【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及小型分析仪器中的光度测量，具体而言，尤其涉及一种分时顺序出光led光源的多波长光度计。
技术介绍
1、光度计不仅广泛应用于化学和材料研究实验室，还在生物、制药、化学化工、食品、化妆品、环保监测等领域有广泛应用。除此之外，在海洋环境调查和监测、深海科考也有应用。另外，海底石油勘探、输油管泄露点和海底光纤保护层泄露点的故障勘察，都需要原位光度计或原位光度传感器。
2、现有的商品分光光度计或紫外-可见光度仪是采用紫外灯(氘灯/氙灯)+钨灯的连续波长光源，用光栅分光和狭缝出光，成为波长可调的单波长光源，用旋转光栅的方式调节出光波长，经过样品池和检测器，获得吸光度值。这些装置由于传统光源的体积大、功耗高、怕振动冲击，而且需要光栅分光以获得宽光谱范围的扫描，因此难以实现小型化、低功耗化和野外应用。
3、最早报道用led为光源的光度测量装置是由三位新西兰人h flaschka,cmckeithan,r barnes在1973年出版的anal,lett.,1973,6,585.上发表的论文“lightemitting diodes and phototransistors in photometric modules”，之后有许多国家的科研人员陆续发表了用led为光源、硅光电二极管为检测器的文章。从1995年开始[amultiwavelength photometer based on light-emitting-diodes]出现了用多支led和阵列led光源的专用光度计的研究报导。但是，这项技术直到近
4、由于单色led发射的光波长λ具有大约±15～20nm的波长分布，因此在需要窄带波长的应用场合，往往采用光栅+狭缝、或者窄带滤光片来限制带宽。但是这种应用场合主要在实验室中。在实验室外的各类应用场合，如便携、在线、原位检测等，往往对检测灵敏度、重复性、长期稳定性和环境适应性有较高要求，同时还要求低功耗、耐受振动冲击和电磁干扰，而对出射光源的带宽要求不高。这是因为绝大多数组分的吸光度-波长特性都不是尖锐的峰，而是比较宽的峰，所以监测这类组分并不需要窄带宽。
5、对于需要适应较宽环境温度变化的应用场合，现有的主流技术是用1只硅光电二极管(pd)监测1只led的出射光强度变化并进行补偿，使led的输出光强稳定。但是，由于pd的响应值也受温度的影响，因此这种补充方案只是降低了温度变化对led出射光强的影响，不能充分补偿。
技术实现思路
1、根据上述提出的技术问题，提供一种分时顺序出光led光源的多波长光度计。本专利技术采用led阵列替代传统的紫外灯及钨灯为光源，既不用光栅分光也不用滤光片选波长。采用从深紫外至近红外的多只单波长led组合(通常需要用26只不同波长的led组合)来实现不间断宽光谱光源，可测量从深紫外至近红外波长分布的光度值。通过每次只点亮其中1只led获得带宽～30nm的单色光，用顺序点亮-熄灭led的方式实现宽光谱范围的波长扫描，利用led(i)熄灭后延迟δt时间内采集本底光，扣除led(i)点亮时间δt内测量的该波长吸光度值，可以实现明场检测吸光度。此外，因为led在恒流状态下，其出光强度e与led的结温度temp相关[e＝fledi(temp)]，光探测器件的响应值s也与温度有关[s＝fd(temp)]。本专利技术还能够对led温度和光探测器温度进行实时测量和响应值校正，因此提高了对环境大幅度温度变化的耐受能力和测量精确，可用于宽温度范围的野外环境。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种分时顺序出光led光源的多波长光度计，包括：led线光源阵列、导光棒、出射光窗口、样品池、接收光窗口、光探测器、密封外壳以及电路部分，其中：
4、所述led线光源阵列设置在所述导光棒的侧面并贴近所述导光棒；所述导光棒的出光端面贴近所述出射窗口；所述出射窗口和所述接收光窗口之间设置所述被测样品池；所述光探测器设置在所述接收光窗口的后部；
5、所述电路部分包括前置对数放大器、模数转换电路、采样和滤波电路、本底扣除电路、时序控制电路、led线光源阵列驱动电路、led基板温度测量电路、光探测器温度测量电路、响应值数据校正电路以及接口电路，其中：
6、所述led线光源阵列驱动电路对所述led线光源阵列中的各个led进行分时顺序点亮-熄灭，被点亮的led发射的光通过所述导光棒导出，分别经过所述出射光窗口、所述样品池中的介质后，进入所述接收光窗口并到达所述光探检测器，经过前置对数放大器、模数转换电路、采样和滤波电路以及本底扣除电路，得到无校正吸光度信号i和本底光信号ib；所述led基板温度测量电路和所述光探测器温度测量电路将所测量的温度数据传输给响应值数据校正电路，用来分别校正温度对led的发光强度、光探测器灵敏度的影响，使测量数据在宽的温度范围内得到校正；所述采样和滤波电路、所述本底扣除电路、所述led光源阵列驱动电路、所述响应值数据校正电路以及所述接口电路均通过所述时序控制电路控制时序；
7、所述密封外壳用于屏蔽外部的背景光和灰尘进入设备内部，以保护上述光学器件和电路。
8、进一步地，所述led线光源阵列包括n支不同波长led组成的线阵列光源，n≥4，且led发射波长不受限制，取决于led的产品性能，其中：
9、当n≤8时，led一字排列焊接在1条铝基pcb板或普通pcb板上，led出光面贴近所述导光棒并与所述导光棒完全平行，使led出射光尽可能多地进入导光棒中；
10、当n>8时，led被分成2条led光源阵列条，且2条led光源阵列条分别从所述导光棒侧面的2个面贴近所述导光棒；
11、当n≥20时，led被分成4条led光源阵列条，且4条led光源阵列条分别从所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分时顺序出光LED光源的多波长光度计，其特征在于，包括：LED线光源阵列(1)、导光棒(2)、出射光窗口(3)、样品池(4)、接收光窗口(5)、光探测器(6)、密封外壳(17)以及电路部分，其中：
2.根据权利要求1所述的分时顺序出光LED光源的多波长光度计，其特征在于，所述LED线光源阵列(1)包括N支不同波长LED组成的线阵列光源，N≥4，且LED发射波长不受限制，取决于LED的产品性能，其中：
3.根据权利要求1所述的分时顺序出光LED光源的多波长光度计，其特征在于，所述LED线光源阵列(1)中的LED均由LED线光源阵列驱动电路(12)实现顺序点亮或熄灭，其中：
4.根据权利要求1所述的分时顺序出光LED光源的多波长光度计，其特征在于，所述LED线光源阵列(1)中LED光源阵列条发射出的光进入所述导光棒(2)后，光向所述导光棒(2)的两端传输；所述导光棒(2)的一个端面是出光面(201)，另一端面(202)设置有反光镜(203)，反光镜(203)将端面(202)的出射光反射回所述导光棒(2)，使其从出光面(201)出射，增强出射
5.根据权利要求1所述的分时顺序出光LED光源的多波长光度计，其特征在于，所述导光棒(2)用于将靠近导光棒(2)侧面的LED光源阵列条发出的光导向同一个出光面，所述导光棒(2)的侧面和端面都是光学平面；所述导光棒(2)由透明的光学材料制成，透明的光学材料包括透明高分子材料或透明无机光学材料，透明高分子材料包括PMMA、聚碳酸酯；透明无机光学材料包括光学玻璃、光学石英玻璃或透明光学陶瓷；导光棒(2)的横截面形状包括三角形、矩形或多边形。
6.根据权利要求1所述的分时顺序出光LED光源的多波长光度计，其特征在于，所述导光棒(2)的出光轴线与所述出射光窗口(3)的轴线以及所述接收光窗口(5)的轴线同轴，使出射光通过所述样品池(4)后的光信号到达所述接收光窗口(5)，最后被所述光探测器(6)检测。
7.根据权利要求1所述的分时顺序出光LED光源的多波长光度计，其特征在于，所述出射光窗口(3)的轴线与所述样品池(4)的入口轴线相交，夹角为α；所述接收光窗口(5)的轴线与所述样品池(4)的轴线相交，夹角为180°-α，两个窗口之间设置一个用光反射材料制成的管，管内充满被测液体样品；出射光以α角度射入被测样品溶液，照射到反光材料管内壁，然后被全反射再次进入被测样品溶液中，并到达对面的管内壁，如此多次反复，直到从管出口位置被所述接收光窗口(5)接收以及被所述光探测器(6)探测；其中，反光材料包括PTFE-AF或光反射层。
8.根据权利要求1所述的分时顺序出光LED光源的多波长光度计，其特征在于，所述样品池(4)包括封闭空间或开放空间，封闭空间包括比色皿、透明的液体管路或内壁全反射的样品池，开放空间是将水密封外壳(17)、出射光窗口(3)和接收光窗口(5)均沉浸在被测液体中。
9.根据权利要求1所述的分时顺序出光LED光源的多波长光度计，其特征在于，所述光探测器(6)、所述前置对数放大器(7)、所述模数转换电路(8)以及所述采样和滤波电路(9)在时间ΔT内测得吸光度值I、在Δt时间内测得背景光值Ib；所述本底扣除电路(10)依据吸光度值I和背景光值Ib扣除背景光信号，得到校正后的吸光度值IR，校正公式为IR(i)＝I(i)-(Ib(i-1)+Ib(i))/2，其中，i表示第i只LED。
10.根据权利要求1所述的分时顺序出光LED光源的多波长光度计，其特征在于，所述LED线光源阵列(1)的基板上设置有LED基板温度传感器(1301)和所述LED基板温度测量电路(13)；所述光探测器(6)设置有光探测器温度传感器(1401)和光探测器温度测量电路(14)，数据均传输至所述响应值数据校正电路(15)；所述LED线光源阵列(1)的发光强度与光源温度的关系fi(Temp)以及光探测器(6)的响应值S与温度的关系fd(Temp)，均存储在所述响应值数据校正电路(15)中，并对吸光度值进行温度校正。
...【技术特征摘要】
1.一种分时顺序出光led光源的多波长光度计，其特征在于，包括：led线光源阵列(1)、导光棒(2)、出射光窗口(3)、样品池(4)、接收光窗口(5)、光探测器(6)、密封外壳(17)以及电路部分，其中：
2.根据权利要求1所述的分时顺序出光led光源的多波长光度计，其特征在于，所述led线光源阵列(1)包括n支不同波长led组成的线阵列光源，n≥4，且led发射波长不受限制，取决于led的产品性能，其中：
3.根据权利要求1所述的分时顺序出光led光源的多波长光度计，其特征在于，所述led线光源阵列(1)中的led均由led线光源阵列驱动电路(12)实现顺序点亮或熄灭，其中：
4.根据权利要求1所述的分时顺序出光led光源的多波长光度计，其特征在于，所述led线光源阵列(1)中led光源阵列条发射出的光进入所述导光棒(2)后，光向所述导光棒(2)的两端传输；所述导光棒(2)的一个端面是出光面(201)，另一端面(202)设置有反光镜(203)，反光镜(203)将端面(202)的出射光反射回所述导光棒(2)，使其从出光面(201)出射，增强出射光强度。
5.根据权利要求1所述的分时顺序出光led光源的多波长光度计，其特征在于，所述导光棒(2)用于将靠近导光棒(2)侧面的led光源阵列条发出的光导向同一个出光面，所述导光棒(2)的侧面和端面都是光学平面；所述导光棒(2)由透明的光学材料制成，透明的光学材料包括透明高分子材料或透明无机光学材料，透明高分子材料包括pmma、聚碳酸酯；透明无机光学材料包括光学玻璃、光学石英玻璃或透明光学陶瓷；导光棒(2)的横截面形状包括三角形、矩形或多边形。
6.根据权利要求1所述的分时顺序出光led光源的多波长光度计，其特征在于，所述导光棒(2)的出光轴线与所述出射光窗口(3)的轴线以及所述接收光窗口(5)的轴线同轴，使出射光通过所述样品池(4)后的光信号到达所述接收光窗口(5)，最后被所述光探测器(6)检测。
7....
【专利技术属性】
技术研发人员：关亚风，高岩，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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