专利名称：数字化紫外检测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及紫外检测技术，尤其涉及一种高效液相紫外检测器。
背景技术：
现有紫外检测器技术，采用模拟信号处理技术，即通过光电传感器(可以是硅光 电池或光电倍增器)检测紫外光信号。对于基于双光束检测原理的紫外检测器需要对两路 光信号分别进行放大，以及通过对数放大器进行模拟信号的对数运算，将检测的光电信号 转换成与检测样品成一定比例关系的模拟信号，连接至模拟信号接口输出。如图la和图lb 所示，现有紫外检测器的模拟信号输出端必须连接色谱数据采集装置，由色谱数据采集装 置再将模拟信号转换成数字信号，然后通过数字接口与各类色谱数据处理工作站连接实现 色谱数据处理和各种数理计算；作为系统连接其它设备则会更复杂，如与高压恒流泵、自动 进样器、色谱柱温度控制箱设备的连接要通过中心控制器的转换才能连接到色谱数据处理 工作站。 紫外检测器的模拟信号输出接口的稳定性取决于模拟电路各种因素的稳定性，然 而模拟电路客观上存在温度漂移、光强度漂移等不稳定因素的影响、外部模拟接口电路连 接对信号衰减和噪声增加的影响，所以传统的紫外检测器需要较长的开机稳定时间，否则 很难准确测量分析结果作为定量分析。 现有紫外检测器，仅提供模拟接口与外部其它设备连接，因此不具备数字接口技 术功能，也不具备与其它设备实现自动控制的功能。 本实用新型则提供一种新的紫外检测器用以改善或解决上述问题。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种数字化紫外检测器，其采用了数据预处 理技术和数字接口 ，克服了因接口连接的引起对信号衰减和增加噪声的问题，该紫外检测 器可直接连接至色谱数据处理工作站。 本实用新型通过这样的技术方案解决上述的技术问题 —种数字化紫外检测器，可连接到色谱数据处理工作站、高压恒流泵、色谱柱温控 箱以及自动进样器，其至少包括可变波长双光束紫外光学机构、主控板、放大电路板；可变 波长双光束紫外光学机构包括一个样品池和一个参比池；其中 所述主控板包括一个内含模数转换电路的片上系统； 所述放大电路板包括两个采集模块，第一采集模块连接在所述样品池和片上系统 的模数转换电路之间，用于从样品池采集样品检测信号；第二采集模块连接在所述参比池 和片上系统的模数转换电路之间，用于从参比池采集参比光检测信号； 片上系统的模数转换电路对参比光检测信号和样品检测信号运算以获取紫外检 测信号数字化的原始数据。 作为本实用新型的一种改进，所述第一采集模块包括依次串联的第一硅光电池、第一放大器和第一可变增益放大器，第一硅光电池的另一端与样品池连接；第一可变增益 放大器的另 一端连接到所述模数转换电路。 作为本实用新型的一种改进，所述第二采集模块包括依次串联的第二硅光电池、 第二放大器和第二可变增益放大器，第二硅光电池的另一端与参比池连接；第二可变增益 放大器的另一端连接到所述模数转换电路的参比电压端。 作为本实用新型的一种改进，第一硅光电池与样品池的紫外光透窗孔位置精确对 插；第二硅光电池与参比池的紫外光透窗孔位置精确对插。 作为本实用新型的一种改进，片上系统具有固定的标称电平输入；所述模数转换 电路先对来自第二可变增益放大器的参比光检测信号与标称电平进行比较，根据标称电平 测量获得的数据值，同步改变第二可变增益放大器的增益和第一可变增益放大器的增益。 作为本实用新型的一种改进，第一和第二硅光电池、第一和第二放大器、第一和第 二可增益放大器在放大电路板上的安装位置是完全对称分布的。 作为本实用新型的一种改进，所述数字化紫外检测器包括一个数字接口电路，所 述数字接口电路输入端连接到片上系统的一个串行输出口 ，输出端连接到色谱数据处理工 作站。 作为本实用新型的一种改进，所述数字化紫外检测器还包括一个数字接口电路， 其输入端连接到片上系统的一个串行输出口，输出端连接到高压恒流泵、色谱柱温控箱以 及自动进样器。 作为本实用新型的一种改进，片上系统还包括一个数模转换电路和一个模拟接 口，数模转换电路与模拟接口相连；片上系统将采集的参比光检测信号和样品检测信号的 数字化后的信号通过数模转换电路转换为模拟信号输出。 作为本实用新型的一种改进，片上系统还包括一个滑差滤波数据处理模块，对通
过模数转换模块获得的数字信号进行滑差滤波数据处理以滤掉干扰信号。 与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点 本实用新型可实现数字化紫外检测数据预处理技术首先针对不同波长条件下，
其光强度能量变化较大引起检测灵敏度差异较大的问题，采用了在不同的波长测量条件
下，由片上系统的模数转换电路，先对参比光检测信号与已知确定的标称电平进行数字化
比较，根据标称电平测量获得的数据值，选择合理的放大器增益以获取最佳的检测灵敏度，
特别是提高在光强度能量较弱情况下的检测灵敏度。放大器可以自动选择四种不同的放大
增益(k= 1、2、4、8)，选择合理的放大器增益的同时也同步改变了两个可变增益放大器的
增益，既可以保证不同波长条件下的检测灵敏度又提高了测量的稳定度和准确性。 其次，在信号采集处理中充分利用转换电路的特性，由一路模数转换通道完成双
光束两路信号测量。即将参比光检测信号通过可变增益放大器与片上系统的模数转换电路
的参比信号输入端连接，将样品检测信号通过可变增益放大器也连接至片上系统的模数转
换电路的输入检测端，使得样品检测信号始终在与参比光检测信号进行比值运算，实现了
对紫外光检测信号的时间漂移和光强度漂移进行的自动补偿，同时，在数据采集的过程中
又实现了实时自动获得参比光检测信号和样品检测信号的比值数据，在以后的数据处理时
只需对模数转换的数据进行数字化的对数运算，即可获得样品吸光度原始数据。 第三，在数据预处理方面，片上系统还包括一个滑差滤波数据处理模块，其可以对获得测量数据进行滑差滤波数据处理，可以滤掉影响测量的瞬间变化的干扰信号，而数字 滤波的滑差时间窗可以数字设定，具有灵活的平滑数据处理功能，并且整理成满足色谱数 据处理工作站的数据处理要求的数字化信息。 第四，集成了色谱数据采集装置功能并实现数字接口。片上系统还具有两个串行 数字接口 。其一，作为后接色谱数据处理工作站的串行数字接口 ，接收色谱数据处理工作站 的控制信号，传送紫外检测器的数字化的测量信息，在紫外检测器中扩展了数据采集装置 的数字接口。其二，作为系统连接其它设备如高压恒流泵、自动进样器、色谱柱温度控制箱 设备的数字接口 ，传送色谱数据处理工作站与其它高压恒流泵、自动进样器、色谱柱温度控 制箱的控制命令和状态信号，实现计算机的数字化自动控制功能，涵盖了色谱数据处理工 作站与其它设备的连接的中心控制器。 第五，保留了传统的模拟信号接口，在片上系统中内含的数模转换电路作为传统
的模拟信号输出接口。在片上系统将采集的参比光检测信号和样品检测信号的数字化后，
很方便的将采集数字化的信号通过数模转换电路转换为模拟信号输出。 第六，采用了可编程逻辑电路，解决了片上系统与其它电路的连接，如LCD接口 、
氖灯和光栅马达的数字驱动信号。
图1是现有技术中色谱数据处理二 图2是本实用新型数字化紫外检3 图3是本实用新型数字化紫外检3 图4是本实用新型数字化紫外检3 图5是本实用新型数字化紫外检3
作站与紫外检测器的连接框图。 器与色谱数据处理工作站的连接框架图。 器的框架图。
器中局部元件连接框架图。 器中放大电路板的元件分布图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式
。 请参阅图2，本实用新型提供一种数字化紫外检测器，其具有至少一个数字接口 ， 通过该数字接口 ，紫外检测器可以直接连接到色谱数据处理工作站。此外，紫外检测器还包 括另一个数字接口 ，通过该数字接口可直接连接到高压恒流泵、色谱柱温控箱以及自动进 样器。 请参阅图3和图4，所述的紫外检测器包括可变波长双光束紫外光学机构1、光栅 步进电机驱动及氖灯电源控制板2、主控板3、放大电路板4、液晶显示器接口电路5以及数 字和模拟信号输出接口电路6。 可变波长双光束紫外光学机构1包括氖灯光源、光栅及光栅步进电机、半透半反 镜、反射镜、样品池、以及参比池。 光栅步进电机驱动及氖灯电源控制板2连接到可变波长双光束紫外光学机构1和 主控板3，用于提供光栅步进电机驱动并提供稳定的恒流源氖灯电源和主控板3电源，并可 按规定顺序控制氖灯开启和关闭。 主控板3包括内含模数转换电路的片上系统、可编程逻辑电路、以及标称电平。主 控板3的片上系统与放大电路板4通过带状电缆连接，片上系统接收参比光检测信号和样品检测信号，并经过运算得到紫外检测信号数字化的原始数据。其中，可编程逻辑电路的输 入端与片上系统的输出端连接。可编程逻辑电路的输出端连接到液晶显示器接口电路5 ; 此外，可编程逻辑电路的输出端提供氖灯控制信号和光栅步进电机控制信号至光栅步进电
机驱动及氖灯电源控制板2。 片上系统中还包括一个数模转换电路，其可以作为传统的模拟接口，作为模拟信 号输出。片上系统将采集的参比光检测信号和样品检测信号的数字化后，可直接将采集数 字化的信号通过数模转换电路转换为模拟信号输出。 放大电路板4连接在主控板3和可变波长双光束紫外光学机构1之间，放大电路 板4上分布第一和第二硅光电池、分别与两个硅光电池连接的第一和第二放大器、以及分 别与两个放大器连接的第一和第二可变增益放大器。其中第一硅光电池采集可变波长双光 束紫外光学机构1内样品池的样品检测信号，并通过第一放大器和第一可变增益放大器传 送片上系统的模数转换电路；第二硅光电池用于采集参比池内的参比光检测信号，并经由 第二放大器和第二可变增益放大器传送到所述模数转换电路的参比电压端。片上系统的模 数转换电路先对来自第二可变增益放大器的参比光检测信号与标称电平进行数字化比较， 根据标称电平测量获得的数据值，选择合理的放大器增益，并同步改变第一和第二可变增 益放大器的增益。 数字和模拟信号输接口电路6与主控板3上片上系统连接，其包括两个数字接口 电路和至少一个模拟信号输出接口 ；其中 第一数字接口电路的输入端连接到片上系统的一个串行输出口 ，输出端连接到色 谱数据处理工作站，实现全数字化自动控制与数据处理功能。 第二数字接口电路的输入端连接到片上系统的一个串行输出口 ，输出端连接到高 压恒流泵、色谱柱温控箱以及自动进样器。 模拟信号输出接口直接连接片上系统的数模转换电路，对未能实现数字化操作的 用户，保留了传统的模拟信号输出接口，输出为(0-lV的16位D/A转换器信号)吸光度 (0-2000. OOmAu)模拟信号。 图5是本实用新型数字化紫外检测器中放大电路板的元件分布图，其中放大电路
板4被安装在密闭的暗盒内，暗盒上设有两个完全对称分布的导向孔。放大电路板4上设有
用于安装两个硅光电池的基座，保证了两个硅光电池安装的精确位置，并通过两个导向孔
保证了两个硅光电池分别与可变波长双光束紫外光学机构1的样品池和参比池的紫外光
透窗孔位置精确对插。两个硅光电池、第一和第二放大器、第一和第二可增益放大器在放大
电路板4上的安装位置是完全对称分布的。此外，两个可变增益放大器增益也是同步变化，
在本实施例中，放大器增益有(k= 1、2、4、8)四种不同的选择。放大器增益自动选择的方
法是由片上系统的模数转换电路，先对参比光检测信号与已知确定的标称电平进行数字化
比较，根据标称电平测量获得的数据值，选择合理的放大器增益以获取最佳的检测灵敏度，
并同步改变第一和第二可变增益放大器的增益，不会影响检测结果的准确性。 本实用新型的数字化紫外检测器可实现数字化紫外检测数据预处理技术。即将放
大电路板4采集到的两路紫外光信号通过片上系统内部的模数转换电路，获得样品检测信
号和参比光检测信号的测量数据；然后，由片上系统计算样品检测信号和参比光检测信号
的比值的对数运算，得到紫外检测信号数字化的原始数据。[0047] 片上系统还包括一个滑差滤波数据处理模块，其可以对获得测量数据进行滑差滤
波数据处理，滑差滤波的特性是根据数据检测要求可以设定滑差时间窗，在规定的时间窗
内进行滑差平滑滤波的数字计算平滑了原始采样数据，可以滤掉影响测量的瞬间变化的干
扰信号。灵活的平滑数据处理功能，在传统的模拟信号处理中是无法实现的。 根据双光束测量原理，需对双光束信号(即样品检测信号和参比光检测信号)进
行同时检测并进行对数运算，而对双光束信号进行同时检测通常需要两套模数转换电路进
行检测。本实用新型的片上系统将经过放大的参比光检测信号作为模拟转换的参比电压，
因此仅需对经过放大后的样品检测信号进行模数转换，这样既能对光检测信号的时间漂
移和光强度漂移进行补偿，又实现了实时自动获得参比光检测信号和的样品检测信号的比
值，在数据处理时只需对模数转换的数据进行数字化的对数运算等，即可获得样品吸光度值。 以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求一种数字化紫外检测器，可连接到色谱数据处理工作站、高压恒流泵、色谱柱温控箱以及自动进样器，其至少包括可变波长双光束紫外光学机构、主控板、放大电路板；可变波长双光束紫外光学机构包括一个样品池和一个参比池；其特征在于所述主控板包括一个内含模数转换电路的片上系统；所述放大电路板包括两个采集模块，第一采集模块连接在所述样品池和片上系统的模数转换电路之间，用于从样品池采集样品检测信号；第二采集模块连接在所述参比池和片上系统的模数转换电路之间，用于从参比池采集参比光检测信号；片上系统的模数转换电路对参比光检测信号和样品检测信号运算以获取紫外检测信号数字化的原始数据。
2. 根据权利要求1所述的数字化紫外检测器，其特征在于所述第一采集模块包括依 次串联的第一硅光电池、第一放大器和第一可变增益放大器，第一硅光电池的另一端与样 品池连接；第一可变增益放大器的另一端连接到所述模数转换电路。
3. 根据权利要求1所述的数字化紫外检测器，其特征在于所述第二采集模块包括依 次串联的第二硅光电池、第二放大器和第二可变增益放大器，第二硅光电池的另一端与参 比池连接；第二可变增益放大器的另一端连接到所述模数转换电路的参比电压端。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的数字化紫外检测器，其特征在于第一硅光电池 与样品池的紫外光透窗孔位置精确对插；第二硅光电池与参比池的紫外光透窗孔位置精确 对插。
5. 根据权利要求4所述的数字化紫外检测器，其特征在于片上系统具有固定的标称 电平输入；所述模数转换电路先对来自第二可变增益放大器的参比光检测信号与标称电平 进行比较，根据标称电平测量获得的数据值，同步改变第二可变增益放大器的增益和第一 可变增益放大器的增益。
6. 根据权利要求4所述的数字化紫外检测器，其特征在于第一和第二硅光电池、第一 和第二放大器、第一和第二可增益放大器在放大电路板上的安装位置是完全对称分布的。
7. 根据权利要求1所述的数字化紫外检测器，其特征在于所述数字化紫外检测器包 括一个数字接口电路，所述数字接口电路输入端连接到片上系统的一个串行输出口 ，输出 端连接到色谱数据处理工作站。
8. 根据权利要求1所述的数字化紫外检测器，其特征在于所述数字化紫外检测器还 包括一个数字接口电路，其输入端连接到片上系统的一个串行输出口 ，输出端连接到高压 恒流泵、色谱柱温控箱以及自动进样器。
9. 根据权利要求7或8所述的数字化紫外检测器，其特征在于片上系统还包括一个 数模转换电路和一个模拟接口 ，数模转换电路与模拟接口相连；片上系统将采集的参比光 检测信号和样品检测信号的数字化后的信号通过数模转换电路转换为模拟信号输出。
10. 根据权利要求9所述的数字化紫外检测器，其特征在于片上系统还包括一个滑差 滤波数据处理模块，对通过模数转换模块获得的数字信号进行滑差滤波数据处理以滤掉干 扰信号。
专利摘要一种数字化紫外检测器，涉及高效液相紫外检测器，其采用了数据预处理技术和数字接口，可直接连接至色谱数据处理工作站。所述紫外检测器至少包括内含一个样品池和一个参比池的可变波长双光束紫外光学机构、主控板以及放大电路板。主控板包括一个内含模数转换电路的片上系统。所述放大电路板包括两个采集模块，第一采集模块连接在所述样品池和片上系统的数模转换电路之间，用于从样品池采集样品检测信号；第二采集模块连接在所述参比池和片上系统的数模转换电路之间，用于从参比池采集参比光检测信号；片上系统的模数转换电路对参比光检测信号和样品检测信号运算以获取紫外检测信号数字化的原始数据。
文档编号G01N30/74GK201464441SQ20092007559
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者王亿书, 王志宏 申请人:上海市计算技术研究所