[发明专利]一种数字旋光仪

说明书

技术领域：

本发明属于测量技术领域，特别是涉及一种测定溶液或液体旋光度的数字旋光仪。

技术背景：

目前在医药、化工、食品、科研等行业广泛应用旋光仪测定溶液或液体的旋光度(如糖、尿、酒石酸等)，其原理和方法是：利用平面偏振光通过旋光物质时其偏振面将发生旋转(有左旋的，也有右旋的)，其转角大小视物质本身和光的波长而异，并与偏振光所透过的厚度成正比；对于溶液来说，还与其浓度成正比。测定偏振面旋转的办法是将两个人造偏振片放在光路上，一个作为起偏器，另一个作为检偏器。在未放进旋光物质时，以光心为转轴，将检偏器的振动面调节至与起偏器振动面相互垂直(若平行时产生亮视场)，此时经起偏器的偏振光将完全不能通过检偏器。因而视场是黑暗的。如将待测的旋光物质放在起偏和检偏器之间，则由于起偏后的偏振光经过旋光物质后其偏振面发生了一定角度的旋转，因而视场不是全暗的。要使视场重变黑暗，必须将检偏器旋转同样一角度，这个角度即偏振面旋转的角度，也就是该旋光物质的旋光度。

现时大量使用的旋光仪只有两种：一种是手动调节检偏器旋转，人工观察视场及读取手动盘上角度刻度。另一种是自动旋光仪，它是由光电倍增管获取复合(视场)电信号后，经过一系列模拟放大、选频识别、相位旋向识别，光、电调制与处理后，再由伺服电动机经过蜗轮付带动标有刻度、附有遮光计数装置的检偏器轴旋转，完成光学调零，旋向旋度读数等自动测量的。

综上所述，用上手动方法测量，除始终存在肉眼误差外，还可由多种途径产生：如旋光仪上读数为右旋60度，究竟是直接右旋了60度，还是左旋了120度或300度.基于这些问题存在，手动旋光仪上的一次读数不能正确无误地给出物质的旋光度。现时在实际应用中，人们不得不采用不同浓度的溶液或采用不同长度的样品管至少再测定一次。才能确定其旋光方向和旋光度。因此，这种方法既浪费试样，又易产生误差，同时又费时费力，操作复杂。自动指示旋光仪因由光电倍增，前置放大，功率放大，选频识别，自动高压，光学调制以及电子调制、解调，遮光计数器，法拉弟效应磁旋线圈等组成，也存在结构复杂，调整整定点多，故障率高，维修困难等问题。纵观国内外众多企业，近年来虽然采用了单片机技术，推出了数字旋光仪新产品，但都是千篇一律地将原有仪器的旋转刻度盘示数改为条形齿盘旋转遮光，产生光电脉冲，由单片机计数输出数字显示，或投影光标指示等，其中的单片机及其软件都未用于旋转控制、处理测量数据，增设的计算机接口也只是方便与计算机连接读取数据。

发明内容：

本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种低成本、易维修、高精度数字旋光仪，结合软件技术，在省去光电倍增，前置放大，功率放大，选频识别，自动高压，测速发电机，光学调制器，同步电动机，电子调制、解调器，遮光计数器以及法拉弟效应磁旋线圈等元器件、零部件的同时，降低了仪器成本，并提高了整机性能及技术指标。

本发明的技术解决方案是一种应用颜色传感器取代传统仪器用人工观察、光电倍增管获取视场亮度信号；其特征在于它是运用由测量视场出现角度变化的偏振光射入颜色传感器，引起其输出的R、G、B、L值变化(RGBL分别代表颜色传感器采集红绿蓝三基色色度和合成亮度输出的脉冲个数且在0-255范围内)的方法进行测量的；它是通过内嵌小操作系统、测量软件的单片机驱动步进电机，带动经蜗轮付减速的检偏器旋转，使检偏器光轴偏离与起偏器光轴正交位置的角度α发生变化，由马吕斯定律：

I＝KφS²α

可知射入检偏器的光强将发生变化；读取颜色传感器采集视场光强输出的与检偏器旋转角度——对应(两光轴平行即α＝π/2时L值出现最大，两光轴正交即α＝0时R、G、B值都等于零)的R、G、B、L脉冲数，依据该读数实现光源预热测定(即L≠0的稳定值)，光学调零(两光轴正交位置R、G、B值都等于零)，判定旋转方向，测量旋角。

1)、光源经聚光镜、滤色镜、起偏器后，变成平面偏振光，再经测试样品管、通过检偏器、物镜、目镜后，到达颜色传感器上。由单片机读取颜色传感器采集的红绿蓝三基色色度和亮度输出的脉冲个数后，再经内嵌测量软件的单片机处理，确认光源(亮度)L值合格后，再启动下一测试程序，发出驱动步进电机旋转方向电平(高电平为顺时钟方向)和角度脉冲。

2)、由单片机控制步进电机，经蜗轮付减速后带动检偏器旋转至颜色传感器输出R＝0、G＝0、B＝0值时，停止步进电动机转动，完成光学调零。