一种吸光度测量电路的制作方法

本发明涉及吸光度测量技术领域，具体涉及一种吸光度测量电路。

背景技术

近年来，在环境监测、化工分析、医药学、生物学、分析仪器等众多领域大量使用吸光光度法、比色分析法、光电比色法等分析方法来对物质进行定性、定量分析，这些分析方法都是基于朗伯一比尔这一基本定律。朗伯一比尔定律(lambert-beerlaw)是分光光度法的基本定律，是描述物质对某一波长光吸收的强弱(吸光度)与吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系。在朗伯一比尔定律中最关键的是测量物质的吸光度，物质吸光度测量的准确性将直接影响到仪器的分析结果。

在现有技术方案中，绝大部分对吸光度的测量都是使用分光光度计、比色皿、光谱仪等装置配合多路高性能的ad采集电路来对入射光强和透射光强进行测量，然后把测量得到的光强电压传送给软件计算平台，软件计算平台再通过复杂的计算来得到物质的吸光度。

发明人发现，这种技术方案高度依赖软件平台，对运算平台的性能要求较高，响应时间慢，需要多路高性能的ad采集电路，实现复杂，需要软件开发人员和运算平台成本高。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种吸光度测量电路，不需要软件开发人员与软件平台以及多路高性能的ad采集电路，而直接测量物质的吸光度。

本发明实施例提供了一种吸光度测量电路，包括：

入射光强测量电路，测量光线通过物质前的入射光强电压；

透射光强测量电路，测量光线通过物质后的透射光强电压；

log运算电路，转换所述入射光强电压和所述透射光强电压为入射光强电流和透射光强电流，计算所述入射光强电流和所述透射光强电流的比值的以10为底的对数，得到物质的第一吸光度；

运算放大电路，按照预设的增益对所述物质的第一吸光度进行放大处理得到物质的第二吸光度；

低通滤波电路，对所述第二吸光度进行滤波处理，输出第三吸光度。

进一步地，所述吸光度测量电路还包括：

电源稳压电路，对系统输入电源进行稳压处理给所述电路提供一个稳定的工作电源。

进一步地，所述入射光强测量电路包括：

第一光电检测器，测量光线通过物质前的入射光强度，产生与所述入射光强度成比例的入射光强电流；

第一测量电路，将所述入射光强电流转换为所述入射光强电压。

进一步地，所述第一测量电路包括运算放大器u1b、电阻r11、电容c15，其中，

所述运算放大器u1b的5脚与所述第一光电检测器的阳极一起连接到电源地，所述运算放大器u1b的6脚与所述第一光电检测器的阴极、所述电阻r11的一端、所述电容c15的一端连接，所述运算放大器u1b的7脚与所述电阻r11的另一端、所述电容c15的另一端连接。

进一步地，所述透射光强测量电路包括：

第二光电检测器，测量光线通过物质后的透射光强度，产生与所述透射光强度成比例的透射光强电流；

第二测量电路，将所述透射光强电流转换为所述透射光强电压。

进一步地，所述第二测量电路包括运算放大器u1a、电阻r7、电容c7、c9、c13，其中，

所述运算放大器u1a的4脚连接到所述电容c9的一端，所述电容c9的另一端连接到所述电源地，所述运算放大器u1a的8脚连接到所述电容c13的一端，所述电容c13的另一端连接到所述电源地，所述运算放大器u1a的3脚与所述第二光电检测器的阳极一起连接到所述电源地，所述运算放大器u1a的2脚与所述第二光电检测器的阴极、所述电阻r7的一端、所述电容c7的一端连接，所述运算放大器u1a的1脚与电阻r7的另一端、所述电容c7的另一端连接。

进一步地，所述log运算电路包括log运算芯片u5、电阻r10、r13、电容c11、c14、c17，其中，

所述电阻r13连接到所述运算放大器u1b的7脚，所述log运算芯片u5的1脚连接到所述电阻r13的另一端，所述电阻r10的一端连接到所述运算放大器u1a的1脚，所述log运算芯片u5的3脚连接到所述电容c14的一端，所述log运算芯片u5的8脚连接到所述电阻r10的另一端和所述电容c14的另一端，所述log运算芯片u5的4脚连接所述电容c17的一端，所述电容c17的另一端连接所述电源地，所述log运算芯片u5的5脚连接所述电容c11的一端，所述电容c11的另一端连接所述电源地，所述log运算芯片u5的6脚连接所述电源地。

进一步地，所述运算放大电路包括运算放大器u2b、电阻r12、r14，其中，

所述运算放大器u2b的5脚连接所述log运算芯片u5的3脚，所述运算放大器u2b的6脚与所述电阻r12、r14的一端连接，所述电阻r14的另一端连接所述电源地，所述运算放大器u2b的7脚连接所述电阻r12的另一端。

进一步地，所述低通滤波电路包括运算放大器u2a、电阻r8、r9、电容c8、c10、c12、c16，其中，

所述运算放大器u2a的4脚与所述电容c16的一端连接，所述电容c16的另一端连接所述电源地，所述运算放大器u2a的8脚与所述电容c12的一端连接，所述电容c12的另一端连接所述电源地，所述运算放大器u2a的3脚与所述电阻r8、电容c10的一端连接，所述电阻r9的一端连接所述u2b的7脚，所述电容c10的另一端连接所述电源地，所述电阻r8的另一端与所述电阻r9的另一端、所述电容c8的一端连接，所述运算放大器u2a的1脚、2脚与所述电容c8的另一端连接。

进一步地，所述电源稳压电路包括稳压芯片u3、稳压芯片u4、电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、电容c1、c2、c3、c4、c5、c6，其中，

所述稳压芯片u3的5脚连接所述电阻r1、电容c1的一端，所述电阻r1的另一端连接输入电源的负端，所述电容c1的另一端连接所述电源地，所述稳压芯片u3的6脚通过所述电容c2连接所述电源地，所述稳压芯片u3的8脚连接所述输入电源的负端，所述稳压芯片u3的4脚连接所述电源地，所述稳压芯片u3的2脚连接所述电阻r3、r5的一端，所述稳压芯片u3的1脚连接所述运算放大器u1的8脚、所述运算放大器u2的8脚、所述log运算芯片u5的5脚、所述电阻r3的另一端和所述电容c5的一端，所述电容c5的另一端和所述电阻r5的另一端连接所述电源地；

所述稳压芯片u4的5脚连接所述电阻r2、电容c3的一端，所述电阻r2的另一端连接所述输入电源的正端，所述电容c3的另一端连接所述电源地，所述稳压芯片u4的6脚通过所述电容c4连接所述电源地，所述稳压芯片u4的8脚连接所述输入电源的正端，所述稳压芯片u4的4脚连接所述电源地，所述稳压芯片u4的2脚连接所述电阻r4、r6的一端，所述稳压芯片u4的1脚连接所述运算放大器u1的4脚、所述运算放大器u2的4脚、所述log运算芯片u5的4脚、所述电阻r4的另一端和所述电容c6的一端，所述电容c6的另一端和所述电阻r6的另一端连接所述电源地。

本发明实施例提供的吸光度测量电路，可以直接测量物质的吸光度，而不需要软件开发人员与软件平台，不需要多路高性能的ad采集电路，具有响应时间快、线性度高、成本低、精确度高、信噪比高、输入电压范围宽、输出阻抗低、实现简单等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种吸光度测量电路组成示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本发明技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。其只是包含了本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本发明的各种变化获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应该理解的是，虽然第一、第二、第三等用语可使用于本文中用来描述各种元件或组件，但这些元件或组件不应被这些用语所限制。这些用语仅用以区分一个元件或组件与另一元件或组件。因此，下述讨论之第一元件或组件，在不脱离本发明之内容下，可被称为第二元件或第二组件。

图1是本发明一实施例提供的一种吸光度测量电路组成示意图，包括入射光强测量电路1、透射光强测量电路2、log(logarithm，对数)运算电路3、运算放大电路4、低通滤波电路5、电源稳压电路6。

入射光强测量电路1测量光线通过物质前的入射光强电压。透射光强测量电路2测量光线通过物质后的透射光强电压。log运算电路3计算入射光强电压与透射光强电压的比值的以10为底的对数，得到物质的第一吸光度。运算放大电路4按照预设的增益对物质的第一吸光度进行放大处理得到物质的第二吸光度。低通滤波电路5对第二吸光度进行滤波处理，输出第三吸光度。电源稳压电路6对系统输入电源进行稳压处理给电路提供一个稳定的工作电源。

吸光度是物理学和化学的一个名词。是指光线通过溶液或物质前的入射光强度与光线通过溶液或某一物质后的透射光强度的比值(i0/i1)的以10为底的对数(即lg(i0/i1))，其中i0为入射光强，i1为透射光强。

入射光强测量电路1包括第一光电检测器、第一测量电路。

第一光电检测器测量光线通过物质前的入射光强度，产生与入射光强度成比例的入射光强电流。第一测量电路将入射光强电流转换为入射光强电压。

第一测量电路包括运算放大器u1b、电阻r11、电容c15。其中，运算放大器u1b的5脚与第一光电检测器的阳极一起连接到电源地，运算放大器u1b的6脚与第一光电检测器的阴极、电阻r11的一端、电容c15的一端连接，运算放大器u1b的7脚与电阻r11的另一端、电容c15的另一端连接。

透射光强测量电路2包括第二光电检测器、第二测量电路。

第二光电检测器测量光线通过物质后的透射光强度，产生与透射光强度成比例的透射光强电流。第二测量电路将透射光强电流转换为透射光强电压。

第二测量电路包括运算放大器u1a、电阻r7、电容c7、c9、c13。其中，运算放大器u1a的4脚连接到电容c9的一端，电容c9的另一端连接到电源地，运算放大器u1a的8脚连接到电容c13的一端，电容c13的另一端连接到电源地，运算放大器u1a的3脚与第二光电检测器的阳极一起连接到电源地，运算放大器u1a的2脚与第二光电检测器的阴极、电阻r7的一端、电容c7的一端连接，运算放大器u1a的1脚与电阻r7的另一端、电容c7的另一端连接。

log运算电路3包括log运算芯片u5、电阻r10、r13、电容c11、c14、c17。

电阻r13连接到运算放大器u1b的7脚，log运算芯片u5的1脚连接到电阻r13的另一端，电阻r10的一端连接到运算放大器u1a的1脚，log运算芯片u5的3脚连接到电容c14的一端，log运算芯片u5的8脚连接到电阻r10的另一端和电容c14的另一端，log运算芯片u5的4脚连接电容c17的一端，电容c17的另一端连接电源地，log运算芯片u5的5脚连接电容c11的一端，电容c11的另一端连接电源地，log运算芯片u5的6脚连接电源地。

运算放大电路4按照设定的增益对物质的吸光度进行放大处理以满足后级系统的测量要求。运算放大电路4包括运算放大器u2b、电阻r12、r14。

运算放大器u2b的5脚连接log运算芯片u5的3脚，运算放大器u2b的6脚与电阻r12、r14的一端连接，电阻r14的另一端连接电源地，运算放大器u2b的7脚连接电阻r12的另一端。

低通滤波电路5可以滤除高频干扰噪声，提高系统的信噪比，并降低系统的输出阻抗。低通滤波电路5包括运算放大器u2a、电阻r8、r9、电容c8、c10、c12、c16。

运算放大器u2a的4脚与电容c16的一端连接，电容c16的另一端连接电源地，运算放大器u2a的8脚与电容c12的一端连接，电容c12的另一端连接电源地，运算放大器u2a的3脚与电阻r8、电容c10的一端连接，电阻r9的一端连接u2b的7脚，电容c10的另一端连接电源地，电阻r8的另一端与电阻r9的另一端、电容c8的一端连接，运算放大器u2a的1脚、2脚与电容c8的另一端连接。

电源稳压电路6对系统输入电源进行稳压处理以提高系统输入电压范围并为后级电路提供一个精度高、纹波小、噪声低的工作电压。电源稳压电路包括稳压芯片u3、稳压芯片u4、电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、电容c1、c2、c3、c4、c5、c6。

稳压芯片u3的5脚连接电阻r1、电容c1的一端，电阻r1的另一端连接输入电源的负端，电容c1的另一端连接电源地，稳压芯片u3的6脚通过电容c2连接电源地，稳压芯片u3的8脚连接输入电源的负端，稳压芯片u3的4脚连接电源地，稳压芯片u3的2脚连接电阻r3、r5的一端，稳压芯片u3的1脚连接运算放大器u1的8脚、运算放大器u2的8脚、log运算芯片u5的5脚、电阻r3的另一端和电容c5的一端，电容c5的另一端和电阻r5的另一端连接电源地。

稳压芯片u4的5脚连接电阻r2、电容c3的一端，电阻r2的另一端连接输入电源的正端，电容c3的另一端连接电源地，稳压芯片u4的6脚通过电容c4连接电源地，稳压芯片u4的8脚连接输入电源的正端，稳压芯片u4的4脚连接电源地，稳压芯片u4的2脚连接电阻r4、r6的一端，稳压芯片u4的1脚连接运算放大器u1的4脚、运算放大器u2的4脚、log运算芯片u5的4脚、电阻r4的另一端和电容c6的一端，电容c6的另一端和电阻r6的另一端连接电源地。

本电路的工作原理如下所述。

系统输入的正、负电源通过电源稳压电路6中电源芯片u3、u4后可以为后级电路提供一个精度高、纹波小、噪声低的优质工作电源，提高了后级电路的稳定性和信噪比，增加了系统输入供电电压范围，降低了系统对输入电源的性能要求。

入射光强测量电路1和透射光强测量电路2中采用第一光电检测器、第二光电检测器来测量光的强度，当有光照射光电检测器时，光电检测器自身会产生一个与光强成比例的电流，在第一测量电路、第二测量电路中通过运算放大器u1和电阻r7、r11把光电检测器的电流转化成电压，得到入射光强电压和透射光强电压，电容c7、c15的加入可以滤除高频噪声干扰并提高电路的稳定性。

log运算电路3用来计算光线通过物质前的入射光强度与光线通过物质后的透射光强度的比值，也就是物质的吸光度。log运算电路3中通过电阻r13、r10对入射光强电压和透射光强电压变换成入射光强电流和透射光强电流，其中，电阻r13、r10的阻值相等。再对入射光强电流和透射光强电流进行log运算，也即是计算光线通过物质前的入射光强度对应的电流与光线通过物质后的透射光强度对应的电流的比值(i0/i1)的以10为底的对数，即lg(i0/i1)，其中i0为入射光强电流，i1为透射光强电流，得到了物质的吸光度。

运算放大电路4中通过一个正比例放大电路对测量出来的吸光度按照一定的增益倍数进行放大处理以满足后级系统的测量要求。

低通滤波电路5采用一个二阶有源滤波器对增益后的吸光度进行滤波处理以滤除高频噪音干扰，提高系统的信噪比，并采用了一个电压跟随器的输出方式降低了电路的输出阻抗，使输出的吸光度与后级系统进行了缓冲、隔离。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。