[发明专利]适用于光电检测的差分测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种差分测量方法及装置，特别是一种适用于光电检测的差分测量方法及装置。

背景技术

光与化学物质之间能够发生相互作用。以红外光为例，当一束红外光透过某种化学物质蒸汽后，某些特定波长的红外光将会被该化学物质的分子所吸收而转化为这些分子的转动能和/或振动能。反之，当该化学物质的温度超过其周围的环境温度时，该化学物质将会向外辐射出相同特定波长的红外光。这些特定的波长称为该化学物质的特征波长。特定的化学物质所对应的特征波长是一定的。利用这个原理，可以通过测定一个红外辐射信号在某种化学物质的一个特征波长上的相对强度(即相对于在一个非特征波长上的强度)而检测出在该红外辐射信号所经过的路径上是否存在该种化学物质；进而，如果存在该种化学物质的话，可以测定其剂量的大小，或者测定其与周围环境的温度差等。

为了实现上述光电检测，必须采取下列步骤：首先，测量光信号在待测化学物质的某一个特征波长上的强度，其次，测量光信号在待测化学物质的某一个非特征波长上的强度，最后，比较两者的差别，得到相对强度值。这种测定方法称为差分测量方法或比色测量方法，其中所选定的非特征波长称为参考波长，所选定的特征波长也称为共振波长。

目前，针对特定化学物质的红外检测仪和红外测温仪都有成熟的产品，其中有些型号就是采用差分法或比色法。而事实上除了红外光之外，也有利用其它波长的电磁波进行差分测量或比色测量的例子。

在化学物质的红外光谱上，其特征波长通常表现为具有一定宽度的波谱峰或波谱带。所以在具体实施差分检测时，首先要做的是确定共振波长和参考波长的位置和宽度。这里，我们分别把它们称之为共振波带和参考波带。确定的原则是共振波带应该与待测化学物质的某一个特征峰相重叠，而参考波带则不应该与待测化学物质的任何特征峰相重叠。这里，参考波带的选择是一个容易被忽视的问题。事实上，在进行光学系统设计时，对于参考波带的选择有着近乎矛盾的要求。一方面，参考波带应该尽可能地靠近共振波带，以便最大限度地减小光学系统误差，另一方面，参考波带应该与共振波带保持一定的距离，以免参考波带与特征光谱峰的根部发生重叠而降低差分信号的强度。这样的要求使得参考波带的选择有时候非常困难。而现有的技术在这方面考虑较少，在进行参考波带的选择时常常带有一定的随意性。例如，美国专利№6853452(发明人Gabriel Laufer)提出了一种运用差分检测方法进行可挥发性有机化合物遥测的装置，但是该专利在参考波带的选择上并没有给出有说服力的理由。无疑，随意选择的参考波带对于减小光学系统误差和提高差分信号的信噪比是不利的。

发明内容

本发明提出了一种适用于光电检测的差分测量方法及装置，该方法在采用现有技术选择参考波带有困难时可以有效地解决参考波带的选择问题。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种适用于光电检测的差分测量方法，其包括如下步骤：

1.1)选择与待测化学物质在光谱上的某一个特征波谱峰相重叠的范围作为共振波带；

1.2)将包含共振波带但比共振波带更宽的范围作为参考波带，且这个范围不与待测化学物质在光谱上的其它波谱峰相重叠；

1.3)分别测定待测电磁波信号在共振波带上的强度I₁和在参考波带上的强度I₂；

1.4)比较I₁和I₂-I₁，确定检测结果。

进一步地：

在1.3)中，如果因共振波带选得太宽而导致检测结果达不到预期的要求，则停止步骤1.4)并转以下步骤：

1.5)选定一个比上述共振波带窄的范围作为第二共振波带，该第二共振波带只涵盖特征波谱峰的峰顶部分；

1.6)测定待测电磁波信号在第二共振波带内的强度I₁′；

1.7)比较I₁′和I₂-I₁，确定检测结果。

在步骤1.1)中，为了避免共振波带所对应的特征波谱峰的根部与参考波带发生重叠，可以将共振波带选得比选定的待测化学物质的特征波谱峰略宽。

在步骤1.4)中，可采用以下两个公式之一比较I₁和I₂-I₁：