專利名稱：一種基于液晶器件的新型智能旋光儀及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測設(shè)備，特別涉及一種基于液晶器件的新型智能旋光儀及測試 方法。
背景技術(shù)：
線偏振光通過某些光學(xué)活性化合物或其溶液時，其偏振面會繞著光軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)的 現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)的角度稱為旋光度。在一定條件下，檢測偏振面經(jīng)旋光溶液后旋轉(zhuǎn) 的角度，就可以測定旋光溶液的濃度。近年來，醫(yī)藥、食品加工、有機(jī)化工和生化分析等領(lǐng)域 都涉及到旋光分析法。目前應(yīng)用的數(shù)字旋光儀主要是由光、電、機(jī)械結(jié)合的方式來測量旋光度。其起偏器 與檢偏器初始調(diào)整在正交狀態(tài)，光電倍增管接收到的是光強(qiáng)最暗點即光學(xué)零點。當(dāng)加入待 測物質(zhì)后，光矢量發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由于法拉第磁光調(diào)制的原因，光矢量由光電倍增管接受轉(zhuǎn)化為 電信號，通過選頻放大驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動渦輪傳動調(diào)整起偏器使之與檢偏器正 交重新達(dá)到光學(xué)零點，起偏器或檢偏器轉(zhuǎn)過的角度就是物質(zhì)的旋光度。該檢測方法需要有 法拉第磁光調(diào)制系統(tǒng)、機(jī)械轉(zhuǎn)角系統(tǒng)和轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)。其體積大、成本高、系統(tǒng)復(fù)雜，機(jī)械結(jié) 構(gòu)的復(fù)雜性也導(dǎo)致測量的準(zhǔn)確性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在的數(shù)字旋光儀成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量精度低的問題，提出了一 種基于液晶器件的新型智能旋光儀及測試方法，利用液晶片替代了傳統(tǒng)旋光儀中的法拉第 線圈，同時省去了電機(jī)及相應(yīng)的伺服電路和機(jī)械傳動部分，降低了儀器的成本和體積，并且 結(jié)合DSP技術(shù)，即提高了對信號的處理能力，還能夠通過觸摸屏設(shè)定不同的測量模式，提高 了儀器的智能化程度和測量準(zhǔn)確度。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于液晶器件的新型智能旋光儀，包括光路部分和電 路部分，光路部分依次包括光源、起偏器、液晶片、用來裝待檢測物質(zhì)的旋光管、檢偏器和光 電池；電路部分依次包括光電池、前置放大單元、濾波放大單元、DSP單元和觸摸屏顯示單 元；還包括連接液晶片和DSP單元的信號發(fā)生器單元，起偏器與檢偏器置于正交位置，DSP 單元控制信號發(fā)生器單元產(chǎn)生信號到液晶片內(nèi)。一種基于液晶器件的新型智能旋光儀測試方法，包括基于液晶器件的新型智能旋 光儀，包括如下具體步驟1)在旋光管內(nèi)未加物質(zhì)時調(diào)整起偏器和檢偏器正交并固定；2)在旋光管中加入旋光物質(zhì)后，由光源發(fā)出的光依次通過所述光路部分到達(dá)光電 池，由DSP單元控制信號發(fā)生器單元產(chǎn)生信號，使光路部分中液晶片內(nèi)的液晶分子的偏振 化方向改變，線偏振光通過液晶片后形成偏振面周期性變化的偏振光，從光電池輸出一個 帶有由于旋光物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)角引起的交流信號；3)該交流信號依次通過電路部分到達(dá)DSP單元進(jìn)行采集和處理，檢測出旋光物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)角；4)DSP單元對數(shù)據(jù)處理后由觸摸屏顯示最后的測量值。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明基于液晶器件的新型智能旋光儀及測試方法，去 除現(xiàn)在數(shù)字旋光儀的法拉第線圈和機(jī)械部分，降低成本、減小體積、提高測量精度。


圖1為本發(fā)明基于液晶器件的新型智能旋光儀原理框圖；圖2為本發(fā)明未加旋光物質(zhì)，經(jīng)過液晶片后的偏振化方向圖；圖3為本發(fā)明加入旋光物質(zhì)，經(jīng)過液晶片后的偏振化方向圖；圖4為本發(fā)明未加旋光物質(zhì)時的波形圖；圖5為本發(fā)明加入旋光物質(zhì)時的波形圖。
具體實施例方式如圖1所示一種測量旋光物質(zhì)旋光特性的旋光儀，包括光路部分和電路部分，光 路部分依次包括光源1、起偏器2、液晶片3、用來裝待檢測物質(zhì)的旋光管4、檢偏器5和光電 池6 ；電路部分依次包括光電池6、前置放大單元11、濾波放大單元10、DSP單元9和觸摸屏 顯示單元8 ；還包括連接液晶片3和DSP單元9的信號發(fā)生器單元7。起偏器2與檢偏器5 調(diào)至正交位置，由DSP單元9控制信號發(fā)生器單元7產(chǎn)生信號，使液晶片3內(nèi)的液晶分子的 偏振化方向改變，線偏振光通過液晶片3后形成偏振面周期性變化的偏振光。由馬呂斯定律可知，當(dāng)起偏器2和檢偏器5偏離正交位置θ角時，透過檢偏器5 的光強(qiáng)為I = TI0Sin2 θ (1)式中，T為系統(tǒng)及被測旋光溶液的透過率，I0為通過起偏器后 的線偏振光的光強(qiáng)。在正交的起偏器2和檢偏器5間加入液晶片6和α旋光度的待測旋光溶液后， 結(jié)果可以等效地看成兩偏振片偏離正交位置θ角，偏振化方向如圖3所示，OP、OQ分別為 起偏器2及檢偏器5所在的位置θ = α+β Sin(Cot) (2)則透過檢偏器5的光強(qiáng)為Ι = TI0sin2[a+^sin( t)] (3)式中a為旋光物質(zhì)的旋光度，β為液晶片3調(diào)制偏振面的幅 值，與信號發(fā)生器7產(chǎn)生的信號有關(guān)，ω為其調(diào)制角頻率，t表示時間。若設(shè)被測物質(zhì)產(chǎn)生的旋光角及調(diào)制振幅較小，即I a I彡1及I β I彡1，則(3)可 以近似表示為I =TItlX [α+β Sin(G) t)]2(4)當(dāng)在相互正交的起偏器2與檢偏器5之間沒有旋光物質(zhì)，S卩a = 0時，I = TI0 β 2Sin2 (ω t)= \ΤΙοβ2 -全77O"2 cos(2i 0 ( 5)當(dāng)在相互正交的起偏器2與檢偏器5之間存在旋光物質(zhì)，S卩α興0時，I = TI0X [α + β sin(cot)]2 = TI0X [ α 2+2 α β sin (ω t) + β 2sin2 (ω t) ] (6)分析(5) (6)式可知，當(dāng)在相互正交的起偏器2與檢偏器5之間有旋光物質(zhì)及沒有 旋光物質(zhì)時所得到的光強(qiáng)信號是不同的。不加旋光物質(zhì)時，得到的光強(qiáng)信號只含有直流分 量和角頻率為2ω的交流分量；而當(dāng)在相互正交的起偏器2與檢偏器5之間存在旋光物質(zhì) 時，得到的光強(qiáng)信號除含有直流分量和角頻率為2ω的交流分量外，還含有ω角頻率的交流分量，這些信號的合成為一角頻率為《的周期信號。圖4為不加旋光物質(zhì)時，光強(qiáng)在偏 振面處于圖2中0B及0C位置時最大，在0P位置為暗點。圖5為在兩正交偏振片間加入旋 光物質(zhì)后，光強(qiáng)在偏振面處于圖3中0C’位置時最大，0B’位置時次極大，在0P位置為暗點。分析這兩個信號我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入旋光物質(zhì)后輸出的波形發(fā)生了很大的變化，而 正是由于旋光物質(zhì)使偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)而引起的，所以我們利用DSP技術(shù)對輸出信號進(jìn)行采 集和處理，就可以檢測出旋光物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)角。測量方法，其步驟如下1)在未加物質(zhì)時調(diào)整起偏器2和檢偏器5正交并固定；2) 在旋光管4中加入旋光物質(zhì)后，由光源1發(fā)出的光通過所述光路部分到達(dá)光電池6，從光電 池6出來的是一個交流信號；3)該交流信號的波形與不加旋光質(zhì)時的信號之間存在區(qū)別， 如圖5所示，此差異正是由于旋光質(zhì)的旋轉(zhuǎn)角引起的，所以我們利用DSP技術(shù)對輸出信號進(jìn) 行采集和處理，就可以檢測出旋光物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)角；4)根據(jù)用戶之前設(shè)置的參數(shù)，由觸摸屏8 顯示出最后的測量值。
權(quán)利要求
一種基于液晶器件的新型智能旋光儀，其特征在于，包括光路部分和電路部分，光路部分依次包括光源、起偏器、液晶片、用來裝待檢測物質(zhì)的旋光管、檢偏器和光電池；電路部分依次包括光電池、前置放大單元、濾波放大單元、DSP單元和觸摸屏顯示單元；還包括連接液晶片和DSP單元的信號發(fā)生器單元，起偏器與檢偏器置于正交位置，DSP單元控制信號發(fā)生器單元產(chǎn)生信號到液晶片內(nèi)。
2.一種基于液晶器件的新型智能旋光儀測試方法，包括基于液晶器件的新型智能旋光 儀，其特征在于，包括如下具體步驟1)在旋光管內(nèi)未加物質(zhì)時調(diào)整起偏器和檢偏器正交并固定；2)在旋光管中加入旋光物質(zhì)后，由光源發(fā)出的光依次通過所述光路部分到達(dá)光電池， 由DSP單元控制信號發(fā)生器單元產(chǎn)生信號，使光路部分中液晶片內(nèi)的液晶分子的偏振化方 向改變，線偏振光通過液晶片后形成偏振面周期性變化的偏振光，從光電池輸出一個帶有 由于旋光物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)角引起的交流信號；3)該交流信號依次通過電路部分到達(dá)DSP單元進(jìn)行采集和處理，檢測出旋光物質(zhì)的旋 轉(zhuǎn)角；4)DSP單元對數(shù)據(jù)處理后由觸摸屏顯示最后的測量值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于液晶器件的新型智能旋光儀及測試方法，在未加物質(zhì)時調(diào)整起偏器和檢偏器正交并固定；在旋光管中加入旋光物質(zhì)后，由光源發(fā)出的光依次通過起偏器、液晶片、用來裝待檢測物質(zhì)的旋光管、檢偏器到達(dá)光電池，光電池輸出信號被處理后，得到檢測出旋光物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)角，并被顯示，利用液晶片替代了傳統(tǒng)旋光儀中的法拉第線圈，同時省去了電機(jī)及相應(yīng)的伺服電路和機(jī)械傳動部分，降低了儀器的成本和體積，并且結(jié)合DSP技術(shù)，既提高了對信號的處理能力，還能夠通過觸摸屏設(shè)定不同的測量模式，提高了儀器的智能化程度和測量準(zhǔn)確度。
文檔編號G02F1/1335GK101893548SQ20101021779
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者劉韜, 吳伯淳, 王愷, 賈宏志 申請人:上海理工大學(xué)