紫外-可见分光光度计嵌入式控制系统的研究

　　目前，采用单片机控制系统的分光光度计功能简单，人机交互界面不友好。本课题采用光机电一体化技术、嵌入式技术及人工智能技术，面向光机电一体化测量分析仪器系列产品，研究智能仪器及系统的共性关键应用技术。

　　1 测量原理

　　光通过某些透明物质(固体、液体或气体)时，其中某些波长的光被选择吸收而使其强度减弱，称为物质对光的吸收现象。这在宏观上表现为物质颜色的产生，因为当一束白光通过某透明物质时，如果物质选择性地吸收可见光区某波长的光，则该物质即呈现出被吸收光的互补色光(能够与已知光按一定强度比例混合而组成白光的另一种光)的颜色。微观上，则表现为物质的原子、分子或离子吸收光能而发生能级跃迁。原子、分子或离子具有不连续的、数目有限的量子化能级，只能吸收与两个能级之差相同或为其整数倍的能量。

　　紫外-可见分光光度计被广泛应用于环境保护、医药卫生、纺织、石油化工、食品等行业和科研部门，根据朗伯-比耳定律，利用物质对光的选择性吸收现象测量被测物质在特定波长处的吸光度，再根据吸光度计算被测组分的含量或根据峰谷值进行定性的分析。本文主要研究仪器的光路系统、测量控制系统及应用软件系统的设计等。

　　2 光路系统设计

　　紫外—可见分光光度计的光学系统主要包括光源、单色器、样品池、探测器、信号处理及结果输出等 6 大部件。随着微电子技术、计算机技术的广泛应用，紫外-可见分光光度计在元部件、分析方法及自动化、智能化程度上得到了迅速发展和改善。例如，单色器部件由棱镜、平面光栅、凹面光栅发展为全息光栅、检测器由光电池、光电倍增管发展为光电二极管阵列，仪器的精度和信噪比得到了提高。

　　紫外—可见分光光度计的光路系统设计及各部件的选用对工作特性非常重要。光学系统的设计要求光路尽量对称，单色器系统具有单色性好、色散小、接收系统的灵敏度高、线性好等特性。

　　其结构框图及元部件发展如图 1 所示。

　　3 测量控制系统设计

　　仪器的信号采集是由基于Windows CE的单板机与8051C 单片机通过串行通信构成的主从分布式系统。基于Windows CE 的单板机系统为主系统，通过串行口向单片机发送控制指令，单片机通过 I/O 口控制相应的步进电机驱动仪器的光学部件或机械部件，通过光耦开关采集开关信号，通过光电倍增管采集光能量信号，后通过调理电路进行放大、滤波、解调等处理并进行 A/D 转换，最后通过串行口将处理后的信号返回给主系统进行分析计算。紫外-可见分光光度计的测量控制系统框图如图2所示。