CN101893548A - 一种基于液晶器件的新型智能旋光仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于液晶器件的新型智能旋光仪及测试方法，在未加物质时调整起偏器和检偏器正交并固定；在旋光管中加入旋光物质后，由光源发出的光依次通过起偏器、液晶片、用来装待检测物质的旋光管、检偏器到达光电池，光电池输出信号被处理后，得到检测出旋光物质的旋转角，并被显示，利用液晶片替代了传统旋光仪中的法拉第线圈，同时省去了电机及相应的伺服电路和机械传动部分，降低了仪器的成本和体积，并且结合DSP技术，既提高了对信号的处理能力，还能够通过触摸屏设定不同的测量模式，提高了仪器的智能化程度和测量准确度。

Description

一种基于液晶器件的新型智能旋光仪及测试方法

技术领域

本发明涉及一种检测设备，特别涉及一种基于液晶器件的新型智能旋光仪及测试方法。

背景技术

线偏振光通过某些光学活性化合物或其溶液时，其偏振面会绕着光轴发生偏转的现象称为旋光现象，旋转的角度称为旋光度。在一定条件下，检测偏振面经旋光溶液后旋转的角度，就可以测定旋光溶液的浓度。近年来，医药、食品加工、有机化工和生化分析等领域都涉及到旋光分析法。

目前应用的数字旋光仪主要是由光、电、机械结合的方式来测量旋光度。其起偏器与检偏器初始调整在正交状态，光电倍增管接收到的是光强最暗点即光学零点。当加入待测物质后，光矢量发生偏转，由于法拉第磁光调制的原因，光矢量由光电倍增管接受转化为电信号，通过选频放大驱动电机转动，电机转动带动涡轮传动调整起偏器使之与检偏器正交重新达到光学零点，起偏器或检偏器转过的角度就是物质的旋光度。该检测方法需要有法拉第磁光调制系统、机械转角系统和转角测量系统。其体积大、成本高、系统复杂，机械结构的复杂性也导致测量的准确性降低。

发明内容

本发明是针对现在的数字旋光仪成本高，结构复杂、测量精度低的问题，提出了一种基于液晶器件的新型智能旋光仪及测试方法，利用液晶片替代了传统旋光仪中的法拉第线圈，同时省去了电机及相应的伺服电路和机械传动部分，降低了仪器的成本和体积，并且结合DSP技术，即提高了对信号的处理能力，还能够通过触摸屏设定不同的测量模式，提高了仪器的智能化程度和测量准确度。

本发明的技术方案为：一种基于液晶器件的新型智能旋光仪，包括光路部分和电路部分，光路部分依次包括光源、起偏器、液晶片、用来装待检测物质的旋光管、检偏器和光电池；电路部分依次包括光电池、前置放大单元、滤波放大单元、DSP单元和触摸屏显示单元；还包括连接液晶片和DSP单元的信号发生器单元，起偏器与检偏器置于正交位置，DSP单元控制信号发生器单元产生信号到液晶片内。

一种基于液晶器件的新型智能旋光仪测试方法，包括基于液晶器件的新型智能旋光仪，包括如下具体步骤：

1)在旋光管内未加物质时调整起偏器和检偏器正交并固定；

2)在旋光管中加入旋光物质后，由光源发出的光依次通过所述光路部分到达光电池，由DSP单元控制信号发生器单元产生信号，使光路部分中液晶片内的液晶分子的偏振化方向改变，线偏振光通过液晶片后形成偏振面周期性变化的偏振光，从光电池输出一个带有由于旋光物质的旋转角引起的交流信号；

3)该交流信号依次通过电路部分到达DSP单元进行采集和处理，检测出旋光物质的旋转角；

4)DSP单元对数据处理后由触摸屏显示最后的测量值。

本发明的有益效果在于：本发明基于液晶器件的新型智能旋光仪及测试方法，去除现在数字旋光仪的法拉第线圈和机械部分，降低成本、减小体积、提高测量精度。

附图说明

图1为本发明基于液晶器件的新型智能旋光仪原理框图；

图2为本发明未加旋光物质，经过液晶片后的偏振化方向图；

图3为本发明加入旋光物质，经过液晶片后的偏振化方向图；

图4为本发明未加旋光物质时的波形图；

图5为本发明加入旋光物质时的波形图。

具体实施方式

如图1所示一种测量旋光物质旋光特性的旋光仪，包括光路部分和电路部分，光路部分依次包括光源1、起偏器2、液晶片3、用来装待检测物质的旋光管4、检偏器5和光电池6；电路部分依次包括光电池6、前置放大单元11、滤波放大单元10、DSP单元9和触摸屏显示单元8；还包括连接液晶片3和DSP单元9的信号发生器单元7。起偏器2与检偏器5调至正交位置，由DSP单元9控制信号发生器单元7产生信号，使液晶片3内的液晶分子的偏振化方向改变，线偏振光通过液晶片3后形成偏振面周期性变化的偏振光。

由马吕斯定律可知，当起偏器2和检偏器5偏离正交位置θ角时，透过检偏器5的光强为：I＝TI₀sin²θ(1)式中，T为系统及被测旋光溶液的透过率，I₀为通过起偏器后的线偏振光的光强。

在正交的起偏器2和检偏器5间加入液晶片6和α旋光度的待测旋光溶液后，结果可以等效地看成两偏振片偏离正交位置θ角，偏振化方向如图3所示，OP、OQ分别为起偏器2及检偏器5所在的位置：θ＝α+βsin(ωt)(2)则透过检偏器5的光强为：I＝TI₀sin²[α+βsin(ωt)](3)式中：α为旋光物质的旋光度，β为液晶片3调制偏振面的幅值，与信号发生器7产生的信号有关，ω为其调制角频率，t表示时间。

若设被测物质产生的旋光角及调制振幅较小，即|α|≤1及|β|≤1，则(3)可以近似表示为：I＝TI₀×[α+βsin(ωt)]²(4)

当在相互正交的起偏器2与检偏器5之间没有旋光物质，即α＝0时，I＝TI₀β²sin²(ωt)

$=\frac{1}{2}{\mathrm{TI}}_0{\mathrm{\β}}^2-\frac{1}{2}{\mathrm{TI}}_0{\mathrm{\β}}^2\cos \left(2\mathrm{\ωt}\right)---\left(5\right)$

当在相互正交的起偏器2与检偏器5之间存在旋光物质，即α≠0时，I＝TI₀×[α+βsin(ωt)]²＝TI₀×[α²+2αβsin(ωt)+β²sin²(ωt)](6)

分析(5)(6)式可知，当在相互正交的起偏器2与检偏器5之间有旋光物质及没有旋光物质时所得到的光强信号是不同的。不加旋光物质时，得到的光强信号只含有直流分量和角频率为2ω的交流分量；而当在相互正交的起偏器2与检偏器5之间存在旋光物质时，得到的光强信号除含有直流分量和角频率为2ω的交流分量外，还含有ω角频率的交流分量，这些信号的合成为一角频率为ω的周期信号。图4为不加旋光物质时，光强在偏振面处于图2中OB及OC位置时最大，在OP位置为暗点。图5为在两正交偏振片间加入旋光物质后，光强在偏振面处于图3中OC’位置时最大，OB’位置时次极大，在OP位置为暗点。

分析这两个信号我们发现，当加入旋光物质后输出的波形发生了很大的变化，而正是由于旋光物质使偏振面发生偏转而引起的，所以我们利用DSP技术对输出信号进行采集和处理，就可以检测出旋光物质的旋转角。

测量方法，其步骤如下：1)在未加物质时调整起偏器2和检偏器5正交并固定；2)在旋光管4中加入旋光物质后，由光源1发出的光通过所述光路部分到达光电池6，从光电池6出来的是一个交流信号；3)该交流信号的波形与不加旋光质时的信号之间存在区别，如图5所示，此差异正是由于旋光质的旋转角引起的，所以我们利用DSP技术对输出信号进行采集和处理，就可以检测出旋光物质的旋转角；4)根据用户之前设置的参数，由触摸屏8显示出最后的测量值。

Claims (2)

1.一种基于液晶器件的新型智能旋光仪，其特征在于，包括光路部分和电路部分，光路部分依次包括光源、起偏器、液晶片、用来装待检测物质的旋光管、检偏器和光电池；电路部分依次包括光电池、前置放大单元、滤波放大单元、DSP单元和触摸屏显示单元；还包括连接液晶片和DSP单元的信号发生器单元，起偏器与检偏器置于正交位置，DSP单元控制信号发生器单元产生信号到液晶片内。

2.一种基于液晶器件的新型智能旋光仪测试方法，包括基于液晶器件的新型智能旋光仪，其特征在于，包括如下具体步骤：

1)在旋光管内未加物质时调整起偏器和检偏器正交并固定；

2)在旋光管中加入旋光物质后，由光源发出的光依次通过所述光路部分到达光电池，由DSP单元控制信号发生器单元产生信号，使光路部分中液晶片内的液晶分子的偏振化方向改变，线偏振光通过液晶片后形成偏振面周期性变化的偏振光，从光电池输出一个带有由于旋光物质的旋转角引起的交流信号；

3)该交流信号依次通过电路部分到达DSP单元进行采集和处理，检测出旋光物质的旋转角；

4)DSP单元对数据处理后由触摸屏显示最后的测量值。

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