专利名称：小型低功耗吸光度测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量仪器，特别涉及一种测量溶液中特定物质的吸光度的小型低功耗吸光度测量仪。该测量仪用以测量溶液中特定物质的吸光度即检测溶液中特定物质的浓度。
背景技术：
当光照射到某物质或某溶液时，光与物质作用，物质可对光产生不同程度的吸收。任何一种溶液，对不同波长的光的吸收程度是不相等的，不同浓度的同一种溶液，在某一定波长下吸光度也有差异。朗伯一比耳定律(Lambert — Beer)是光吸收的基本定律,是分光光度法定量分析的依据和基础。根据该定律当入射光波长确定时，溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。在分析化学领域中，分光光度测定法是一种应用范围很广的方法，例如检测水质中的亚硝酸盐、有机磷等污染物质。传统的检测方法是利用单一波长进行检测，但单波长测定法要求溶液本身透明，不能有浑浊，然而溶液在测定过程中会慢慢产 生浑浊，这样就无法正确测定。另外，单波长测定法对于吸收峰相互重叠的组份或背景很深的溶液，也难于得到正确的结果。采用双波长法则可较好地解决这些问题。现有的吸光度测量仪一般结构由光源、单色器、吸收池、检测器、显示器组成。工作时，根据双波长分光光度法，首先利用单色器分出两种波长的光，交替照射被测溶液，得到两种波长的吸光度比，这样就排除了环境等干扰因素，使得到的吸光度值更准确。然后将吸光度比值和参比溶液的吸光度相减，最后对相减得到的数据进行处理就可得到物质的浓度。在检测多种物质浓度时，可根据所检测物质的不同调整单色器得到不同波长。但对于针对性检测单一物质的浓度时，这种结构就显得复杂，在吸光度测量仪中目前常用的单色器有滤光片和光栅，其价格都较为昂贵，增加了仪器的成本，并使得仪器的功耗及体积较大，不便于携带，不适合于室外现场检测。另外，光源是测量仪中重要的耗电部件之一，而现有的吸光度测量仪在工作时，光源必须一直处于打开状态，使仪器的整体功耗较大。
发明内容本实用新型是针对现有的吸光度测量仪昂贵不便于携带的问题，提出了一种小型低功耗吸光度测量仪，结构简单、体积小、功耗低、便于携带。本实用新型的技术方案为一种小型低功耗吸光度测量仪，包括单片机，双光源，光电传感器，A/D转换器，温度传感器，功能按键，IXD液晶，串口通信，片外RAM存储器，光电传感器接收双光源I通过被测物质的的光信号后，光信号被转换为电信号送入A/D转换器转换后送入单片机，单片机接收处理数据后，送LCD液晶显示结果，同时将结果存储到片外RAM存储器，功能按键和温度传感器信号送入单片机，串口通信接单片机，实现单片机与上位机之间的数据传送，单片机输出控制信号到双光源和光电传感器，控制其工作。所述双光源直接采用双路LED作为光源，两个LED照射出的光保持在同一直线上前后放置，放置在前的LED选用无色透明外壳，以保证放置在后的LED光可透过，单片机控制双光源采用交替的方式照射待测溶液。所述光电传感器选用带前置放大的PIN-FET光电传感器，所述A/D转换器选用MAX187，单片机选用AT89C52。所述温度传感器选用单总线数字式温度传感器DS18B20，所述串口通信选用MAX202芯片，所述片外RAM9存储器选用32K低功耗静态RAM存储器62256。本实用新型的有益效果在于本实用新型小型低功耗吸光度测量仪，直接采用LED双路光源实现双波长检测法，连接电路十分简单易于操作，在节约成本的同时，又可使得仪器的整体体积小巧，便于外出测量时携带；双光源采用间歇性交替照射模式照射被测溶液，可节省能源使测量仪功耗更低，用于室外现场测量时，使用时间更为长久。
图I为本实用新型小型低功耗吸光度测量仪结构框图；图2为本实用新型小型低功耗吸光度测量仪中双光源光路结构图；图3为本实用新型小型低功耗吸光度测量仪中双光源点亮时序图。
具体实施方式
如图I所示小型低功耗吸光度测量仪结构框图，包括单片机5、双光源I、光电传感器2、A/D转换器3、温度传感器4、功能按键9、IXD液晶7、串口通信8、片外RAM存储器9九大部分，双光源I照射被测物质，光电传感器2接收双光源I通过被测物质的的光信号后，光信号被转换为电信号送入A/D转换器3转换后送入单片机5，单片机5接收处理数据后，送LCD 7液晶显示结果，同时将结果存储到片外RAM存储器9。仪器中带有功能键6，使仪器在不同模式工作。温度传感器4将温度信号送入单片机，根据温度的不同对吸光度进行相应的温度补偿计算，温度值也在IXD 7上显示。串口通信8实现单片机5与上位机之间的数据传送。如图2所示双光源光路结构图，双光源I部分直接采用双路LED作为光源，实现双波长检测法，两个LED波长选择方法是其一 LED2作为信号光1_2对应于被分析物质的吸收曲线峰值波长附近，其二作为LEDl作为参考光1-1，波长对应于被分析物质吸光度很小处，可以忽略不计。根据被分析物质的不同选择不同波长LED则可实现对不同物质浓度的检测即通过更换不同中心波长的LED实现针对某一物质的专用浓度检测仪。另外在选择LED灯时，需要确保LED2为无色透明外壳，当LED2不发光时，LEDl的光可以透过LED2外壳照射到待测溶液10。在实际连接时需使两个LED照射出的光尽量保持在同一直线上，这样光电传感器2接收到的信号才能更为准确。两个LED接地端采用共地的连接方法，另一端与单片机I/O 口相连，通过I/O 口控制LED发光。双光源I米用交替的方式照射待测溶液10,即同一时间只有一个LED发光,发光的LED也不是在其采集数据的周期内一直发光，而是根据需要在采集数据的周期内选取合适时长发光，达到节省功耗的效果。例如实际数据采集周期为2秒，两灯采集时间各占I秒，但在I秒的时间内，实际发光的时间仅为100毫秒，而在在点亮LED的IOOms时间内，可每IOms采集一次数据，共采集10组数据最后再做均值及温度补偿等数据处理。这样使最后得到的浓度值更为准确。其双光源点亮时序图如图3所示。其具体实现可通过编程时对单片机5定时器的定时和计数来实现。光电传感器2中选用带前置放大的PIN-FET光电传感器，该器件具有灵敏度高，线性度好，响应速度快，噪声低，暗电流小等特点。同时省去了自行设计前置放大器步骤，由于其输出级为电压跟随器，可以在前置放大器和后续放大器之间起到很好的缓冲作用，大大减少光电转换与后续电路之间的相互影响。由光电传感器2输出的模拟信号需要A/D转换器3转换成单片机识别的数字信号，送入单片机5才可对其进行分析。设计中选用MAX187 A/D转换器3，MAX187是12位串行A/D转换器，其转换速度快，体积小，功耗低，可以在单5V电源下工作，接收O 5V的模拟输入，通过一个外部时钟从内部读取数据，并可省去外部硬件而与绝大多数的微控制器通讯。由于温度影响吸光度，根据温度的不同可对吸光度进行相应的温度补偿计算使吸光度更为准确，故而温度传感器4是设计中必不可少的组成部分。选用DS18B20温度传感 器，DS18B20是单总线数字式温度传感器，集温度测量和A/D转换为一体，9位 12位A/D转换精度，温度测量范围为一 55 °C + 125 °C，测温分辨率可达O. 0625 °C，检测一般在室温下进行，DS18B20复合设计需求。单片机5将测试结果送IXD液晶7显示，IXD液晶7用于显示实时温度及吸光度，设计采用1602型字符型液晶显示器，能够同时显示16x2即32个字符。实际应用时，第一行可用于显示实时温度，第二行可用于显示吸光度值。功能键6可根据不同的需要进行设计，功能键6将需要的指令送单片机5，这里提供一个例子，设计3个外接功能按键，按键I功能为采集、存储数据并显示吸光度值；按键2功能为重新提取存储的数据、显示吸光度值，并将数据通过RS-232串口通信传给PC机；按键3功能为让单片机进入空闲模式，使仪器的功耗更小，通过复位键可使单片机重新工作。在串口通信8中选用MAX202芯片实现TTL与RS-232之间的电平转换。片外RAM存储器9选用62256，62256是32K低功耗静态RAM存储器。
权利要求1.一种小型低功耗吸光度测量仪，其特征在于，包括单片机，双光源，光电传感器，A/D转换器，温度传感器，功能按键，LCD液晶，串口通信，片外RAM存储器，光电传感器接收双光源I通过被测物质的的光信号后，光信号被转换为电信号送入A/D转换器转换后送入单片机，单片机接收处理数据后，送LCD液晶显示结果，同时将结果存储到片外RAM存储器，功能按键和温度传感器信号送入单片机，串口通信接单片机，实现单片机与上位机之间的数据传送，单片机输出控制信号到双光源和光电传感器，控制其工作。
2.根据权利要求I所述小型低功耗吸光度测量仪，其特征在于，所述双光源直接采用双路LED作为光源，两个LED照射出的光保持在同一直线上前后放置，放置在前的LED选用无色透明外壳，以保证放置在后的LED光可透过，单片机控制双光源采用交替的方式照射待测溶液。
3.根据权利要求I所述小型低功耗吸光度测量仪，其特征在于，所述光电传感器选用带前置放大的PIN-FET光电传感器，所述A/D转换器选用MAX187，单片机选用AT89C52。
4.根据权利要求I所述小型低功耗吸光度测量仪，其特征在于，所述温度传感器选用单总线数字式温度传感器DS18B20，所述串口通信选用MAX202芯片，所述片外RAM9存储器选用32K低功耗静态RAM存储器62256。
专利摘要本实用新型涉及一种小型低功耗吸光度测量仪，光电传感器接收双光源通过被测物质的的光信号后，光信号转换为电信号送入A/D转换器转换后送入单片机，单片机接收处理数据后，送LCD液晶显示结果，同时将结果存储到片外RAM存储器，功能按键和温度传感器将开关和温度信号送入单片机，串口通信接单片机，实现单片机与外界信号的互相通讯，单片机输出控制双光源和光电传感器工作。直接采用LED双路光源实现双波长检测法，连接电路十分简单易于操作，在节约成本的同时，又可使得仪器的整体体积小巧，便于外出测量时携带；双光源采用间歇性交替照射模式照射被测溶液，可节省能源使测量仪功耗更低，用于室外现场测量时，使用时间更为长久。
文档编号G01N21/31GK202471587SQ201220096088
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者何培忠, 杨澄 申请人:上海理工大学