一种适用于光电检测的差分测量方法及装置。其方法包括步骤：1)选择与待测化学物质在光谱上的某个特征波谱峰相重叠的范围作为共振波带；2)将包含共振波带但比共振波带更宽的范围作为参考波带，且这个范围不与待测化学物质在光谱上的其它波谱峰相重叠；3)测定待测电磁波信号在共振波带的强度I1和参考波带的强度I2；4)比较I1和(I2-I1)，确定检测结果。如因共振波带太宽而影响检测效果，则不执行步骤4)而执行下列步骤：5)设定比上述共振波带窄、更具有代表性的波长范围作为第二共振波带，6)测定待测电磁波信号在第二共振波带内的强度I1′，7)比较I1′和(I2-I1)。所述装置包括单光路系统和多光路系统。本发明专利技术可有效提高检测灵敏度和精度，降低相关光学器件的制作难度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种差分测量方法及装置，特别是一种适用于光电检测的差分测量方法及装置。
技术介绍
光与化学物质之间能够发生相互作用。以红外光为例，当一束红外光透过某种化学物质蒸汽后，某些特定波长的红外光将会被该化学物质的分子所吸收而转化为这些分子的转动能和/或振动能。反之，当该化学物质的温度超过其周围的环境温度时，该化学物质将会向外辐射出相同特定波长的红外光。这些特定的波长称为该化学物质的特征波长。特定的化学物质所对应的特征波长是一定的。利用这个原理，可以通过测定一个红外辐射信号在某种化学物质的一个特征波长上的相对强度(即相对于在一个非特征波长上的强度) 而检测出在该红外辐射信号所经过的路径上是否存在该种化学物质；进而，如果存在该种化学物质的话，可以测定其剂量的大小，或者测定其与周围环境的温度差等。为了实现上述光电检测，必须采取下列步骤首先，测量光信号在待测化学物质的某一个特征波长上的强度，其次，测量光信号在待测化学物质的某一个非特征波长上的强度，最后，比较两者的差别，得到相对强度值。这种测定方法称为差分测量方法或比色测量方法，其中所选定的非特征波长称为参考波长，所选定的特征波长也称为共振波长。目前，针对特定化学物质的红外检测仪和红外测温仪都有成熟的产品，其中有些型号就是采用差分法或比色法。而事实上除了红外光之外，也有利用其它波长的电磁波进行差分测量或比色测量的例子。在化学物质的红外光谱上，其特征波长通常表现为具有一定宽度的波谱峰或波谱带。所以在具体实施差分检测时，首先要做的是确定共振波长和参考波长的位置和宽度。这里，我们分别把它们称之为共振波带和参考波带。确定的原则是共振波带应该与待测化学物质的某一个特征峰相重叠，而参考波带则不应该与待测化学物质的任何特征峰相重叠。 这里，参考波带的选择是一个容易被忽视的问题。事实上，在进行光学系统设计时，对于参考波带的选择有着近乎矛盾的要求。一方面，参考波带应该尽可能地靠近共振波带，以便最大限度地减小光学系统误差，另一方面，参考波带应该与共振波带保持一定的距离，以免参考波带与特征光谱峰的根部发生重叠而降低差分信号的强度。这样的要求使得参考波带的选择有时候非常困难。而现有的技术在这方面考虑较少，在进行参考波带的选择时常常带有一定的随意性。例如，美国专利N2 6853452(专利技术人Gabriel Laufer)提出了一种运用差分检测方法进行可挥发性有机化合物遥测的装置，但是该专利在参考波带的选择上并没有给出有说服力的理由。无疑，随意选择的参考波带对于减小光学系统误差和提高差分信号的信噪比是不利的。
技术实现思路
本专利技术提出了一种适用于光电检测的差分测量方法及装置，该方法在采用现有技术选择參考波带有困难时可以有效地解决參考波带的选择问题。为此，本专利技术采用以下技术方案一种适用于光电检测的差分測量方法，其包括如下步骤1. 1)选择与待测化学物质在光谱上的某一个特征波谱峰相重叠的范围作为共振 波帯；1. 2)将包含共振波带但比共振波带更宽的范围作为參考波帯，且这个范围不与待 测化学物质在光谱上的其它波谱峰相重叠；1.3)分别测定待测电磁波信号在共振波带上的強度I1和在參考波带上的強度 12；1.4)比较I1和I2-I1，确定检测结果。进ー步地在1. 3)中，如果因共振波带选得太宽而导致检测结果达不到预期的要求，则停止 步骤1.4)并转以下步骤1. 5)选定ー个比上述共振波带窄的范围作为第二共振波带，该第二共振波带只涵 盖特征波谱峰的峰顶部分；1. 6)測定待测电磁波信号在第二共振波带内的強度I1'；1. 7)比较I1'和I2-I1，确定检测結果。在步骤1. 1)中，为了避免共振波带所对应的特征波谱峰的根部与參考波带发生 重叠，可以将共振波带选得比选定的待测化学物质的特征波谱峰略宽。在步骤1. 4)中，可采用以下两个公式之ー比较I1和I2-I1 Diff OC 1 ,或 Diff oc Ir-k (I2-I1)式中Diff表示差分信号值，常数项a和b是为了消除基线噪声而引入的參量，常 数项k是比例因子。在步骤1. 7)中，可采用以下两个公式之ー比较I1'和I2-I1 Diff cc .oc I/ -Ic(I2-I1)式中Diff表示差分信号值，常数项a和b是为了消除基线噪声而引入的參量，常 数项k是比例因子。本专利技术还根据上述方法设计了相应的差分測量装置，包括单光路測量装置和多光 路测量装置。该单光路測量装置包括接收光学系统、滤光片切換装置、滤光片组、光电探测器组 件和信号处理单元，其中所述滤光片组包含若干个滤光片，各个滤光片固定在滤光片切換 装置上；所述接收光学系统将待测光信号调节成一个合乎要求的光束；所述滤光片切換装 置置于接收光学系统之后，通过该滤光片切換装置的动作，各个滤光片可以交替切入所述 光束对其进行滤光；所述光电探测器组件置于滤光片切換装置之后，检测经过滤光后的光 束的強度；所述光电探测器组件的输出与信号处理单元相连接；所述信号处理单元对来自 光电探测器组件的信号进行必要的预处理(放大、降噪等)，然后进行对比运算，并显示运算结果 。进一步地所述滤光片切换装置是可以转动的圆盘或是可以作往复运动的条形板。所述滤光片组包括一个特征滤光片和一个参考滤光片，其中所述特征滤光片的带通与待测化学物质在光谱上的某个特征波谱峰相重叠；所述参考滤光片的带通包含特征滤光片的带通但比后者更宽，且不与待测化学物质在光谱上的其它波谱峰相重叠。所述特征滤光片的带通与待测化学物质在光谱上的某个特征波谱峰相重叠且比后者宽。所述滤光片组还包括一个第二特征滤光片，该第二特征滤光片的带通只包含特征滤光片所对应的待测化学物质的特征波谱峰的峰顶部分，因而比特征滤光片的带通更窄、 更具有代表性。该多光路差分测量装置包括接收光学系统、滤光片组、光电探测器组件和信号处理单元，其中所述滤光片组包括一个特征滤光片和一个参考滤光片；所述接收光学系统将待测光信号调节成多个合乎要求的光束，其输出的光束的个数与所述滤光片组中所包含的滤光片的个数相同；所述滤光片组中的各个滤光片分别切入接收光学系统输出的光束对其进行滤光；所述光电探测器组件置于滤光片组之后，测定经过滤光后的各光束的强度； 所述信号处理单元连接光电探测器组件的输出，对来自光电探测器组件的信号进行必要的预处理(放大、降噪等)，然后进行对比运算，并显示运算结果。进一步地所述滤光片组中的特征滤光片的带通与待测化学物质在光谱上的某一个特征波谱峰相重叠；所述滤光片组中的参考滤光片的带通包含特征滤光片的带通但比后者更宽，且不与待测化学物质在光谱上的其它波谱峰相重叠。所述滤光片组还包括第二特征滤光片，该第二特征滤光片的带通只包含特征滤光片所对应的待测化学物质的特征波谱峰的峰顶部分，因而比特征滤光片的带通更窄、更具有代表性。所述滤光片组中的特征滤光片的带通与待测化学物质在光谱上的某一个特征波谱峰相重叠且比后者宽。本专利技术的优点是可以有效提高检测灵敏度和精度，并降低相关光学器件的制作难度。附图说明图1为本专利技术差分检测方法示意图；图2为DMMP红外光谱图；图3为单光路检测装置结构图；图4为滤光片切换用调制盘示意图；图5为双光路检测装置结构图。具体实施例方式本专利技术提出了一种独特的参考本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种适用于光电检测的差分测量方法，其特征在于包括如下步骤：１．１）选择与待测化学物质在光谱上的某一个特征波谱峰相重叠的范围作为共振波带；１．２）将包含共振波带但比共振波带更宽的范围作为参考波带，且这个范围不与待测化学物质在光谱上的其它波谱峰相重叠；１．３）分别测定待测电磁波信号在共振波带上的强度Ｉ１和在参考波带上的强度Ｉ２；１．４）比较Ｉ１和Ｉ２－Ｉ１，确定检测结果。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国胜，张知劲，
申请(专利权)人：张国胜，
类型：发明
国别省市：11
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