專利名稱：用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種檢測(cè)技術(shù)，特別涉及一種使用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行快速測(cè)量的旋光儀。
背景技術(shù)：
從全球范圍來(lái)看，分析儀器行業(yè)面對(duì)的挑戰(zhàn)是分析對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，分析工作越來(lái)越困難。挑戰(zhàn)來(lái)自于客戶要求靈敏度越來(lái)越高、樣品量越來(lái)越少、分析速度越來(lái)越快，以及能夠提供更加完善的服務(wù)，更加明確、準(zhǔn)確的答案。旋光儀作為制藥，制糖和食品等行業(yè)必不可少的專用測(cè)量?jī)x器，對(duì)測(cè)量的速度和準(zhǔn)確度也有更高的要求。本專利就是采用新的方法，大大提高了目前市場(chǎng)上旋光儀的測(cè)量速度和準(zhǔn)確性。現(xiàn)有的自動(dòng)旋光儀結(jié)構(gòu)如圖1所示，工作原理如圖2所示，普通旋光儀包含以下部件光源、小孔光柵、物鏡、濾色片、偏振鏡(I)、磁旋線圈、樣品管、偏振鏡(II)、光電倍增管、前置放大器、選頻放大器、自動(dòng)高壓、功率放大器、伺服電機(jī)、蝸輪蝸桿、計(jì)數(shù)器等部件。 自動(dòng)旋光儀的工作原理圖如下光源的光經(jīng)過(guò)偏振鏡(I)，變成線偏振光。如果在偏振鏡 (II)前沒(méi)有其他元器件，則光線通過(guò)偏振鏡(II)后，光的強(qiáng)度遵循馬呂斯定律I = COS2 θ光強(qiáng)曲線如圖2中的A曲線。當(dāng)兩片偏振鏡夾角為90° (正交)時(shí)，光強(qiáng)為零。 在兩片偏振鏡之間放入具有磁光效應(yīng)的材料并加上通有頻率為ω交流電的磁旋線圈后， 在兩片偏振鏡正交時(shí)光電倍增管將會(huì)得到2 ω的交流信號(hào)。如圖2中，C點(diǎn)的頻率為ω，而 C’的信號(hào)為2ω。如果放入樣品，就相當(dāng)于兩偏振鏡的夾角變到了 B點(diǎn)，光電倍增管得到了 B’的頻率為ω的信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿，帶動(dòng)偏振鏡(I)，補(bǔ)償樣品的轉(zhuǎn)角，并將轉(zhuǎn)角計(jì)數(shù)，從而測(cè)出樣品的旋光。如果樣品的旋光相反，在D點(diǎn)，光電倍增管就會(huì)得到D’的信號(hào)。B’和D’的信號(hào)相位是相反的。其中曲線A光強(qiáng)度隨旋光度α的大小而改變。曲線點(diǎn)C 法拉第效應(yīng)使光強(qiáng)隨時(shí)間t而變化(β角擺動(dòng))，有了 C’點(diǎn)的隨時(shí)間t而變化2ω的信號(hào)；曲線點(diǎn)B、C，由于馬呂斯定律和法拉第效應(yīng)，有了 B’和D’點(diǎn)的信號(hào)。它們不但有直流信號(hào)，也有光電流i隨時(shí)間t而變化的信號(hào)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中旋光儀測(cè)量速度慢的缺陷，提供兩種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀。為了解決上述問(wèn)題本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣的一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀，包括光路部件和電路執(zhí)行部件，所述光路部件包括依次連接的光源、小孔光柵、物鏡、濾色片、第一偏振鏡、磁旋線圈、樣品管、第二偏振鏡、光電倍增管；所述電路執(zhí)行部件包括與光電倍增管連接的自動(dòng)高壓模塊，光電倍增管順次連接有前置放大器、選頻放大器、功率放大器、伺服電機(jī)、用于帶動(dòng)第一偏振鏡動(dòng)作的機(jī)械機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)器；所述光電倍增管還連接一用于帶動(dòng)第二偏振鏡動(dòng)作的步進(jìn)電機(jī)。用于帶動(dòng)第一偏振鏡動(dòng)作的機(jī)械機(jī)構(gòu)為渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)。用于帶動(dòng)第一偏振鏡動(dòng)作的機(jī)械機(jī)構(gòu)為正弦機(jī)構(gòu)。采用上述一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀的測(cè)量方法為，根據(jù)光電倍增管得到的信號(hào)的相位，快速驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)第二偏振鏡，一直到光電倍增管得到信號(hào)的相位發(fā)生變化，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；再由伺服電機(jī)帶動(dòng)第一偏振鏡，同時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)；樣品的旋光由下式算出旋光度α =步進(jìn)電機(jī)的步距角X步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)-計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，其中計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的角度 < 步進(jìn)電機(jī)的步距角。或者另一種的測(cè)量方法為，根據(jù)光電倍增管得到的信號(hào)的相位，快速驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)第二偏振鏡，一直到光電倍增管得到信號(hào)的相位發(fā)生變化，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后再倒退一步；再由伺服電機(jī)帶動(dòng)第一偏振鏡，同時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，樣品的旋光由下式算出旋光度α =步進(jìn)電機(jī)的步距角X步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)+計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，其中計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的角度 < 步進(jìn)電機(jī)的步距角。另一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀，包括光路部件和電路執(zhí)行部件，所述光路部件包括依次連接的光源、小孔光柵、物鏡、濾色片、第一偏振鏡、樣品管、第二偏振鏡、 光電倍增管；所述電路執(zhí)行部件包括與光電倍增管連接的固定高壓模塊，光電倍增管順次連接有前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊；其特征在于，所述光電倍增管信號(hào)經(jīng)放大后，經(jīng)過(guò)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)第二偏振鏡動(dòng)作。采用上述一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀的測(cè)量方法為，根據(jù)光電倍增管得到的信號(hào)的相位，快速驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)第二偏振鏡，同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并記錄轉(zhuǎn)換結(jié)果，在接近正交位置的B點(diǎn)時(shí)，測(cè)得的信號(hào)為I (B)，步進(jìn)電機(jī)再轉(zhuǎn)一步，在正交位置的D點(diǎn)測(cè)得的信號(hào)為1(D)，由馬呂斯定律可以得出以下公式得出I (B) = cos2 θ iI(D) = cos2 ( θ - θ其中θ為步進(jìn)電機(jī)的步距角；由于I (B)、I (D)和θ已知，可以算出Θ1Ι5樣品的旋光由下式算出旋光度α =步進(jìn)電機(jī)的步距角X步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)+ θ lt)有益效果，由于大角度由步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，所以大大減少了測(cè)量時(shí)間。對(duì)于90度的測(cè)量范圍，只需3-5秒，而常規(guī)方法要30-50秒。同時(shí)大大減少了機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的噪聲。由于步進(jìn)電機(jī)每一步步距角經(jīng)過(guò)高精度角度編碼器校正，所以能確保儀器的精度。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中旋光儀結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中旋光儀的工作原理圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1的旋光儀結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例2的旋光儀結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例3的旋光儀結(jié)構(gòu)示意圖。[0032]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例3的旋光儀工作原理圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。本申請(qǐng)?jiān)谟趯⑵鹌?或檢偏器)裝在步進(jìn)電機(jī)上。當(dāng)測(cè)試樣品的旋光角比較大時(shí)，先轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。由計(jì)算機(jī)判別步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到了零位附近，停止轉(zhuǎn)動(dòng)。余下的小角度， 由下述的其他機(jī)構(gòu)測(cè)量。樣品的總的旋光角是上述的兩個(gè)角度相加(或相減)。由計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到零位附近，剩余的小角度可以由下述方法進(jìn)行測(cè)量用常用的伺服系統(tǒng)帶動(dòng)渦輪-蝸桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量。由伺服系統(tǒng)帶動(dòng)正弦機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量根據(jù)馬呂斯定律，探測(cè)在零位附近的光強(qiáng)，來(lái)進(jìn)行測(cè)量。由于步進(jìn)電機(jī)的每一步都存在誤差，所以要用高精度的角度編碼器對(duì)步進(jìn)電機(jī)的每一步進(jìn)行校正，把精確值存在計(jì)算機(jī)中。并且要用位置探測(cè)器固定步進(jìn)電機(jī)的起始位置。由于步進(jìn)電機(jī)的正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，位置的定位也存在誤差，所以每次轉(zhuǎn)動(dòng)都是單方向轉(zhuǎn)動(dòng)后才停下。在步進(jìn)電機(jī)的起始位置，調(diào)整檢偏器位置，使光強(qiáng)信號(hào)最小，從而確定渦輪-蝸桿、正弦機(jī)構(gòu)、光強(qiáng)信號(hào)零位。計(jì)算機(jī)根據(jù)信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到光信號(hào)零位附近(一般不到步進(jìn)電機(jī)一個(gè)步距角)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。由上述其他機(jī)構(gòu)完成其他小角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。參看圖3，實(shí)施例1:一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀，包括光路部件和電路執(zhí)行部件，所述光路部件包括依次連接的光源1、小孔光柵2、物鏡3、濾色片4、第一偏振鏡5、磁旋線圈6、樣品管7、第二偏振鏡8、光電倍增管9 ；所述電路執(zhí)行部件包括與光電倍增管連接的自動(dòng)高壓模塊10，光電倍增管9順次連接有前置放大器11、選頻放大器12、功率放大器13、伺服電機(jī)14、用于帶動(dòng)第一偏振鏡動(dòng)作的渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)15、計(jì)數(shù)器16 ；所述光電倍增管9還連接一用于帶動(dòng)第二偏振鏡8動(dòng)作的步進(jìn)電機(jī)17。上述旋光儀的測(cè)量方法為，根據(jù)光電倍增管9得到的信號(hào)的相位，快速驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)17，帶動(dòng)第二偏振鏡8，一直到光電倍增管9得到信號(hào)的相位發(fā)生變化，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；再由伺服電機(jī)帶動(dòng)第一偏振鏡5，同時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)；樣品的旋光由下式算出旋光度α =步進(jìn)電機(jī)的步距角X步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)-計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，其中計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的角度 < 步進(jìn)電機(jī)的步距角。或者另一種的測(cè)量方法為，根據(jù)光電倍增管9得到的信號(hào)的相位，快速驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)17，帶動(dòng)第二偏振鏡8，一直到光電倍增管9得到信號(hào)的相位發(fā)生變化，此時(shí)步進(jìn)電機(jī) 17停止轉(zhuǎn)動(dòng)后再倒退一步；再由伺服電機(jī)帶動(dòng)第一偏振鏡5，同時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，樣品的旋光由下式算出旋光度α =步進(jìn)電機(jī)的步距角X步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)+計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，其中計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的角度 < 步進(jìn)電機(jī)的步距角。參看圖4，實(shí)施例2:[0052]一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀，包括光路部件和電路執(zhí)行部件，所述光路部件包括依次連接的光源1、小孔光柵2、物鏡3、濾色片4、第一偏振鏡5、磁旋線圈6、樣品管7、第二偏振鏡8、光電倍增管9 ；所述電路執(zhí)行部件包括與光電倍增管連接的自動(dòng)高壓模塊10，光電倍增管9順次連接有前置放大器11、選頻放大器12、功率放大器13、伺服電機(jī)14、用于帶動(dòng)第一偏振鏡動(dòng)作的正弦機(jī)構(gòu)15’、計(jì)數(shù)器16 ；所述光電倍增管9還連接一用于帶動(dòng)第二偏振鏡8動(dòng)作的步進(jìn)電機(jī)17。該實(shí)施例中主要用正弦機(jī)構(gòu)15’代替實(shí)施例1中渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)15。其余同實(shí)施例 1。測(cè)量方法也同實(shí)施例1。參看圖5和圖6，實(shí)施例3 另一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀，包括光路部件和電路執(zhí)行部件，所述光路部件包括依次連接的光源1、小孔光柵2、物鏡3、濾色片4、第一偏振鏡5、樣品管7、第二偏振鏡8、光電倍增管9 ；所述電路執(zhí)行部件包括與光電倍增管9連接的固定高壓模塊 10’，光電倍增管9順次連接有前置放大器11、A/D轉(zhuǎn)換模塊18 ；其特征在于，所述光電倍增管9還連接一用于帶動(dòng)第二偏振鏡8動(dòng)作的步進(jìn)電機(jī)17。上述一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀的測(cè)量方法為，根據(jù)光電倍增管9得到的信號(hào)的相位，快速驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)17，帶動(dòng)第二偏振鏡8，同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并記錄轉(zhuǎn)換結(jié)果，在接近正交位置B點(diǎn)時(shí)，測(cè)得的信號(hào)為I (B)，步進(jìn)電機(jī)再轉(zhuǎn)一步，在D點(diǎn)測(cè)得的信號(hào)為I (D)，B點(diǎn)和D點(diǎn)位分布在平衡點(diǎn)兩側(cè)的最靠近的步進(jìn)電機(jī)的停止點(diǎn)。由馬呂斯定律可以得出以下公式得出I (B) = cos2 θ iI(D) = cos2 ( θ - θ其中θ為步進(jìn)電機(jī)的步距角；由于I (B)、I (D)和θ已知，可以算出θ 10樣品的旋光由下式算出旋光度α =步進(jìn)電機(jī)的步距角X步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)+ θ lt)以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的基本原理將大角度的測(cè)量由快速機(jī)構(gòu)執(zhí)行(本專利是步進(jìn)電機(jī))；小角度的測(cè)量由其他較慢速的機(jī)構(gòu)執(zhí)行(本專利是蝸輪蝸桿和正弦機(jī)構(gòu))。在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，如小角度的測(cè)量還可以由C C D來(lái)進(jìn)行等等。(本專利還認(rèn)為只有在小角度范圍內(nèi)應(yīng)用馬呂斯定律，才能保持儀器的足夠精度)。這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求1.一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀，包括光路部件和電路執(zhí)行部件，所述光路部件包括依次連接的光源、小孔光柵、物鏡、濾色片、第一偏振鏡、磁旋線圈、樣品管、第二偏振鏡、光電倍增管；所述電路執(zhí)行部件包括與光電倍增管連接的自動(dòng)高壓模塊，光電倍增管順次連接有前置放大器、選頻放大器、功率放大器、伺服電機(jī)、用于帶動(dòng)第一偏振鏡動(dòng)作的機(jī)械機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)器；其特征在于，所述光電倍增管還連接一用于帶動(dòng)第二偏振鏡動(dòng)作的步進(jìn)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀，其特征在于，用于帶動(dòng)第一偏振鏡動(dòng)作的機(jī)械機(jī)構(gòu)為渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀，其特征在于，用于帶動(dòng)第一偏振鏡動(dòng)作的機(jī)械機(jī)構(gòu)為正弦機(jī)構(gòu)。
4.一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀，包括光路部件和電路執(zhí)行部件，所述光路部件包括依次連接的光源、小孔光柵、物鏡、濾色片、第一偏振鏡、樣品管、第二偏振鏡、光電倍增管；所述電路執(zhí)行部件包括與光電倍增管連接的固定高壓模塊，光電倍增管順次連接有前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊；其特征在于，所述光電倍增管信號(hào)經(jīng)放大后，經(jīng)過(guò)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)第二偏振鏡動(dòng)作。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量的旋光儀，包括光路部件和電路執(zhí)行部件，所述光路部件包括依次連接的光源、小孔光柵、物鏡、濾色片、第一偏振鏡、磁旋線圈、樣品管、第二偏振鏡、光電倍增管；所述電路執(zhí)行部件包括與光電倍增管連接的自動(dòng)高壓模塊，光電倍增管順次連接有前置放大器、選頻放大器、功率放大器、伺服電機(jī)、用于帶動(dòng)第一偏振鏡動(dòng)作的機(jī)械機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)器；所述光電倍增管還連接一用于帶動(dòng)第二偏振鏡動(dòng)作的步進(jìn)電機(jī)。由于大角度由步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，所以大大減少了測(cè)量時(shí)間。對(duì)于90度的測(cè)量范圍，只需3-5秒。同時(shí)大大減少了機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的噪聲。
文檔編號(hào)G01N21/01GK202033279SQ20102063368
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者鐘建國(guó) 申請(qǐng)人:上海儀邁儀器科技有限公司