专利名称：光栅光度计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，更确切地说是涉及一种光栅光度计。
光栅光度计通常由光栅光路、光电转换电路、信号后处理电路连接构成。光源灯通过隔热玻璃、平凸聚光镜、滤光片、凹面光栅和比色池后照到光电转换电路的光电转换器件上。可在比色池中分别通过去离子水和待测溶液，光电转换器件将不同强度、不同波长的单色光转换成电压信号，再经过运算放大电路和由对数电路、多路开关、模/数转换电路构成的信号后处理电路后送中央处理器CPU。CPU根据去离于水透光率与待测溶液透光率的差值即可计算出待测溶液的浓度，再送显示器显示或送打印机打印。
光栅光度计中运算放大器的输入信号来自光电转换器件及其预放大电路，由于光栅与光电转换器件对不同单色波长光线的转换效率差异很大，造成运算放大器输入电压信号幅度的变化也很大，放大器常常会脱离线性放大状态，如在500-650纳米(nm)的可见光区时往往使电路进入饱和状态，而当放大电路与500-650纳米波长适配时，又对紫外线区和红外线区的弱信号显得放大倍数不足。以往的解决上述问题的做法是在光路上增加光学元件和机械装置，在转换光栅的同时转换滤光片(遮光片、消光片)甚至光源灯，以便在单色光波长变换、光强度变化情况下有比较一致的转换电压信号，使运算放大器可工作在线性放大区。但由于增加了部件及机械运动机构，使仪器变得复杂化，不仅增加了光栅光度计的成本，而且降低了工作可靠性。
本实用新型的目的是对现有光栅光度计结构作出改进设计，不必增加光学元件及机械装置，也不用改变光栅光度计中运算放大器输入信号的强弱，而可确保运算放大器在280-800nm波长范围内均可工作在线性放大区，并具有结构简单、成本低廉、可靠性高的特点。
本实用新型的目的是通过增设一运算放大器增益自动换档电路并利用光栅光度计中的中央处理器CPU作增益自动换档来实现的。
本实用新型的光栅光度计，包括顺序连接的光栅光路、光电转换电路、运算放大电路、由对数电路、多路开关、模/数转换电路构成的信号后处理电路、中央处理器CPU和显示器，其特征在于还包括一运算放大电路的增益自动转换电路，作为运算放大电路的反馈电阻并接在运算放大器负反馈输入端和输出端间；所述中央处理器CPU的并行输入/输出端连接增益自动转换电路的换档选择控制端。
所述运算放大电路的增益自动转换电路由多选一模拟开关电路和一个以上的换档电阻构成，各换档电阻一端并接所述运算放大器的输出端，另一端分别连接多选一模拟开关电路的输出端，多选一模拟开关电路的输入端接运算放大器负反馈输入端，多选一模拟开关电路的选择控制端接中央处理器的并行输入/输出端。
所述多选一模拟开关电路是八选一模拟开关集成电路，所述的换档电阻有八个，分别为22KΩ、20KΩ、15KΩ、10KΩ、8KΩ、5KΩ、2.2KΩ和1KΩ。
下面结合实施例附图进一步说明本实用新型的技术。
本实用新型实施例由中央处理器CPU控制改变多选一模拟开关电路选通端的状态，为运算放大器选择一个最合适的反馈电阻即放大倍数，从而实现增益自动换档控制。
图1、光栅光度计光栅光路结构示意图；图2、光栅光度计检测电路结构示意图；参见图1，光源灯11发出的光通过隔热玻璃12、平凸聚光镜13、滤光片14、凹面光栅(包括刻化光栅和激光光栅)15、比色池16照到光电转换器件17上。光电转换器件17将单色光的强度转换成电压信号送图2所示电路的预放大器，再由相应电路进行相应处理，从而计算出比色池中溶液的浓度。
光栅光度计以郎伯比尔原理为基础，测量时首先在比色池16中通过去离子水，此时透光率最大，光强最强，经光电转换及图2电路处理后由中央处理器记录下具体数值。然后在比色池16中通过被测溶液，由于被测溶液吸收掉部分单色光，致使透光率下降，光强变弱，经光电转换及图2中电路处理后，又由中央处理器记录下具体数值。中央处理器比较两次测试值即可得到被测溶液的吸光度，从而进一步计算出溶液浓度等参数。
参见图2、线性放大器IC1及其外围元件构成光电转换及预放电路(PES)，其输入端连接光电转换器件，线性放大器IC2(LF356)、八选一模拟开关电路IC3(6108)、电阻R7-R14及其外围元件构成具有放大器增益自动转换电路的运算放大器电路。对数电路21、多路开关22、模/数转换器(A/D)23顺序连接构成信号后处理电路(PSS)。IC4为中央处理器CPU(Z80)，其并行输入/输出口(PIO)A、B、C端分别接IC3选择控制端A、B、C。图中24为显示器，25为打印机接口，R6为分压电阻，R15为耦合电阻、C4为耦合电容，W2为平衡电阻，IC3的输入端接IC2的负反馈输入端。
测量时，CPU首先将其PIO口的A、B、C全置成高电位，则选通八选一模拟开关电路的Q1输出端，接入反馈电阻R7，此时运算放大器的放大倍数最大(实施例为202)，光电转换及预放电路输出信号被放大后经信号后处理电路转换成相应的数字信号送CPU数据输入端，与预先设定的阈值比较，当该检测信号电压超过阈值(如大于5V，即饱和状态)，CPU根据预设的程序改变PIO口A、B、C的状态，使八选一模拟开关电路的Q2端被选通，接入反馈电阻R8(实施例放大倍数为20)，并依次重复上述过程，直至运算放大器的输出电压小于阈值，然后程序转入正常的溶液浓度计算。通过上述调整过程，可选择到合适的反馈电阻即放大倍数，使运算放大器IC2在正式测量时总是工作在线性放大区(反馈电阻分别选择R9、R10、R11、R12、R13、R14时，其放大倍数分别为15、10、8、5、2.2、1)。选择好合适的放大倍数后就可进行相应数值的测量。
本实用新型通过设置多选一模拟开关电路，并在中央处理器程序控制下自动调整运算放大器的增益，即中央处理器CPU根据预设程序和检测结果调整多选一模拟开关电路的选择端电位来控制接入不同的反馈电阻、改变放大器增益来实现。
经过改进设计的光栅光度计，在280nm-800nm的单色光波长范围内变化时，不必改变用于克服杂散光的滤光片，也不必随强弱信号不同改变光源，只需增设一多路模拟开关电路及相应的反馈电阻，通过装入程序即可使放大器始终工作于最佳放大区域，可降低成本、提高测试精度。由于增益调整采用动态自适应方式完成，进一步延长了光栅光度计的使用寿命。
权利要求1.一种光栅光度计，包括顺序连接的光栅光路、光电转换电路、运算放大电路、由对数电路、多路开关、模/数转换电路构成的信号后处理电路、中央处理器CPU和显示器，其特征在于还包括一运算放大电路的增益自动转换电路，作为运算放大电路的反馈电阻并接在运算放大器负反馈输入端和输出端间；所述中央处理器CPU的并行输入/输出端连接增益自动转换电路的换档选择控制端。
2.根据权利要求1所述的光栅光度计，其特征在于所述运算放大电路的增益自动转换电路由多选一模拟开关电路和一个以上的换档电阻构成，各换档电阻一端并接所述运算放大器的输出端，另一端分别连接多选一模拟开关电路的输出端，多选一模拟开关电路的输入端接运算放大器负反馈输入端，多选一模拟开关电路的选择控制端接中央处理器的并行输入/输出端。
3.根据权利要求2所述的光栅光度计，其特征在于所述多选一模拟开关电路是八选一模拟开关集成电路，所述的换档电阻有八个，分别为22KΩ、20KΩ、15KΩ、10KΩ、8KΩ、5KΩ、2.2KΩ和1KΩ。
专利摘要本实用新型涉及一种测量装置，是一种光栅光度计。由光栅光路及检测电路两大部分组成。检测电路包括光电转换及预放电路、运放器、运放器的增益自动转换电路、由对数电路、多路开关、模/数转换电路构成的信号后处理电路、中央处理器CPU和显示器。其中运放器的增益自动转换电路由八选一模拟开关电路及多个换挡电阻构成，作为反馈电阻并接在运放器输入端与输出端间，其换挡操作受CPU控制，可确保运放器工作于最佳放大区。
文档编号G01J3/18GK2252982SQ96209388
公开日1997年4月23日 申请日期1996年5月16日 优先权日1996年5月16日
发明者梁德建 申请人:梁德建