【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光谱测量，具体涉及一种便携式扫描型光谱仪器的光谱测量方法，特别涉及一种可实现正反向分光扫描的光谱仪器的光谱测量方法。
技术介绍
1、便携式扫描型光谱仪器结构包括光源系统、分光系统、取样系统、光电转换及放大调理电路、采集控制电路以及上位机。光源系统发出的复合光经过分光系统变成特定波长的单色光；该单色光信号在取样系统内与样品反应后，经光电转换及放大调理电路转化为模拟电信号；再经采集控制电路的采样转化为数字量——采集数据，并上传至上位机。同时，采集控制电路控制分光系统依次扫描样品、背景、参比，得到不同波长与样品、背景、参比作用后的扫描单色光光强数字量。上位机根据一次扫描获得的各波长的采集数据，计算各扫描波长的光谱数据。
2、便携式扫描型光谱仪器具有易于控制、光路简单、性能稳定、测量快速以及性价比高的优点，应用广泛。然而，这种仪器由于快速使用要求，无法采用长期预热和复杂的光路及电路系统。因此，在仪器使用过程中，光源系统的光强和电路系统的转换特性不稳定，随时间变化。同一样品在每次扫描测量过程中，仪器光源光强和电路转换特性的变化对每个波长的采集数字量的影响不同，进而导致光谱数据的不稳定。
3、针对便携式扫描型光谱仪器光源和电路系统不稳定的影响，需要采用有效的测量方法，在尽量不改变仪器原有结构的基础上，消除其影响，获得稳定的光谱数据。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就在于，提供一种基于正反向分光扫描信号等效同时采集的光谱测量方法，以解决便携式扫描型光谱仪
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，采用便携式扫描型光谱仪进行测量，在便携式扫描型光谱仪器原测量方法的基础上，在每次测量扫描时，增加了按测量的逆顺序依次进行反向扫描的步骤，获得正反向的采集数字量dk和d’k(k＝1，2，...，m，m为分光系统输出分光信号的个数)，二者按相同波长位置取平均，即dk和d’m-k+1取平均后得dk，以dk为分光信号的采集量，按原光谱计算方式计算获得光谱值s；
4、所述便携式扫描型光谱仪包括由微处理器单元以及与其相连的adc采集单元、电机驱动单元和串口通信单元组成的采集控制电路，采集控制电路分别连接光源系统、光电转换及放大调理电路、分光系统、取样系统和上位机；便携式扫描型光谱仪分为便携式光栅扫描型光谱仪和便携式滤光片型光谱仪器两种。
5、进一步地，所述adc采集单元与光电转换及放大调理电路相连，微处理器单元与光源系统相连，串口通信单元与上位机相连，电机驱动单元分别分光系统和取样系统相连；所述adc采集单元用于采集模拟信号并将其转化为数字量；所述微处理器单元用于控制光源系统工作，通过电机驱动和检测电路控制扫描步进电机和取样系统工作，接收光电开关信号和adc采集单元的采集数字量；所述串口通信单元用于实现微处理器单元和上位机之间的双向通信。
6、进一步地，所述便携式滤光片型光谱仪的分光系统由步进电机ⅰ2连接传动机构，步进电机ⅰ2分别与滤光盘3同轴连接，接收采集控制电路的控制信号，滤光盘3上分布有多个滤光孔5和零位挡片6，光电开关4与采集控制电路连接，光电开关4检测滤光盘3上的零位挡片6并产生零位信号被采集控制电路接收，用于判断滤光盘3的初始位置；滤光孔5能够依次转入系统光路7中进行所需测量滤光片的信号采集。
7、更进一步地，当便携式滤光片型光谱仪器的滤光盘上安装1个背景滤光片、nc个特征滤光片、nr个参比滤光片等三种滤光片时，取样系统只有取样器12，其正反向分光扫描信号等效同时采集的光谱测量时，上位机发送测量指令，采集控制电路控制步进电机带动滤光盘转动进行正反向扫描，获得采集数字量dk和d’k，计算光谱值s，测量方法包括如下步骤：
8、a、上位机发送测量指令，采集控制电路的微处理器单元接受指令，进行一次光谱测量的扫描和采集，依次执行：
9、a、控制光源系统工作，点亮光源；
10、b、接收分光系统的光电开关信号，判断是否为零位信号，是，继续；否，重复此步骤；
11、c、控制步进电机ⅰ2正向扫描，依次转动到各滤光片位置，同时控制adc采样，获得m个滤光片位置的采集数据dk，k＝1，2，...，m；m为滤光盘3上所有滤光片的个数，
12、d、控制步进电机ⅰ2反向扫描，依次反向转到的各滤光片位置，同时控制adc采样，获得m个滤光片位置的采集数据d’k；
13、e、正反向扫描采集完成后，微处理器将所有采集数字量按次序发送至上位机；
14、b、上位机接收采集数据并计算一次测量的光谱值。
15、a、计算各滤光片等效同时采集的扫描数据：对相同滤光片的正反向扫描数字量取平均，则：
16、
17、b、计算光谱值，根据某一特征波长λci处扫描数据、和特征波长λci对应的参考波长λrij的扫描数据，计算λci处的光谱数据sci：
18、
19、其中，dci为特征波长λci对应的等效同时采集的扫描数据，下标ci表示特征波长λci对应的滤光片在滤光盘3上的位置序号；i＝1，2，...，nc；nc为滤光盘3上特征滤光片的个数；
20、tλci为特征波长λci对应滤光片的透光率；
21、db为背景滤光片8对应的等效同时采集的扫描数据；
22、drij为特征波长λci的参考波长λrij对应的等效同时采集的扫描数据，下标rij表示参考波长λrij对应的滤光片在滤光盘3上的位置序号；j＝1，2，...，nri；nri为滤光盘3上特征波长λci对应的参考波长滤光片的个数；且
23、trij为特征波长λci的参考波长λrij对应滤光片的透光率。
24、ρrij为参考波长λrij信号的计算权重，与各特征波长λci及其所选用的参考波长λrij有关，且和为1。当nri＝2时，
25、
26、c、步骤a、步骤b重复l次，进行l次光谱测量，获得l组光谱数据scil，取每个特征波长λci对应的光谱数据的平均值：
27、
28、d、结束。
29、进一步地，所述便携式光栅扫描型光谱仪的分光系统由步进电机ⅱ22与丝杠23同轴连接，丝杠23与螺母24组成丝杠螺母机构，带动摆杆25上固定的扫描光栅26转动，使不同波长的单色光依次进入取样系统中；分光系统的两个光电开关27分别固定于扫描起始位置和终止位置并与采集控制电路连接，检测零位挡片28的位置后将位置信号发送至采集控制电路。
30、更进一步地，所述取样系统由取样换位电机13分别与样品盘14的转轴和采集控制电路连接，取样器12固定在分光系统的出口、取样位置与16样品盘14的采样位置对准。
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1.一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，其特征在于：采用便携式扫描型光谱仪进行测量，在便携式扫描型光谱仪器原测量方法的基础上，在每次测量扫描时，增加了按测量的逆顺序依次进行反向扫描的步骤，获得正反向的采集数字量dk和d’k，k＝1，2，...，m，m为分光系统输出分光信号的个数，二者按相同波长位置取平均，即dk和d’m-k+1取平均后得Dk，以Dk为分光信号的采集量，按原光谱计算方式计算获得光谱值S；
2.根据权利要求1所述的一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，其特征在于：所述ADC采集单元与光电转换及放大调理电路相连，微处理器单元与光源系统相连，串口通信单元与上位机相连，电机驱动单元分别分光系统和取样系统相连；所述ADC采集单元用于采集模拟信号并将其转化为数字量；所述微处理器单元用于控制光源系统工作，通过电机驱动和检测电路控制扫描步进电机和取样系统工作，接收光电开关信号和ADC采集单元的采集数字量；所述串口通信单元用于实现微处理器单元和上位机之间的双向通信。
3.根据权利要求1所述的一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，
4.根据权利要求3所述的一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，其特征在于，当便携式滤光片型光谱仪器的滤光盘上安装1个背景滤光片、nc个特征滤光片、nr个参比滤光片等三种滤光片时，取样系统只有取样器(12)，其正反向分光扫描信号等效同时采集的光谱测量时，上位机发送测量指令，采集控制电路控制步进电机带动滤光盘转动进行正反向扫描，获得采集数字量Dk和D’k，计算光谱值S，测量方法包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，其特征在于：所述便携式光栅扫描型光谱仪的分光系统由步进电机Ⅱ(22)与丝杠(23)同轴连接，丝杠(23)与螺母(24)组成丝杠螺母机构，带动摆杆(25)上固定的扫描光栅(26)转动，使不同波长的单色光依次进入取样系统中；分光系统的两个光电开关(27)分别固定于扫描起始位置和终止位置并与采集控制电路连接，检测零位挡片(28)的位置后将位置信号发送至采集控制电路。
6.根据权利要求5所述的一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，其特征在于：所述取样系统由取样换位电机(13)分别与样品盘(14)的转轴和采集控制电路连接，取样器(12)固定在分光系统的出口、取样位置与(16)样品盘(14)的采样位置对准。
7.根据权利要求6所述的一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，其特征在于，当便携式滤光片型光谱仪器的滤光盘(3)上只有一种m个特征滤光片时或是为便携式光栅扫描型光谱仪的正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量时，测量方法均包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，其特征在于：采用便携式扫描型光谱仪进行测量，在便携式扫描型光谱仪器原测量方法的基础上，在每次测量扫描时，增加了按测量的逆顺序依次进行反向扫描的步骤，获得正反向的采集数字量dk和d’k，k＝1，2，...，m，m为分光系统输出分光信号的个数，二者按相同波长位置取平均，即dk和d’m-k+1取平均后得dk，以dk为分光信号的采集量，按原光谱计算方式计算获得光谱值s；
2.根据权利要求1所述的一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，其特征在于：所述adc采集单元与光电转换及放大调理电路相连，微处理器单元与光源系统相连，串口通信单元与上位机相连，电机驱动单元分别分光系统和取样系统相连；所述adc采集单元用于采集模拟信号并将其转化为数字量；所述微处理器单元用于控制光源系统工作，通过电机驱动和检测电路控制扫描步进电机和取样系统工作，接收光电开关信号和adc采集单元的采集数字量；所述串口通信单元用于实现微处理器单元和上位机之间的双向通信。
3.根据权利要求1所述的一种正反向分光扫描信号等效同时采集光谱测量方法，其特征在于：所述便携式滤光片型光谱仪的分光系统由步进电机ⅰ(2)连接传动机构，步进电机(2)分别与滤光盘(3)同轴连接，接收采集控制电路的控制信号，滤光盘(3)上分布有多个滤光孔(5)和零位挡片(6)，光电开关(4)与采集控制电路连接，光电开关(4)检测滤光盘(3)上的零位挡片(6)并产生零位信号被采集控制电路接收，用于判断滤光盘(3)的初始位置；滤光孔(5)能够依次转入系统光路(7)中进行所需测量滤...
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