[发明专利]单色仪

说明书

本发明涉及单色仪，主要用于分析如分光广度计和比色计的仪器。

广泛使用的单色仪用于分析仪器，包括：如衍射光栅的光散射单元用于相对于波长散射光；驱动机械装置用于旋转光散射单元；细缝用于从散射光提取单色光；光检测器用于检测由细缝提取的单色光并产生对应检测到的单色光波长的信号。

在使用这种单色仪的分光光度计中，通常可用的有两种分析方法：波长扫描分析法和时间过程分析法。在波长扫描分析法中，当光散射单元在预置角度旋转时，来自光检测器的信号被取样，同时获得在预置波长范围(波长扫描范围)内的光谱。如果需要，重复数次这样的波长扫描。另一方面，在时间过程分析法中，光散射单元被固定在对应于对象波长的某一角度位置，测量对象波长的光强度相对于时间的变化。

实际上使用了几种驱动机械装置：一种使用正弦杆机械装置把平移运动转换成为旋转运动；一种使用步进电机和减速齿轮的开环回路控制；一种使用直流伺服电机的闭环回路控制。当使用衍射光栅作为光散射单元时，它的旋转范围通常设定在20-30度。

在上面论述的三种类型的驱动机械装置中，使用正弦条和使用步进电机的机械装置有一个共同的缺点，即，波长扫描要求长时间。有时，需要几十秒钟才能完成一周波长扫描。此外，在这些机械装置中，因为不能检测到光散射单元的旋转位置，如果电机的控制值和电机的实际角度位置之间的关系一旦畸变，例如，由于驱动机械装置相对于时间的退变，偏差可以容易地在实际获得的单色光的波长和对象波长之间发生。

在直流伺服电机机械装置中，高速波长扫描是可能的，因为光散射单元的旋转位置总是被检测到，所以没有这样的偏差发生。但是，通常获得的直流伺服电机(或类似的电机)被设计为连续不断地旋转(即，旋转超过360度)。当这种电机被用来在小角度范围(即上述20-30度)旋转光散射单元时，在这样小的角度范围内，稳定光散射单元的旋转速度是困难的。除此之外，在这样小的范围内，如果电机前后重复地旋转，则旋转速度很难正确地再现。

本申请的发明人已经在日本专利申请号平10-124167(公开号平11-304587)中提出了一种新的单色仪用于解决上述问题，在该申请中，光散射单元由包括线性电机和位置检测器(编码器)的机械装置驱动。由于驱动机械装置的缘故，单色仪的波长扫描分析的效率和准确性大大改善。新的驱动机械装置还有一个优点，即，与常规机械装置比较成本很低。

上面论述的专利申请的单色仪目的是改善波长扫描分析的效率和准确性，但不适用时间过程分析。因此，本发明的目的是进一步改善使用线性电机驱动光散射单元的单色仪的效率和准确性。

本发明的单色仪包括：在轴附近旋转的光散射单元；线性电机，用于旋转环绕轴的光散射单元；编码器，用于产生代表光散射单元的旋转位置的信号，该信号没有平坦部分的波形；以及，控制器，用于检测基于由编码器产生的信号的光散射单元的旋转位置和用于控制线性电机。

本发明单色仪的一个特征是由编码器产生的信号波形没有平坦部分。这意味着在作为光散射单元的旋转位置的横坐标上和作为信号强度的纵坐标上，信号的图形没有平坦的部分。或可以说，如果光散射单元的旋转位置稍微变化一点，信号的强度肯定变化。

当然，检测光散射单元的位置等于检测固定连接到光散射单元的任何部件。例如，在下面的实施例中，光散射单元被安装在一个轴上，轴被固定到臂的一端，该臂由线性电机驱动。光散射单元的旋转位置可以在光散射单元和线性电机之间的任何位置被检测到，所以编码器可以放置在它们之间的任何位置上。

使用线性电机作为驱动设备驱动光散射单元，本发明的单色仪甚至以高速的稳定速度不变地旋转光散射单元。使用上述的编码器，检测光散射单元的旋转位置的准确性与常规装置比较得到了很大的改善。因此，使用本发明单色义的分光光度计在波长扫描分析和时间过程分析中具有较高的效率和准确性。

图1是本发明单色仪实施例的平面图。

图2是图1横切线II-II的单色仪的横截面图。

图3A是码轮的放大图。

图3B显示在码轮中的纵向位置和发射之间的关系波形。

图4A是编码器的输出信号的波形。

图4B是图4A波形的部分放大波形。

图5是单色仪的控制系统的方块图。