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第7期
李斌等、旋光仪数字化测量技术研究
793
旋光仪数字化测測量技术研究
李斌2汤哲夫
(1.湖南信息职业技术学院基础实验中心,长沙410200;2.湖南大学电气信息学院,长沙410001;
3.益阳市鹏程科技发展有限公司,湖南益阳413001)
摘要分析了现有旋光仪产品存在的问题,设计了一种真正数字化的新型旋光仪产品,介绍和分析了
新型数字化旋光仪的系統结构、数字化测量及步进电动机细分驱动电路设计等关技术。
关键词旋光仪数字化测量
中图分类号THI86
文献标识码
文章编号10003932(2011)07-0793-04
通过对旋光度的测定可以分析旋光物质的液外测温、半导体制冷及步进电动机细分驱动等相
度或含量,旋光仪广泛地应用于制糖、生化、食品关技术,实现旋光仪测量数字化。
和有机化工的各个领域。自动旋光仪普遍采用光1系统设计
电倍增管获取模拟光信号进行光强测量,采用交
新型数字旋光仪由光学平台、传感器、单片
流信号相位判断旋光方向,同样存在模拟量识别机、红外测温、步进电动机、触摸屏及液晶显示屏
误差大、处理电路复杂及硬件成本高等缺陷。等组成。在保持传统旋光仪光学系统不变的基础
近年来有不少关于旋光仪改进的实用新型专利,上,采用光/频转换器获取仪器光学系统视场亮度
虽然采用了单片机技术,推出了数字旋光仪新产信号,输出相应的R、G、B数字脉冲,实现光电转
品,但都是在自动指示旋光仪基础上将仪器原有换,将此数字脉冲送至单片机输人口;单片机输出
的机械示数刻度盘改为光斩波旋盘,加装光电对口与带有步进电机的细分驱动器及液晶显示器连
管,产生光电脉冲,由单片机计数输出数字显示,接;带蜗杆的步进电机轴与以光心为转轴的检偏
或投影光标指示等,因此实际上只是数显旋光仪。器上的蜗轮机械联结,带动检偏器旋转,依据步进
鉴于上述缺点,笔者根据物理光学测量原理,电机步进角、步进脉冲数计算出旋转角度,即该物
应用现代电子测量和计算机测控技术开发了一种质的旋光度,并由液晶显示器实现数字显示。系
新型数字旋光仪,采用光/频转换器识别光信号,统结构框图和电气控制原理框图分别如图1、2所
根据软件算法判断旋光方向,利用LED光源、红示。
度90试样红外测
半导体光源
滤色镜
涡轮付
帆色传感芯片
检偏器
染日日日?、中日B
聚光镜起偏器
物镜目镜
步进电机
单
细分驱动器
电
源
液贔显示器
图1新型数字旋光仪系统结构框图
收稿日期:2011-03-31(修改稿
万方数据
化工自动化及仪表
第38卷
RXD P3.0
0P1
S1 Pl.2
光频s2P1.3
液晶
D0~D7
转换器Ss3?14
示器
30
DR
FREQPI.5片『RwR」32KRAM
步进
细分
电动机
驱动器DRP
P2.0-P2.7
SDA P3.2
64K EEPROM SCL P1.7
ALE
缓冲器
P0.0~PO.7
D0-D7
图2电气控制部分结构示意图
2数字化测量过程
把测试样品管放入起偏器与检偏器之间的样
为实现真正意义上的数字化测量,解决因模品管盛放室后,光源经聚光镜、滤色镜及起偏器
拟量识别误差大、处理电路复杂及硬件成本高等后,变成平面偏振光,经样品管内旋光物质旋转了
缺限,首先利用光/频转换器实现光电转换,这样
由单片机构成的最小系统从信号输入到输出全部
P(~2~8≤B≤-8,为仪器测量精度)角度
为数字信号,并通过细分驱动步进电动机实现高后通过检偏器到达TCS230上,TCS230输出R=
精度测量。
X、C=Y、B=Z、L=W,实现光频转换。
2.1光/频转换
2.2判定旋光方向
TC230是美国TAOS( Texas Advanced Opto
传统旋光仪判定旋光方向主要采用减小浓度
ectronic Solutions)公司最新推出的带数字兼容接法和液体长度(样品管长度)变化法,操作过程复
口的RCB彩色传感器,内部集成了可配置的硅光杂。笔者所述新型数字化旋光仪利用软件来判定
电二极管陈列和一个电流频率转换器,同时在单旋光方向,先由单片机驱动步进电动机带动检偏
一芯片上还集成了红绿蓝(RCB)3种滤光器,通器左(逆时针方向)、右(顺时针方向)旋转数步后
过光电二极管控制引脚S2S3的不同组合,可以回到原来位置(R=X、G=Y、B=Z),判断TCS230
选择不同的滤波器。TCS230的输出信号是数字输出的R、G、B值是否增减,根据马吕斯定律:
量,可以通过输出定标控制引脚S。、S,选择不同为人射检偏器光强,透射光的强度为=x
的输出比例因子,对输出频率范圃进行调整,以适(cosa)2可推断,视场光强变暗的方向为被测
应不同的需求。由于输出的是数字量,可以驱动物质旋光方向,因此若TCS230输出的R、G、B值
标准的TL或CMOS逻辑输入,因此可直接与微减小则该施转方向为被测物质旋光方向,否则被
处理器或其它逻辑电路相连接,并且能够实现每测物质旋光方向相反。
个彩色信道10位以上的转换精度,因而不再需要
2.3旋光角测量
AD转换电路,使电路变得更简单。S0、S1和
被测物质旋光方向确定后,再由单片机发出
S2、S3的组合功能见表1。
步进脉冲驱动步进电动机带动检偏器,朝TCS230
输出的R、G、B值逐渐减小的方向旋转至光学零
表1S0、S1,和S2、S3的组合功能
点(R=0、C=0、B=0),步进电动机停止转动。
依据该过程电动机步距角度②、步进脉冲数M、蜗
SS输出频率定标S2S
滤波器类型
轮付减速比N,由单片机系统计算出的检偏器旋
0
关断电源00
红色
转角度就是该物质的旋光度B,B=QM/N
2%
蓝色
2.4程序设计
20%
无
程序设计遵循模块化设计原则,设计了主程
100%
绿色
序和各类子程序,其中主程序的流程如图3所示,
万方数据