專利名稱：具有遠程訪問功能的分光光度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分光光度計，尤其涉及一種具有遠程訪問功能的分光光度計，屬于分光光度技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分光光度計是用于物質(zhì)檢測和分析的最基本的測量儀器，它不僅被廣泛地用于化學、物理、生物、醫(yī)學等不同的科學研究領(lǐng)域，而且在質(zhì)量檢測、環(huán)境監(jiān)控、材料鑒定等實際應用領(lǐng)域中發(fā)揮著重大作用。
由于科技的進步，分光光度計在不斷發(fā)展，除了分光系統(tǒng)上的變化外，其輸出設備和控制系統(tǒng)也在不斷演化。早期分光光度計的輸出設備主要以直讀表頭、X-Y記錄儀等為主，它們的控制系統(tǒng)一般被固化在分光光度計主體上，通過儀器上的按鍵和旋鈕直接控制。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，分光光度計逐漸采用單片機或通用微型計算機作為其控制系統(tǒng)和輸出設備，它們與分光系統(tǒng)之間通過附加的數(shù)據(jù)采集卡連接。采用單片機作為控制系統(tǒng)的分光光度計，其數(shù)據(jù)采集和控制程序以固有程序的方式加載于單片機上，用戶不能對程序進行更改；而采用通用微型計算機作為控制系統(tǒng)的分光光度計，其控制程序是基于微型計算機的軟件，用戶可以根據(jù)其需要自己進行編寫，因此這種方式的分光光度計在控制程序的設計上更加方便、靈活。
現(xiàn)有的分光光度計通常包括分光系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)兩個部分，它們僅能實現(xiàn)對光譜測量的本地操作(或近距離操作)。但是，在某些情況下，我們需要實現(xiàn)對分光光度計的遠程操作。比如環(huán)境管理部門的工作人員需要頻繁地了解某地的水質(zhì)狀況，水質(zhì)是通過分光光度計測量的，如果工作人員可以不必親臨水源現(xiàn)場，在辦公室就能獲取光譜數(shù)據(jù)，那將給他們的工作帶來極大的方便。再比如有多個用戶需要使用分光光度計測量數(shù)據(jù)，給每個用戶配一臺分光光度計這是很不經(jīng)濟的，如果能夠給每個用戶一個操作終端，讓他們通過操作終端來操作同一臺分光光度計，這樣就能大大地節(jié)約成本，并提高分光光度計的利用率?，F(xiàn)有的分光光度計均不能或不方便實現(xiàn)遠程操作，因此在技術(shù)條件允許的情況下，有必要對分光光度計裝置的設計加以改進和完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對目前分光光度計功能的不足，提出一種新型的具有遠程訪問功能的分光光度計，能有效地遠程控制和操作分光光度計，實現(xiàn)對光譜的測量。
為了實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明設計的分光光度計主要由三個部分構(gòu)成分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和遠程操作系統(tǒng)。
分光系統(tǒng)與一般分光光度計的分光系統(tǒng)相同，包括光源、單色儀(或多色儀)、樣品室和檢測器四個部分，為了提高光譜質(zhì)量和方便光路設計還需要增加一些其它必要的光學器件。光源根據(jù)所測光譜波長范圍適當選擇，比如可見光分光光度計常使用鎢燈作為光源，而紫外分光光度計的光源一般用氘燈；單色儀(或多色儀)可由棱鏡或光柵構(gòu)成；對于液體樣品，需要使用樣品室，不同波長范圍光譜測量時應注意樣品室材料的選擇，比如測量紫外光譜時應選擇石英樣品室，而可見光譜可用玻璃樣品室；檢測器通常為光電倍增管(PMT)或CCD。分光系統(tǒng)的光路由于其信號采集方式為掃描式和非掃描式而不同，對前者而言，光束由光源發(fā)出，先經(jīng)過單色儀分光，然后照射在樣品上，最后經(jīng)樣品反射或透射的光強信號用光電倍增管探測；而后者，光束由光源發(fā)出，先照射到樣品上，然后經(jīng)樣品反射或透射的光通過多色儀，最后用CCD檢測光強信號。
數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的核心部分是單片機或通用微型計算機，稱之為數(shù)據(jù)處理與控制部件。為了實現(xiàn)儀器的具體功能，數(shù)據(jù)處理與控制部件與數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換電路板(簡稱數(shù)據(jù)采集卡)、輸出設備和遠程終端接口相連，具體連接如下1、數(shù)據(jù)處理與控制部件與分光系統(tǒng)之間由數(shù)據(jù)采集卡連接，可分為兩種方式(1)數(shù)據(jù)采集卡集成在分光系統(tǒng)上，通過適當?shù)慕涌?比如RS232串口)與單片機或微機相連；(2)數(shù)據(jù)采集卡可直接插入單片機或微機插槽，通過信號電纜與分光系統(tǒng)相連。
2、數(shù)據(jù)處理與控制部件可采用自帶的顯示器作為輸出設備進行顯示，還可以與其它的輸出設備，比如數(shù)字表頭、打印機、X-Y繪圖儀等通過電纜相連。
3、為了實現(xiàn)儀器的遠程操作功能，數(shù)據(jù)處理與控制部件必須與遠程終端接口相連，比如利用網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件需要內(nèi)加網(wǎng)卡或調(diào)制解調(diào)器，它們通過電纜與網(wǎng)絡入網(wǎng)服務器相連。
需要注意的是，數(shù)據(jù)處理與控制部件缺少上述的第3個連接，也能實現(xiàn)對光譜采集和處理的本地操作。除了硬件上的連接，數(shù)據(jù)處理和控制部件還需要相應的設備驅(qū)動程序(比如數(shù)據(jù)采集卡、輸出設備等)和光譜測量控制程序。光譜測量控制程序可用多種語言，比如Basic語言、C\C++語言、Delphi、VC、VB等進行編寫，控制程序的功能除了光譜測量控制和數(shù)據(jù)輸出控制外，還必須具有遠程操作控制功能。各功能具體如下1)光譜測量控制這是控制程序最基本的功能，包括光譜掃描波長范圍、光譜采集模式(比如全波長范圍掃描、選定波長處按時間采集等)、光譜重復采集次數(shù)(或采集時間)等光譜采集參數(shù)的選擇和儀器故障自檢、波長、基線自校準等。
2)數(shù)據(jù)輸出控制包括數(shù)據(jù)輸出格式(圖形或文本格式)控制、數(shù)據(jù)保存格式(比如BMP圖片、Microsoft Excel文本格式等)控制等。
3)遠程操作控制包括遠程終端和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)的連接控制(比如建立遠程終端和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)的連接、異常情況下終止遠程服務等)、遠程連接的安全控制(比如有效操作終端的分配、身份鑒別、使用信息記錄等)等。
遠程操作系統(tǒng)由多個操作終端構(gòu)成，它們可以是單片機或通用微型計算機。每個操作終端分別與遠程終端接口相連，可獨立地通過數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)進行光譜的測量和處理，為此操作終端上需要和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)進行遠程連接的硬件設備(比如網(wǎng)卡或調(diào)制解調(diào)器等)和相應的控制程序。另外，根據(jù)需要，操作終端可與適當?shù)妮敵鲈O備(如數(shù)字表頭、打印機、X-Y繪圖儀等)相連。
實現(xiàn)分光光度計的遠程操作功能，首先，需要遠程操作終端跟數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)建立聯(lián)系，遠程操作終端向數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)發(fā)出使用請求，在后者確認前者為合法用戶(比如正確的用戶名和密碼、合法的IP地址等)后，將使用權(quán)限移交給發(fā)出請求的操作終端；然后，操作終端可以發(fā)出其它的控制或執(zhí)行命令，通過數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)控制分光系統(tǒng)的動作，比如儀器自檢、參數(shù)選擇、光譜采集等，從而達到遠程操作的目的。需注意，雖然操作終端在取得了對分光系統(tǒng)的使用權(quán)后可以發(fā)出任何控制或執(zhí)行命令，但為了保證整個分光光度計的安全性，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)自始至終都處于監(jiān)視狀態(tài)之中，如果操作終端執(zhí)行了非法操作或者系統(tǒng)發(fā)生了任何異常情況，它將中止操作終端對儀器的使用此外，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的服務對象不僅僅是單一的操作終端，多個操作終端可同時與它建立聯(lián)系，每個操作終端發(fā)出的命令由它按照一定的排隊規(guī)則(比如先進先出、按用戶級別等)協(xié)調(diào)執(zhí)行，這樣可以大大減少用戶等候使用儀器的時間，提高儀器的使用效率。
本發(fā)明提供的分光光度計裝置能夠進行光譜測量的遠程操作，有效地實現(xiàn)對分光光度計的異地訪問和方便多用戶使用同一分光光度計，滿足某些實際應用中的需求并有效地提高儀器的使用效率。隨著網(wǎng)絡技術(shù)的進一步成熟，其發(fā)展將更顯其優(yōu)越性。


圖1為本發(fā)明的分光光度計裝置方框圖。
圖2為本發(fā)明實施例中的硬件連接圖。
圖2中，1為分光系統(tǒng)，2為分光光度計數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)——通用微型計算機(附加有數(shù)據(jù)采集卡和網(wǎng)卡)，3為可遠程進行光譜測量的操作終端——通用微型計算機(附加有網(wǎng)卡)，4為連接分光系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集卡(插于計算機主板插槽中)的信號電纜，5為連接計算機與入網(wǎng)服務器的電纜，6為入網(wǎng)服務器(局域網(wǎng))。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的裝置和技術(shù)方案作進一步說明。
本發(fā)明的分光光度計結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由三個部分構(gòu)成分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和遠程操作系統(tǒng)。分光系統(tǒng)主要包括光源、單色儀(或多色儀)、樣品室和檢測器(PMT或CCD)四個部分。分光系統(tǒng)的光路根據(jù)其信號采集方式為掃描式和非掃描式而不同，對掃描式而言，光束由光源發(fā)出，先經(jīng)過單色儀分光，然后照射在樣品上，最后經(jīng)樣品反射或透射的光強信號用光電倍增管探測；而對于非掃描式，光束由光源發(fā)出，先照射到樣品上，然后經(jīng)樣品反射或透射的光通過多色儀，最后用CCD檢測光強信號。
數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理與控制部件及相應的數(shù)據(jù)處理和控制程序、數(shù)據(jù)采集卡、遠程終端接口組成，遠程操作系統(tǒng)由多個包含遠程連接控制程序的操作終端組成，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過數(shù)據(jù)采集卡和分光系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過網(wǎng)絡設備連接到網(wǎng)絡服務器上，為操作終端提供遠程接口，各遠程操作終端分別通過遠程終端接口和數(shù)據(jù)處理與控制部件連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件和每個操作終端可根據(jù)需要配置輸出設備。
本發(fā)明的分光光度計硬件連接方案如附圖2所示。分光系統(tǒng)1通過信號電纜4跟數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)——通用微型計算機2的數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)2和遠程操作終端3(通用微型計算機)的網(wǎng)卡均通過電纜5與入網(wǎng)服務器6(局域網(wǎng))相連。
在本發(fā)明的一個實施例中，分光光度計的分光系統(tǒng)采用的是“小型超高速紫外——可見光譜儀”的分光系統(tǒng)。光源為鹵鎢燈(德國OSRAM)和氘燈(日本Hamamatsu的L2D2系列see-through型)串聯(lián)組成的雙光源；單色儀采用的是凹面光柵；樣品室為石英單樣品池；檢測器為帶石英窗紫外增強型的2048像元線陣CCD。為了提高光譜質(zhì)量和考慮光路上的安排，在分光系統(tǒng)中還加入了其它一些光學器件，比如反射鏡、透鏡等。經(jīng)準直的光束，透射過樣品，經(jīng)凹面光柵分光后，再由CCD探測光強信號。
分光光度計的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的核心部件是聯(lián)想個人計算機。計算機主板擴展槽上插有CCD數(shù)據(jù)采集卡，它通過信號電纜與CCD相連；計算機沒有接其它的輸出設備，僅利用其顯示器進行結(jié)果輸出；計算機配有網(wǎng)卡，通過網(wǎng)線與局域網(wǎng)相連。計算機操作系統(tǒng)為Microsoft Windows98，裝有必要硬件(包括數(shù)據(jù)采集卡、顯示器、網(wǎng)卡等)的驅(qū)動程序和一些常用應用軟件，還有分光光度計數(shù)據(jù)采集與控制軟件。該軟件采用Visual C++語言編寫，其適用的操作平臺為Win9X/Win2000，除了具有一般分光光度計軟件的常用功能，還具有遠程操作控制功能。遠程功能的設計采用了目前廣泛利用網(wǎng)絡技術(shù)的服務器和客戶機模式，與分光光度計主體直接相連的計算機作為服務器，而各遠程操作終端作為客戶機。服務器通過設置用戶名和密碼的方式，給操作終端提供使用權(quán)限，可設置多個用戶，能夠記錄操作終端IP地址、儀器使用時間等基本信息。
分光光度計的操作終端也是采用聯(lián)想個人計算機，除了沒有CCD數(shù)據(jù)采集卡外，其硬件配置情況與作為數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的計算機配置大致相同。操作終端也采用顯示器作為輸出設備，其網(wǎng)卡通過網(wǎng)線與局域網(wǎng)連接。另外，操作終端上同樣裝有數(shù)據(jù)處理與控制軟件，由它建立和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)的連接并進行光譜測量。
在以上硬件和軟件配置的情況下，首先，讓操作終端與服務器之間建立聯(lián)系，使用合法的用戶名和密碼登錄，登錄成功后，取得對分光光度計的使用權(quán)限；其次，與分光光度計數(shù)據(jù)采集與處理計算機的采集光譜操作相同，依次進行儀器自檢、波長校準——光譜測量——數(shù)據(jù)保存等。如果在同一時間段內(nèi)有多余一個的用戶訪問數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，將按照先進先出(FIFO)的次序排隊進行光譜測量。所測得光譜直接以圖形的形式顯示在操作終端的顯示器屏幕上，并且成功的將光譜數(shù)據(jù)以文本的形式保存在操作終端的本地硬盤上。
權(quán)利要求
1.一種具有遠程訪問功能的分光光度計，其特征在于包括分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、遠程操作系統(tǒng)三部分，分光系統(tǒng)主要由光源、單色儀或多色儀、樣品室和檢測器組成，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理與控制部件及相應的數(shù)據(jù)處理和控制程序、數(shù)據(jù)采集卡、遠程終端接口組成，遠程操作系統(tǒng)由多個包含遠程連接控制程序的操作終端組成，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過數(shù)據(jù)采集卡和分光系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過網(wǎng)絡設備連接到網(wǎng)絡服務器上，為操作終端提供遠程接口，各遠程操作終端分別通過遠程終端接口和數(shù)據(jù)處理與控制部件連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件和每個操作終端可根據(jù)需要配置輸出設備。
2.如權(quán)利要求1的具有遠程訪問功能的分光光度計，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理和控制部件配置相應的設備驅(qū)動程序和光譜測量控制程序，除了實現(xiàn)一般的光譜測量操作外，還實現(xiàn)遠程光譜測量操作——建立遠程終端和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)的連接、異常情況下終止遠程服務、有效操作終端的分配、身份鑒別、使用信息記錄。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有遠程訪問功能的分光光度計，包括分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和遠程操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過數(shù)據(jù)采集卡和分光系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過網(wǎng)絡設備連接到網(wǎng)絡服務器上，為操作終端提供遠程接口，各遠程操作終端分別通過遠程終端接口和數(shù)據(jù)處理與控制部件連接，通過訪問數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)，進而進行光譜采集和數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明的分光光度計可以方便地實現(xiàn)異地和多用戶使用分光光度計進行光譜測量，能夠滿足某些實際應用中的需求并有效地提高儀器的使用效率。
文檔編號G01J3/00GK1544895SQ20031010873
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者袁波, 黃梅珍, 倪一, 林峰, 竇曉鳴, 袁 波 申請人:上海交通大學