后的电信号，处理后的电信号传输到与信号平均器5相连接的模数转换 器6转换为数字信号，数字信号传输到计算机7进行处理，处理后的结果显示在与计算机7 相连接的显示装置8上，计算机7并对激光器1、模数转换器6进行控制。 激光器可以选择为脉冲激光器，计算机可以为工业计算机或笔记本电脑，显示装 置可以为液晶显示器或其它显示装置，激光器输出的激光波长范围可以为260nm 780nm， 信号平均器可以为Stanford Research250型Box-car信号平均器，模数转换器可以为 Stanford Research245型Box-car模数转换器，其可以通过标准RS-232接口与计算机相连 接。 本自动激光诱导荧光光谱测量装置工作过程如下激光器1输出的激光通过全反 镜2反射后再经过石英汇聚透镜3汇聚到0H分子束(待测样品10)上，产生的荧光11信 号经过光电倍增管4光电转换后输入到Box-car的SR250信号平均器4进行积分平均，积 分平均后输出的模拟信号再输入到StanfordResearch245型Box-car模数转换器6 (从前 面板模拟通道1输入)进行A/D转换，最后送到计算机7进行处理。激光器1和Stanford Research245型Box-car模数转换器6分别通过标准RS-232串口连接到计算机的C0M1 和COM2上，计算机通过程序控制C0M1激光输出波长扫描的同时通过COM2对Stanford Research245型Box-car模数转换器6信号采集进行控制，最后处理结果由显示装置8显 示。 当然，本领域技术人员可根据需要选择合适型号的激光器、激光波长、信号平均 器、模数转换器。 附图2描述了控制程序的流程图，计算机通过该控制程序对激光器、模数转换器 进行控制，本领域技术人员可采用汇编语言丄丄++^8等任何编程语言编写控制程序，计算 机7对激光器1与Box-car模数转换器6的串口初始化及波长扫描参数的初始化设置，激 光器1进行波长扫描及模数转换器6进行数据采集循环过程，激光器1波长扫描及模数转 换器6数据采集完毕，对数据进行保存后处理，然后由显示装置8显示处理结果。 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所 属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似 的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
权利要求一种自动激光诱导荧光光谱测量装置，包括激光器、全反镜、石英汇聚透镜、光电倍增管、信号平均器、模数转换器、计算机，显示装置，其特征在于计算机具有两个串行通讯端口，一个串行通讯端口与激光器相连接，另一个串行通讯端口与模数转换器相连接，激光器输出的激光先经全反镜反射后再经石英汇聚透镜汇聚后照射待测样品，待测样品被照射后产生荧光，光电倍增管接收所述荧光并转换为电信号，所述电信号传输到与光电倍增管相连的信号平均器进行积分处理，得到处理后的电信号，处理后的电信号传输到与信号平均器相连接的模数转换器转换为数字信号，数字信号传输到计算机进行处理，处理后的结果显示在与计算机相连接的显示装置上，计算机对激光器、模数转换器进行控制。
2. 根据权利要求1所述的自动激光诱导荧光光谱测量装置，其特征在于激光器为脉 冲激光器。
3. 根据权利要求1所述的自动激光诱导荧光光谱测量装置，其特征在于激光器输出的激光波长范围为260nm 780nm。
4. 根据权利要求1所述的自动激光诱导荧光光谱测量装置，其特征在于计算机为工 业计算机或笔记本电脑。
5. 根据权利要求1所述的自动激光诱导荧光光谱测量装置，其特征在于显示装置为 液晶显示器。
专利摘要本实用新型提供了一种自动激光诱导荧光光谱测量装置，包括激光器、全反镜、石英汇聚透镜、光电倍增管、信号平均器、模数转换器、计算机，显示装置，计算机通过两个串口分别与激光器、模数转换器相连接，激光器输出的激光先经全反镜反射后再经石英汇聚透镜汇聚后照射待测样品，待测样品被照射后产生荧光，光电倍增管接收所述荧光并转换为电信号并传输到与之相连接的信号平均器进行积分处理，处理后的电信号传输到与信号平均器相连接的模数转换器转换为数字信号并传输到计算机进行处理，处理后的结果显示在显示装置上，计算机对激光器、模数转换器进行控制，该光谱测量装置测量速快、精度高。
文档编号G01N21/64GK201540249SQ20092016045
公开日2010年8月4日 申请日期2009年6月25日 优先权日2009年6月25日
发明者李炯, 杨晓华, 牟宗帅 申请人:华东师范大学