[发明专利]一种基于差动过零检测的旋光仪及测量方法

说明书

一种基于差动过零检测的旋光仪及测量方法，它包括从一侧至另一侧依次设置的光源、起偏器、样品管、棱镜、光电转换器，其中，光电转换器包括第一光电转换器、第二光电转换器；第一光电转换器、第二光电转换器的输出端均与电路处理单元中的差分放大电路的输入端连接；电路处理单元包括差分放大电路、与差分放大电路输出端连接的选频电路、与选频电路输出端连接的包络检波电路、与包络检波电路输出端连接的A/D转换电路，电路处理单元的输出端与处理器单元的输入端连接；包括信号发生电路，信号发生电路的信号输出端分别与光源、电机的受控端连接，电机的转子轴与起偏器连接。本发明针对传统的旋光仪功耗大、测量精度易受到干扰的问题，提出了一种基于差动过零检测的旋光仪及测量方法。

技术领域

本发明涉及一种检测旋光仪，特别涉及一种基于差动过零检测的旋光仪及测量方法。

背景技术

线偏振光通过某些光学活性化合物或其溶液时会发生旋光现象，即线偏振光的振动面会绕着光轴发生偏转，偏转的角度称为旋光度。旋光分析法(简称旋光法)是利用线偏振光，通过含有化学活性物质的溶液或液体时引起旋光现象，使通过的偏振光的振动平面向左或向右旋转。因此，在一定条件下，利用检测线偏振光通过某些物质后振动面旋转的方向和度数来分析某些化合物的旋光性，或检测化合物的杂质、纯度和含量。用于测量旋光度的仪器，被称为旋光仪。旋光法多用于测定糖浓度，近年来，旋光法也逐渐运用于制药、食品加工、化工和生化分析等领域。

根据毕奥定理，物质旋光度的大小与物质的温度和线偏振光的波长有关。有些物质的旋光度随温度的升高而增加，如石英等。而有些物质的旋光度随温度的升高而减小，如蔗糖等。此外，线偏振光的波长不同，对应的旋光度也不同。

旋光质的旋光度α(线偏振光经物质后振动面沿传播方向转过的角度)与旋光物质溶液体积百分比浓度C及偏振光所通过的溶液长度L成正比，α＝kCL，其中C为g/100ml， L为mm。

传统的旋光仪的结构原理示意图如图1所示，光源1采用钠光灯，经小孔光阑2、物镜3后可以得到一束较为简单的平行光，平行光经起偏器4后成为线偏振光，其振动平面为OO如图2(a)，当偏振光经法拉第线圈5时，由于磁致旋光，使线偏振光的振动平面产生50Hz往复摆动的β角如图2(b)，光线经过滤色片7、检偏器8后投射到光电倍增管9上，产生交变的电信号，当通过装有样品的样品管6后的偏振光振动面旋转度如图2(c)，仪器示数平衡后起偏器4反向转过α₁度补偿了样品的旋光度，如图2(d)，光电倍增管9接收的信号通过前置放大器10、自动高压电路11后再通过选频放大器12、功率放大器13输出，驱动伺服电机14。

图3为现有技术中法拉第线圈工作原理的曲线示意图，如图3所示，仪器以起偏器4、检偏器8光轴正交时(即OO丄PP)作为光学零点，样品管中未放入旋光物质，此时α＝0°。法拉第线圈5产生以频率为50Hz的β角摆动(图3(a))，在光电转换器得到100Hz 的电信号(图3(d))，当样品管中放入有α₁度或α₂度的试样时光电转换器得到50Hz的电信号(图3(b)、(c))，但它们的相位正好相反(图3(e)、图3(f))。因此，能使工作频率为 50Hz的伺服电机转动。伺服电机14通过蜗轮蜗杆15将偏振镜4转过α(α＝α₁或α＝α₂)，仪器回到光学零点，伺服电机14在100Hz信号的控制下，重新出现平衡指示。

综上所述，这种测旋光度的方法是采用法拉第线圈调制光信号，但法拉第线圈的工作电压高，功耗大，体积大，且调制频率为50Hz，频率低，易受工频干扰，严重影响测量精度。另外该方法中采用的光源为钠光灯，功耗较大，易老化。

发明内容

本发明针对传统的旋光仪功耗大、测量精度易受到干扰的问题，提出了一种基于差动过零检测的旋光仪及测量方法。

为达到上述目的，本发明的设计方案是：