[发明专利]脉冲光信号采样方法以及脉冲光源光谱仪

说明书

本发明涉及一种脉冲光信号采样方法以及脉冲光源光谱仪。该脉冲光信号采样方法包括：光电转换步骤，利用光电转换元件将脉冲光的信号转换成电流信号；积分步骤，利用所述电流信号对电容器进行充电从而获得电容器两端的电压信号；以及采样保持步骤，对所述电压信号一边进行保持一边进行采样。

技术领域

本发明涉及一种脉冲光信号采样方法以及使用该脉冲光信号采样方法的脉冲光源光谱仪。

背景技术

脉冲光源光谱仪例如采用闪烁氙灯作为光源，通常具有如图1所示的结构，其包括：闪烁氙灯光源模块、光电转换模块、采样模块、控制模块、存储计算模块、马达驱动模块以及显示模块。

控制模块对闪烁氙灯光源模块输出点灯脉冲信号，控制闪烁氙灯的点灯时机。点灯后，闪烁氙灯光源模块发射出190nm～1100nm的宽谱的脉冲光，该脉冲光被分光元件分光。马达驱动模块驱动马达，该马达与上述分光元件连接，利用控制模块的控制，调整分光元件，从而对该190nm～1100nm范围内的光进行分光扫描。

经扫描的脉冲光透过待测样品后，被光电转换模块转换成电压信号并放大，由采样模块进行数据采集，存储计算模块对由采样模块采集到的数据进行存储并计算。由此，根据存储计算模块的计算结果，比较脉冲光透过样品后转换得到的电压信号与没有放置样品的情况下转换得到的电压信号，从而可以得到样品在该扫描波长下的吸收率，最终通过分光扫描得到该样品的光谱，通过显示模块对该光谱进行显示。

图2是现有技术中光电转换模块的电路示意图，功率放大器21的同相输入端接地，电阻22和作为光电转换元件的光电二极管23并联在反相输入端，电阻22的另一端连接到功率放大器21的输出端。

闪烁氙灯光源模块发出的脉冲光经分光后照射到光电二极管23上产生光电流I，由此，脉冲光信号就转换成电流信号。从功率放大器21的输出端取出电压信号U以表征入射光强的大小，根据功率放大器的特性可以容易地知道，电压信号U的大小取决于电流I与电阻22的乘积。

图3例示了点灯脉冲信号的频率为50Hz、电阻22的阻值为20MΩ的情况下的点灯脉冲信号与所获得的电压信号U。其中，电压信号U呈现出在每次点灯后缓慢下降的波形，这是因为光电流I会缓慢下降。于是，在输入光强一定的情况下，电压信号U取决于电阻22的大小，即便采用阻值为20MΩ的电阻，电压信号U也仅为200mV，且根据该图可以看出信噪比较低。

对于这样的电压信号，在样品不吸收该频率的光的情况下，电压信号U为图4的(a)所示，在样品有吸收的情况下，电压信号U等比例下降为图4的(b)所示。为了测量吸光度，在每个脉冲周期内，令脉冲起始时刻为t0，例如采集图4的(a)和(b)中相同时刻t1下的电压信号值进行对比，从而获得光强下降的比例。

发明内容

要解决的技术问题

然而，由于是对缓慢下降的信号进行采样，因此在这样的数据中，不同的点灯周期内的相同时刻下的电压数据偏差往往很大。为了提高数据可靠性，需要在多个点灯周期内的相同时刻下进行采样并使用平均值，进一步地，最好针对每个周期内的多个不同时刻均进行采样。

例如，对图3的电压信号的波形采集10组数据(也就是说，取10个点灯周期，每个点灯周期内采集一组数据)，每组采集16个数据(即在每个周期内取横坐标各不相同的t1、t2……t16处的数据)并列于表1。可见，对于不同数据组内的同一采样时刻下的数据(表1中的同一行的数据)，变异系数(标准差与平均值的比值)都较大，这表示不同点灯周期内采集的数据波动较大，数据可靠性低，造成吸光度测量不准。

表1

用于解决技术问题的技术方法

本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于，提供一种能够确保采集的数据的可靠性的脉冲光信号采样方法，并提供使用这种采样方法的脉冲光源光谱仪。