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Instrument Technique and Sensor
Jul,2012
紫外可见分光光度计高精度信号采集与处理
马佳佳',任芊',强伟峰2
(1.北京理工大学化工与环境学院,北京100081;2.北京普析通用仪器有限责任公司模拟数字部,北京101200
摘要:紫外可见分光光度计测刚量信号由于受噪声、偏置、温漂、背景光等干扰,测量精度受影响会降低。文中采用了以
混合信号微处理器C8051F340单片机与24位AD转换器ADS1255为核心的双路数据采集系统、实时动态采集样品、参比
与暗信号,经过相应数据处理,可有效滤除干扰,提高分光光度计的测量精度、稳定性以及重复性
关键词:紫外可见分光光度计;ADS1255;08051F340;信号采集与处理
中图分类号:TP274+.2
文献标识码
文章编号:1002-1841(2012)07-0016-02
High-precision Signal Acquisition and Processing for
Ultraviolet-visible Spectrophotometer
MA Jia-jia, REN Qian,QIANG Wei-feng
(1. Beiin Institute of Technology, Colleague of Chemical Engineering and Environment, Beiiing 100081, China
2. Beijing Purkinje General Instrument Company Analog and Digit Department, Beijing 101200, China
Abstract: Ultraviolet-visible spectrophotometer has a low signal precision due to the bad effects of noise, bios, temperature
drift and stray light. A dual data acquisition s stem was designed based on hi h-performance ADC ADS1255 and C8051F340 which
was a mixed-signal microcontroller. The sample, reference and dark signal acquired dynamically on time were disposed by appropri
ate data processing. Through this way interferences can be effectively filtered out and The data acquisition of the system accomplish
high accuracy, high stability, and high repeatability
Key words: Ultraviolet-visible spectropho ometer; ADS1255; C F340; signal acquisition and processing
数据采集系统的实现
片电路,系统原理如图1所示。
紫外可见分光光度计利用检测器采集光信号并将其转换
参比
电
DS1255上
为电流信号。此时有效信号强度非常弱,并混有大量噪声、背
信号」槍、压
放大
C8051F340
景光的干扰误差,因此需从杂散信号中提取有效电流信号。信
導「器「获人果样放天ADs25
暗信
号处理中误差来源主要分为两部分:一部分来源于检测器之前
的光路系统,导致有效信号混入了杂散光、噪声等干扰;另ー
图18051R340与ADS1255采築系统原理框?
部分来自检测器将光信号转换为电流信号之后的硬件电路,由2.1电流电压转换电路
于电子元器件自身的偏置、温漂、噪声以及AD采集精度等影
电流电压转换电路主要将通过检测器(光电倍增管)的电
响,降低了检测结果的精度。
流信号转换为电压信号,由于电流信号极低,在2HA以内,需
设计通过转盘往检测器中输人暗信号(没有有效光信号输选取低偏置电流、高输入阻抗、低噪声、低温凛的运算放大器。
出到检测器,只包含杂散光、噪声等信号),即检测器(光电倍增电路设计中采用OPA129运算放大器,其特性为:(1)最大偏置
管)连续采集样品信号、暗信号、参比信号。在两路采集转换通电流为100A,电路中由此偏置电流产生的误差电压最大仅约
道中,通过实时控制时序使两路分别采样,一路采集参比信号为0.1uV;(2)最大偏置电压为2mV;(3)低温漂:最大为10
与暗信号,另一路采集样品信号与暗信号;经滤波、AD转换,传V/℃;(4)低噪声:10kHz频率下为15nV/Hz;(5)高开环增
送到单片机。将采样样品信号、参比信号与暗信号动态相减,益:94 DB min.电流电压转换电路如图2所示。
即可有效去除各种噪声、偏置、暗电流、背景光带来的干扰,提
取出有效参比信号与样品信号。采用低偏置、低噪声、高精度
电子器件,降低硬件电路带来的千扰,可有效提高采集精度。
2硬件设计模块
+5V
以C8051F340为系统控制中心,以ADS1255模数转换电路
对前端模拟信号进行采集,以实现采集结果的存储、显示及处
理功能。主要包括电流电压转化电路、采样保持电路、滤波放
大跟随电路、ADS1255组成的模数转换电路、C8051F340控制芯
图2电流电压转换电路
收稿日期:2011-09-07收修改稿日期:2012-03-2