专利名称：对光电倍增管的非线性响应进行修正的方法及基于该方法获得的光电探测器和分光光度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对光电倍增管的非线性响应进行修正的方法、一种光电探测器和一种分光光度计。
背景技术：
由于光电倍增管的半导体材料特性所致，使得光电倍增管不能把不同强度的光信号按线性比例转换为电信号，这就是光电倍增管的响应的非线性，由于光电倍增管自身的非线性所导致的系统误差，通常为0.3～0.5％左右。而光电倍增管主要用在分光光度计中，但由于光电倍增管的响应的非线性未能消除，使得分光光度计的透射比精确度低，只能达到0.3～0.5％的水平。透射比定义为透过样品的光强与入射到样品的光强之比。
发明内容
本发明的目的是解决目前光电倍增管的响应存在非线性问题以及由此导致的分光光度计的透射比精确度低的问题，提供了一种对光电倍增管的非线性响应进行修正的方法以及基于该方法获得的光电探测器和分光光度计。
一、对输入的宽谱段的光信号进行波长扫描，并于扫描过程中依次、实时地输出一系列不同单波长的光信号，G为正整数； 二、逐一对步骤一获得的G个不同单波长的光信号中的每一个光信号进行如下处理，获得G个不同单波长的非线性修正方程 二一、对待处理的单波长的光信号进行光强调制，得到K个不同光强的光信号； 二二、将步骤二一获得的K个不同光强的光信号依次输入到光电倍增管中，使得光电倍增管依次输出K个电信号，记录所述K个电信号的强度值以及该K个电信号中每个电信号所对应的输入到光电倍增管中的光信号的光强值； 二三、根据步骤二二获得的K个电信号的强度值以及该K个电信号中每一个电信号所对应的输入到光电倍增管中的光信号的光强值，绘制光-电响应曲线，所述光-电响应曲线纵坐标为入射到光电倍增管的光信号的强度，横坐标为光电倍增管输出的电信号强度； 二四、对步骤二三获得的光-电响应曲线进行线性修正，得到用于修正的非线性修正曲线，再对非线性修正曲线利用最小二乘法进行拟合，得到该单波长的非线性修正方程； 三、将特定单波长的光信号输入到光电倍增管中，在步骤二获得的G个不同单波长的非线性修正方程中选出与该特定单波长相匹配的方程，并利用选出的方程对光电倍增管输出的电信号进行修正，然后将修正后的电信号输出。
基于该方法获得的光电探测器，它包括光电倍增管和非线性响应修正器，光电倍增管的光信号输入端作为光电探测器的光信号输入端，光电倍增管的电信号输出端连接非线性响应修正器的电信号输入端，非线性响应修正器的电信号输出端作为光电探测器的电信号输出端；所述非线性响应修正器对接收到的电信号进行修正时所用的非线性响应修正方程为其中Iin为输入到非线性响应修正器的电信号的强度，Iout为非线性响应修正器输出的电信号的强度，A、B和C分别为实参数，且A∈(0.8，1)，B∈(0.9，2)，C∈(0.05，0.15)。
基于该方法获得的分光光度计，它由光源、单色仪、样品池、光电探测器和计算及显示装置组成，所述光电探测器由光电倍增管和非线性响应修正器组成；光源的输出端连接单色仪的光信号输入端，单色仪的光信号输出端连接样品池的光信号输入端，单色仪的电信号输出端连接非线性响应修正器的波长信号输入端和计算及显示装置的波长信号输入端，样品池的光信号输出端连接光电倍增管的光信号输入端，光电倍增管的电信号输出端连接非线性响应修正器的电信号输入端，非线性响应修正器的电信号输出端连接计算及显示装置的输入端。
另一种基于该方法获得的分光光度计，它由光源、样品池、单色仪、光电探测器和计算及显示装置组成，所述光电探测器由光电倍增管和非线性响应修正器组成；光源的输出端连接样品池的光信号输入端，样品池的光信号输出端连接单色仪的光信号输入端，单色仪的光信号输出端连接光电倍增管的光信号输入端，单色仪的电信号输出端连接非线性响应修正器的波长信号输入端，光电倍增管的电信号输出端连接非线性响应修正器的电信号输入端，非线性响应修正器的电信号输出端连接计算及显示装置的输入端。
本发明的对光电倍增管的非线性响应进行修正的方法，能够有效地对光电倍增管的非线性响应进修线性修正；本发明的光电探测器，能够很好的把不同强度的光信号按线性比例转换为电信号，抑制光电倍增管的响应的非线性；本发明的分光光度计的透射比精确度高，能够达到10-4水平。
图1为具体实施方式
二的光电探测器的结构示意图；图2为具体实施方式
五的光电探测器的结构示意图；图3为具体实施方式
七的分光光度计的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一本具体实施方式
的对光电倍增管的非线性响应进行修正的方法，它的过程如下 一、对输入的宽谱段的光信号进行波长扫描，并于扫描过程中依次、实时地输出一系列不同单波长的光信号，G为正整数； 二、逐一对步骤一获得的G个不同单波长的光信号中的每一个光信号进行如下处理，获得G个不同单波长的非线性修正方程 二一、对待处理的单波长的光信号进行光强调制，得到K个不同光强的光信号； 二二、将步骤二一获得的K个不同光强的光信号依次输入到光电倍增管中，使得光电倍增管依次输出K个电信号，记录所述K个电信号的强度值以及该K个电信号中每个电信号所对应的输入到光电倍增管中的光信号的光强值； 二三、根据步骤二二获得的K个电信号的强度值以及该K个电信号中每一个电信号所对应的输入到光电倍增管中的光信号的光强值，绘制光-电响应曲线，所述光-电响应曲线纵坐标为入射到光电倍增管的光信号的强度，横坐标为光电倍增管输出的电信号强度； 二四、对步骤二三获得的光-电响应曲线进行线性修正，得到用于修正的非线性修正曲线，再对非线性修正曲线利用最小二乘法进行拟合，得到该单波长的非线性修正方程； 三、将特定单波长的光信号输入到光电倍增管中，在步骤二获得的G个不同单波长的非线性修正方程中选出与该特定单波长相匹配的方程，并利用选出的方程对光电倍增管输出的电信号进行修正，然后将修正后的电信号输出。
具体实施方式
二结合图1说明本实施方式，本具体实施方式
的基于具体实施方式
一所述方法获得的光电探测器，它包括光电倍增管1和非线性响应修正器2，光电倍增管1的光信号输入端作为光电探测器的光信号输入端，光电倍增管1的电信号输出端连接非线性响应修正器2的电信号输入端，非线性响应修正器2的电信号输出端作为光电探测器的电信号输出端；所述非线性响应修正器2对接收到的电信号进行修正时所用的非线性响应修正方程为其中Iin为输入到非线性响应修正器2的电信号的强度，Iout为非线性响应修正器2输出的电信号的强度，A、B和C分别为实参数，且A∈(0.8，1)，B∈(0.9，2)，C∈(0.05，0.15)。
在本具体实施方式
中，光电倍增管1接收来自光源的光信号，该光信号经光电倍增管后转换为电信号，该电信号输入到非线性响应修正器2中，非线性响应修正器2利用非线性修正方程对该电信号进行修正，然后将修正后的电信号输出。
具体实施方式
三本具体实施方式
与具体实施方式
二不同的是，所述非线性响应修正方程为 本具体实施方式
对波长范围为400nm～500nm的光信号的修正效果最好。
具体实施方式
四本具体实施方式
与具体实施方式
二不同的是，所述非线性响应修正方程为 本具体实施方式
对波长范围为400nm～500nm的光信号的修正效果最好。
具体实施方式
五本具体实施方式
与具体实施方式
二不同的是，所述非线性响应修正方程为 本具体实施方式
对波长范围为400nm～500nm的光信号的修正效果最好。
具体实施方式
六结合图2说明本实施方式，本具体实施方式
与具体实施方式
二不同的是，它还包括一个单色仪3，单色仪3的光信号输入端作为光电探测器的光信号输入端，单色仪3的光信号输出端连接光电倍增管1的光信号输入端，单色仪3的电信号输出端连接非线性响应修正器2的波长信号输入端，光电倍增管1的输出端连接非线性响应修正器2的电信号输入端，非线性响应修正器2的电信号输出端作为光电探测器的电信号输出端；所述非线性响应修正方程为 在本具体实施方式
中，单色仪3对光源输出的宽谱段光信号进行波长扫描，并于扫描过程中依次、实时地输出一系列单波长的光信号给光电倍增管1，单色仪3输出每个波长的光信号的同时，将该波长的光信号的波长信息送入到非线性响应修正器2中，光电倍增管1将接收到的每个光信号转换为电信号后输出，输出的电信号由非线性响应修正器2接收；非线性响应修正器2根据接收的波长信息，选择对应波长范围的非线性响应修正方程，进而对接收到的电信号进行修正。
具体实施方式
七结合图3说明本实施方式，本具体实施方式
的基于具体实施方式
一所述方法获得的分光光度计，它由光源4、单色仪3、样品池5、光电探测器7和计算及显示装置6组成，所述光电探测器7由光电倍增管1和非线性响应修正器2组成；光源4的输出端连接单色仪3的光信号输入端，单色仪3的光信号输出端连接样品池5的光信号输入端，单色仪3的电信号输出端连接非线性响应修正器2的波长信号输入端和计算及显示装置6的波长信号输入端，样品池5的光信号输出端连接光电倍增管1的光信号输入端，光电倍增管1的电信号输出端连接非线性响应修正器2的电信号输入端，非线性响应修正器2的电信号输出端连接计算及显示装置6的输入端。
具体实施方式
八本具体实施方式
与具体实施方式
七不同的是，所述非线性响应修正器2内嵌有的非线性响应修正方程为 在本具体实施方式
中，首先取出样品池5中的样品，然后单色仪3对光源4输出的宽谱段光信号进行波长扫描，并于扫描过程中依次、实时地输出一系列单波长的光信号；在该系列单波长的光信号中，选择所需特定波长的光信号，使其直接入射到光电倍增管1中，同时，单色仪3将该特定波长的光信号的波长信息送入到非线性响应修正器2以及计算及显示装置6中；光电倍增管1将接收到的该特定波长的光信号转换为电信号，并将该电信号输出给非线性响应修正器2；非线性响应修正器2根据接收到的波长信息，选择对应波长的非线性响应修正方程，并利用该非线性响应修正方程对接收到的电信号进行修正，然后将修正后的电信号输出给计算及显示装置6；计算及显示装置6将此次接收到的电信号作为初值i0保存。
然后，放回样品池5中的样品，使得选择的特定波长的光信号经过样品池5后，再入射到光电倍增管1中，单色仪3将该特定波长的光信号的波长信息送给非线性响应修正器2；光电倍增管1将经过样品池5后的光信号转换为电信号后，再输出给非线性响应修正器2；非线性响应修正器2再次根据所接收到的波长信息选择对应波长的非线性响应修正方程，并利用该方程对此次接收到的电信号进行修正，然后将此次修正后的电信号输出给计算及显示装置6；计算及显示装置6将此次接收的电信号作为测试值it保存。
利用本具体实施方式
的分光光度计，选择单色仪输出的波长为λ的光信号，根据i0和it，可以计算待测样品对该波长的光信号的吸光度(或透射比)或样品纯度。通过计算待测样品对多个波长的吸光度(或透射比)，再以计算及显示装置6接收到的光信号的波长为横坐标、计算所得的待测样品对各波长的吸光度(或透射比)为纵坐标，可绘制待测样品的透射比随波长变化的曲线。本具体实施方式
的分光光度计，由于采用了包含非线性响应修正器的光电倍增管，可以准确测量样品对特定波长光信号的吸光度(或透射比)，是具有高精度的分光光度计。吸光度定义为透射比的负对数。
以上方式为定波长工作模式，本具体实施方式
还可采用波长扫描式工作模式，即对单色仪3输出的每一种波长的光信号分别按上述过程操作，即可得到待测样品对各个波长光信号的吸光度(或透射比)以及待测样品纯度等。
在本具体实施方式
中，待测样品为一套美国NBS的滤光片，分别属于适用于5种波长，且每种波长的滤光片各有3片，共计15片。利用本具体实施方式
的分光光度计对该套滤光片进行测量的结果如表一所示 表一
而美国证书显示的标准值如表二所示 表二
由此可见，本具体实施方式
的分光光度计具有很高的透射比精确度，可达10-4水平.。
具体实施方式
九结合图4说明本实施方式，本实施方式的基于实施方式一所述方法获得的分光光度计，它由光源4、样品池5、单色仪3、光电探测器7和计算及显示装置6组成，所述光电探测器7由光电倍增管1和非线性响应修正器2组成；光源4的输出端连接样品池5的光信号输入端，样品池5的光信号输出端连接单色仪3的光信号输入端，单色仪3的光信号输出端连接光电倍增管1的光信号输入端，单色仪3的电信号输出端连接非线性响应修正器2的波长信号输入端，光电倍增管1的电信号输出端连接非线性响应修正器2的电信号输入端，非线性响应修正器2的电信号输出端连接计算及显示装置6的输入端。
权利要求
1.对光电倍增管的非线性响应进行修正的方法，其特征在于它的过程如下
一、对输入的宽谱段的光信号进行波长扫描，并于扫描过程中依次、实时地输出一系列不同单波长的光信号，G为正整数；
二、逐一对步骤一获得的G个不同单波长的光信号中的每一个光信号进行如下处理，获得G个不同单波长的非线性修正方程
二一、对待处理的单波长的光信号进行光强调制，得到K个不同光强的光信号；
二二、将步骤二一获得的K个不同光强的光信号依次输入到光电倍增管中，使得光电倍增管依次输出K个电信号，记录所述K个电信号的强度值以及该K个电信号中每个电信号所对应的输入到光电倍增管中的光信号的光强值；
二三、根据步骤二二获得的K个电信号的强度值以及该K个电信号中每一个电信号所对应的输入到光电倍增管中的光信号的光强值，绘制光-电响应曲线，所述光-电响应曲线纵坐标为入射到光电倍增管的光信号的强度，横坐标为光电倍增管输出的电信号强度；
二四、对步骤二三获得的光-电响应曲线进行线性修正，得到用于修正的非线性修正曲线，再对非线性修正曲线利用最小二乘法进行拟合，得到该单波长的非线性修正方程；
三、将特定单波长的光信号输入到光电倍增管中，在步骤二获得的G个不同单波长的非线性修正方程中选出与该特定单波长相匹配的方程，并利用选出的方程对光电倍增管输出的电信号进行修正，然后将修正后的电信号输出。
2.基于权利要求1所述方法获得的光电探测器，其特征在于它包括光电倍增管(1)和非线性响应修正器(2)，光电倍增管(1)的光信号输入端作为光电探测器的光信号输入端，光电倍增管(1)的电信号输出端连接非线性响应修正器(2)的电信号输入端，非线性响应修正器(2)的电信号输出端作为光电探测器的电信号输出端；所述非线性响应修正器(2)对接收到的电信号进行修正时所用的非线性响应修正方程为其中Iin为输入到非线性响应修正器(2)的电信号的强度，Iout为非线性响应修正器(2)输出的电信号的强度，A、B和C分别为实参数，且A∈(0.8，1)，B∈(0.9，2)，C∈(0.05，0.15)。
3.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于所述非线性响应修正方程为
4.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于所述非线性响应修正方程为
5.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于所述非线性响应修正方程为
6.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于它还包括一个单色仪(3)，单色仪(3)的光信号输入端作为光电探测器的光信号输入端，单色仪(3)的光信号输出端连接光电倍增管(1)的光信号输入端，单色仪(3)的电信号输出端连接非线性响应修正器(2)的波长信号输入端，光电倍增管(1)的输出端连接非线性响应修正器(2)的电信号输入端，非线性响应修正器(2)的电信号输出端作为光电探测器的电信号输出端；所述非线性响应修正方程为
7.基于权利要求1所述方法获得的分光光度计，其特征在于它由光源(4)、单色仪(3)、样品池(5)、光电探测器(7)和计算及显示装置(6)组成，所述光电探测器(7)由光电倍增管(1)和非线性响应修正器(2)组成；光源(4)的输出端连接单色仪(3)的光信号输入端，单色仪(3)的光信号输出端连接样品池(5)的光信号输入端，单色仪(3)的电信号输出端连接非线性响应修正器(2)的波长信号输入端和计算及显示装置(6)的波长信号输入端，样品池(5)的光信号输出端连接光电倍增管(1)的光信号输入端，光电倍增管(1)的电信号输出端连接非线性响应修正器(2)的电信号输入端，非线性响应修正器(2)的电信号输出端连接计算及显示装置(6)的输入端。
8.根据权利要求7所述的基于权利要求1所述方法获得的分光光度计，其特征在于所述非线性响应修正器(2)内嵌有的非线性响应修正方程为
9.基于权利要求1所述方法获得的分光光度计，其特征在于它由光源(4)、样品池(5)、单色仪(3)、光电探测器(7)和计算及显示装置(6)组成，所述光电探测器(7)由光电倍增管(1)和非线性响应修正器(2)组成；光源(4)的输出端连接样品池(5)的光信号输入端，样品池(5)的光信号输出端连接单色仪(3)的光信号输入端，单色仪(3)的光信号输出端连接光电倍增管(1)的光信号输入端，单色仪(3)的电信号输出端连接非线性响应修正器(2)的波长信号输入端，光电倍增管(1)的电信号输出端连接非线性响应修正器(2)的电信号输入端，非线性响应修正器(2)的电信号输出端连接计算及显示装置(6)的输入端。
全文摘要
对光电倍增管的非线性响应进行修正的方法及基于该方法获得的光电探测器和分光光度计，它涉及一种对光电倍增管的非线性响应进行修正的方法、一种光电探测器和一种分光光度计，它解决了目前光电倍增管的响应存在非线性的问题以及由此导致的分光光度计的透射比精确度低的问题。本发明的方法，通过修正光电倍增管的光-电响应曲线，得到修正方程，从而可修正光电倍增管输出的电信号；本发明的光电探测器，由光电倍增管和非线性响应修正器组成；本发明的分光光度计，由光源、单色仪、样品池、光电探测器和计算及显示装置组成。本发明的光电探测器可用于高精度光电探测，本发明的分光光度计可用于对物质进行定性、定量的分析及相应的光学测量。
文档编号G01J1/02GK101728207SQ20091007338
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者陈陟岗 申请人:陈陟岗