[发明专利]一种分离波长快速选择的串行控制系统

说明书

技术领域

本发明属于光谱仪器技术领域，具体地说，本发明涉及一种分离波长快速选择的串行控制系统。

背景技术

差分吸收和波长对测量方法是光谱学测量中的重要方法。为进行大气臭氧总量全球分布的测量，美国利用波长对测量技术从上世纪70年代末开始研制臭氧总量绘图谱仪(TOMS)。为实现对各探测波长的快速测量，该仪器采用固定光栅、阵列式出射狭缝光谱仪和波长选择盘，由单个光电探测器对6个分离波长的信号按时序进行测量。这里，实现测量信号与探测波长的准确同步是整机成败的关键。现行的做法是(见参考文献1：N81-22393，Multi-Channel Chopper System for Total Ozone Mapping Spectrometer)由时钟给出基准频率，通过锁相电路使无刷电机转速稳定，波长选择盘与时钟同步、并以固定相位和出射狭缝锁定，实现探测波长与出射狭缝的同步。这种控制系统的主要问题是对波长选择盘转动的稳定性和锁相精度要求高，即对时钟、锁相电路、无刷电机和波长选择盘这一机电系统要求精确同步、且以固定相位和出射狭缝精确锁定。当波长选择盘与出射狭缝的相位发生变化时或波长选择盘转速不稳定时，都将会造成测量信号与探测波长不同步，这将会引起探测信号的测量错误、丢失、甚至造成整机的失效。根据雨云-7卫星臭氧总量绘图谱仪的运行结果表明，波长选择盘锁相精度的降低、使测量信号与探测波长不同步是该仪器资料丢失和最终完全失效的重要原因(见参考文献2：NASA RP-1384，Nimbus-7 Toatal Ozone Mapping Spectrometer(TOMS)Data Products User’s Guide，1996，Section 4.7)。

发明内容

因此，本发明的目的是克服现有技术在进行分离波长快速测量时，测量信号与探测波长易产生不同步的问题，提出一种不受波长选择盘转动稳定性影响、测量信号与探测波长长期同步、稳定可靠的波长选择盘-采样脉冲-AD采集的串行控制系统。

为实现上述发明目的，本发明提供的分离波长快速选择的串行控制系统包括驱动电路、直流无刷电机、波长选择盘、位置传感器、光电探测器以及信号处理单元；所述驱动电路用于驱动直流无刷电机，所述直流无刷电机用于带动所述波长选择盘转动；光谱仪的出射狭缝阵列和所述光电探测器分别位于所述波长选择盘的两侧；所述波长选择盘具有波长选择孔和采样脉冲齿，所述波长选择孔是具有一定张角和宽度的通孔，各波长选择孔的张角彼此不重叠，各波长选择孔距所述波长选择盘的转轴的距离与光谱仪的出射狭缝阵列中对应于不同波长的出射狭缝的位置相对应；所述采样脉冲齿位于所述波长选择盘的边缘处，并且所述采样脉冲齿与各波长选择孔一一对应；所述位置传感器靠近所述波长选择盘的边沿，用于检测所述采样脉冲齿；所述位置传感器和光电探测器将信号传输给所述信号处理单元。

上述技术方案中，所述波长选择盘安装在直流无刷电机的转轴上，波长选择盘的轴线与直流无刷电机的转轴重合，并放置在光谱仪出射狭缝后，紧靠出射狭缝处。

上述技术方案中，所述波长选择孔呈弧形。

上述技术方案中，所述波长选择孔的宽度大于所述光谱仪的出射狭缝的缝宽。

上述技术方案中，所述采样脉冲齿、所述波长选择孔的开始处以及所述波长选择盘的中心位于同一直线上。

上述技术方案中，所述采样脉冲齿是位于所述波长选择盘边缘的缺口。

上述技术方案中，所述波长选择盘分为空闲区和波长选择区；所述空闲区和波长选择区各占有一定张角，所述波长选择孔均位于所述波长选择区的张角内。

本发明具有如下技术效果：对采用单个光电探测器测量多个分离波长的光谱仪而言，利用本波长选择盘-采样脉冲-AD采集的串行控制系统，使测量信号与探测波长长期稳定可靠同步。通过波长选择盘上同时载有波长选择孔和采样脉冲齿的设计，使采样脉冲齿和波长选择孔具有按设计要求完全同步，有效地消除了波长选择盘转速稳定性对测量信号与探测波长同步的影响。即使当环境条件或直流无刷电机、驱动电路参数变化，使直流无刷电机转速变化和不稳定时也不会造成资料的丢失，从而提高了资料的获取率和整机的可靠性。由于本系统探测波长的更换靠波长选择盘的转动完成，从而实现了探测波长的快速选择。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是本发明波长选择串行控制系统的原理示意图；

图2是本发明波长选择盘示意图；

图3是本发明的信号采集部分程序流程图。