新型激光旋光仪测量方法的研究与实现.pdf

第32卷第2期
光学仪器
Vol 32, No. 2
2010年4月
OPTICAL INSTRUMENTS
April, 2010
文章编号:1005-5630(2010)02-000-05
新型激光旋光仪测量方法的研究与实现
李倩倩,贾宏志,王恺
(上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093)
摘要:旋光仪多用于制糖业中含糖量的测定,它在食品医药、生命科学、有机化工和高等院校教
学实验等领域也有广泛的应用。近年来,基于光学旋光法的无创血糖检测技术也得到了不断地
发展。现设计了一种新型激光旋光仪,采用曲线拟合的方法确定起偏器和检偏器的正交位置,
与传统旋光仪中采用电子检测部分驱动反簧机制调整电机转角控制系统来寻找正交位置相比,
理论上能提高测璗精度。搭建了实验装置,采用白砂糖溶液作为样品对整个装置的效果进行了
测试,并进行了性能分析。实验结果表明,所设计的新型激光旋光仪测量系统能够实现旋光度
的测量。
关键词:旋光仪;AD采样;曲线拟合
中图分类号:TH741.4文献标识码:Adoi;10.3969/.issn.1005-5630.2010.02.003
Research and realization of measurement method
for novel laser polarimeter
LI Qiangian, JIA Hongzhi, WANG Kai
School of Optical-electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for
Science and Technology, Shanghai 200093, China)
Abstract: Polarimeter is mainly used for the detection of sugar content in sugar industry. In
recent years, it is also widely used in food and pharmaceuticals, life science, organic chemical
and teaching experiments in colleges and other fields. The non-invasive blood glucose
monitoring technology based on optical polarimetry has also been continuously developed. This
paper designs a novel polarimeter, using curve fitting method to determine the orthogonal
position of the polarizer and the analyzer. Compared with the traditional use of electronic
detection part to drive the feedback mechanism to adjust motor control system to find the
orthogonal position, it theoretically can improve the measurement accuracy. Experimental
device has been setup, and the effect of the entire device has been tested using sugar solution as
sample, the performance analysis is conducted at the same time. Experimental results show
that the measuring system is able to realize optical rotation measurement.
Key words: polarimeter; AD sampling; curve fitting
引言
旋光仪是采用旋光法测定物质旋光度的仪器,目前应用的旋光仪多由光、机、电、算结合的方法来测
收稿日期:2009-09-17
基金项目:教育部“大学生创新性实验计划”资助项目(091025214)
作者简介:李情術(1986),女,山东再城人,项土研究生,主要从事光电信息检测技术方面的研究。
万方数据
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光学仪器
第32卷
定旋光度。使用时,要先调整起偏器和检偏器正交。对于起偏器和检偏器正交位置的确定,旋光仪的
发展经历了由手动、半自动到自动三个技术阶段。最开始是利用人眼目视法和手动方式来判断正交位置
的。随着技术的发展,工业生产中开始用半自动或自动的方法确定正交位置。仪器的转角部分采用电机
带动涡轮、蜗杆进行转动。它利用法拉第线圈磁光调制器对起偏器出来的光强进行调制,通过检测由检
偏器透射出的光强信号的频率成分来判断正交位置。中国计量科学研究院的研究人员提出了一种对“零
点”(起偏器与检偏器的正交位置)进行自动校准的方法。转角部分采用精密步进电机直接偏转作为粗
调,利用交、直流法拉第线圈进行细调,最后利用单片机系统来对这种光电式旋光仪的电压信号进行处
理,同时对测量时的温度变化进行补偿。总之,传统旋光仪普遍通过电子检测部分驱动反馈机制调整电
机转角控制系统,使起偏器与檢偏器达到正交位置,这样当环境中噪声比较大时会影响测量精度
文中采用曲线拟合的方法确定起偏器与检偏器的正交位置进行旋光度测量,与传统旋光仪中普遍采
用的通过电子检测单元驱动反馈机制调整电机转角控制系统,使起偏器与检偏器达到正交位置的测量方
法相比,不容易受到环境中喋声的影响,从而提高了测量精度。
1系统简介
新型激光旋光仪测量系统包括硬件和软件两部分。硬件部分包括光路、光电检测电路和电机转角控
制系统。软件部分即DSP数字信号处理单元。量系统框图如图1所示。光路部分包括:激光器、起偏
器、旋光管、检偏器和光电池。光电检测电路包括前置放大电路和滤波电路。电机转角控制系统由步进
电机及配套的电控旋转台组成,由DSP实现步进电机转角控制。DSP数字信号处理部分实现把电路部
分输出的模拟电压量转换成数字量,并送给PC机处理。激光器的调制信号也由DSP产生。
1kHz方波1激光器
起偏器
旋光管
檢偏器
光电池
D
脉冲
电控旋转台
驱动器
步进电机
方向
AD模块
钝位限幅电路
滤波电路
前置放大电路
SCI串口
PC机
图1测量系统框图
Fig 1 Measurement system block diagram
2测量原理
如图1所示,不加样品溶液时,固定起偏器,检偏器固定在电控旋转台上,由步进电机带动其转动,此
时检偏器透射出的光信号的光强与检偏器转过的角度符合马吕斯定律。电机转动的过程中,由光电检测
系统把此光信号经过前置放大和窄带滤波后转换成电压信号后,再经过一定处理后送给DSP的AD采样
口,根椐釆样定理,设置合适的采样速率,就能把模拟电压信号还原出来。DSP把采得的数字量通过SCI
串口实时地发送到PC机上,在PC机上进行曲线拟合后,得到不同角度