[发明专利]光谱仪亮度自校准调节测控系统及测量方法

权利要求书

1.光谱仪亮度自校准调节测控系统，单色器(15)、取样器(17)及电源组成的反射式光谱仪或透射式光谱仪，其特征在于，光谱仪亮度自校准调节测控系统为光机电一体化的闭环控制结构，由光谱信号采集单元(9)、亮度自动校准控制单元(7)、光源可控稳流单元(13)和参比调节单元(16)四部分构成：

亮度自动校准控制单元(7)分别连接参比调节单元(16)和光源可控稳流单元(13)，亮度自动校准控制单元(7)接收由光源可控稳流单元(13)发出的光信号经单色器(15)、取样器(17)再由光谱信号采集单元(9)转换的数字信号，根据该信号发出参比调节单元和光源可控稳流单元的控制信号，参比调节单元(16)接收亮度自动校准单元(7)的控制信号，根据该信号调节有效参比位置，电源分别与光谱信号采集单元(9)、亮度自动校准控制单元(7)、光源可控稳流单元(13)和参比调节单元(16)连接。

2.按照权利要求1所述的光谱仪亮度自校准调节测控系统，其特征在于，所述的光谱信号采集单元(9)是由信号转换放大电路分别连接探测器、电源接口和信号接口构成。

3.按照权利要求1所述的光谱仪亮度自校准调节测控系统，其特征在于，所述的亮度自动校准控制单元(7)是由控制电路分别与电源接口、测量信号接口、控制信号I接口和控制信号II接口连接构成。

4.按照权利要求1所述的光谱仪亮度自校准调节测控系统，其特征在于，所述的光源可控稳流单元(13)是由控制信号I接口经数模转换电路、稳流控制电路与光源接口连接，电源接口分别与数模转换电路和稳流控制电路连接构成。

5.按照权利要求1所述的光谱仪亮度自校准调节测控系统，其特征在于，所述的参比调节单元(16)是由参比调节机构和电路两部分构成，电路是由控制信号II接口经电机驱动电路连接电机接口，电机驱动电路经电源接口与光谱仪的电源连接。

参比调节机构是在光谱仪取样器(17)靠近的后侧板(1)或底板(12)上通过螺钉固定有支架(3)，在支架(3)上装有步进电机(2)，在步进电机轴上通过键销装有参比调节盘(5)，参比调节机构安装时使取样器(7)的光轴与参比调节盘(5)上所设的有效参比透射孔或参比反射板(6)的中心在同一直线上，电线(4)与电机接口连接构成。

6.按照权利要求1所述的光谱仪亮度自校准调节测控系统，其特征在于，参比调节盘(5)上等圆心角设有三个以上不同直径的参比透射孔或参比反射板(6)，设有参比透射孔的用于透射式光谱仪，设有参比反射板的用于反射式光谱仪。

7.按照权利要求5、6所述的光谱仪亮度自校准调节测控系统，其特征在于，参比调节盘(5)上设有参比透射孔或参比反射板(6)，参比透射孔或参比反射板(6)的中心距参比调节盘(5)的中心距离相等，参比调节盘(5)上的有效参比透射孔或参比反射板(6)均位于光轴上，参比透射孔或参比反射板(6)有效直径≤光斑直径。

8.一种光谱仪亮度自校准调节测控系统的光谱测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、初始化：进行样品预测和系统校准。将待测样品置于光谱仪的测量窗口或取样池内，光源可控稳流单元(13)按标准方式控制，发出光线经单色器(15)、取样器(17)与待测样品发生作用，得到样品的漫反射或漫透射光线。光谱信号采集单元(9)测量待测样品的作用光线强度的数字量。亮度自动校准控制单元(7)根据此强度值，计算光源调整参数kl和参比调整比值kc，并控制光源可控稳流单元(13)的控制电流和参比调节单元(16)的转动角度；以保证实际测量时样品测量值的最大值大于信号采集单元满量程的1/4，参比的测量信号不超出量程。

b、样品测量：系统按初始化调整后，光谱仪分别进行背景、参比、样品的作用信号测量，得三者的测量值D₁、D₂、D₃。

c、光谱数据计算：根据背景、参比、样品的测量值D₁、D₂、D₃和参比调整比值kc，计算样品实际的反射率或透射率光谱数据G，以及吸光度A：

G=D3-D1kc·(D2-D1)]]>

A＝-logG

其中：

参比调整比值kc为在标准方式条件下光谱仪扫描所用参比和样品测量时所用参比的测量值(D_cs和D_cm)分别与背景测量值D_g的差之比，计算公式：

kc=Dcs-DgDcm-Dg]]>

光源调整参数Kl为光谱仪在标准方式条件和样品测量时光源供电电流之比。

D_l为光谱仪背景测量值；D₂为光谱仪参比测量值；D₃为光谱仪样品测量值。

D_g为光谱仪标准方式条件下背景测量值；D_cs为光谱仪标准方式条件下所用参比测量值；D_cm为光谱仪标准方式条件下扫描样品测量时所用参比测量值。