專利名稱：雙通道比率記錄中的串?dāng)_補(bǔ)償方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是電學(xué)領(lǐng)域中籍非電量電測(cè)法獲得兩個(gè)通道動(dòng)態(tài)物理量的相對(duì)比率，而需克服共用的探測(cè)器的慣性引起的兩路電信號(hào)之間的串?dāng)_而產(chǎn)生的比率誤差所采用的實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法和裝置。
兩個(gè)通道共用一個(gè)探測(cè)器可以保證非電物理量轉(zhuǎn)換為電量時(shí)的轉(zhuǎn)換系數(shù)一致。由于物理量是動(dòng)態(tài)的，它們必須由調(diào)制器迅速交替地采樣送到探測(cè)器，探測(cè)器將它們變?yōu)殡娦盘?hào)，在計(jì)算比率之前，又必須經(jīng)過解調(diào)器恢復(fù)成為兩個(gè)通道。由于探測(cè)器有慣性，第一通道物理量給探測(cè)器的影響將延續(xù)到解調(diào)器轉(zhuǎn)入第二通道時(shí)，并不立即消失而是逐漸衰減;反之亦然。于是，經(jīng)解調(diào)器分解成的兩路電信號(hào)并不單純地各自代表原先的兩路物理量，如簡(jiǎn)單地取兩路電信號(hào)的比率，作為兩路物理量的比率，則將包含很大的誤差，此現(xiàn)象稱為兩個(gè)通道之間的“串?dāng)_”(CROSS-TALK)。
一個(gè)典型的實(shí)例是雙光路紅外分光光度計(jì)，它用來測(cè)定樣品的透過率，即樣品光路的光強(qiáng)與參考光路光強(qiáng)之比。在串?dāng)_問題未獲得電學(xué)領(lǐng)域的解決辦法之前，這類儀器只能采用光學(xué)反饋原理來避免串?dāng)_誤差，但光學(xué)法有加工困難和其它固有缺點(diǎn)。1966年Beckman公司提出一種解決串?dāng)_的電學(xué)方法(美國專利3，242，797)。但這種方法實(shí)際上未在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。1979年P(guān)ERKINELMER公司提出另一種解決串?dāng)_的電學(xué)方法(英國專利1，538，450)(美國專利4，132，481)。其技術(shù)途徑是靠反復(fù)調(diào)試來找到解調(diào)信號(hào)的某個(gè)合適的采樣延遲定時(shí)，使兩路串?dāng)_得到補(bǔ)償，但其調(diào)試方法和電路結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。本發(fā)明的技術(shù)途徑則是直捷的信號(hào)采集和參數(shù)設(shè)定，使得扣除串?dāng)_極為簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確。
如以光強(qiáng)代表物理量，解調(diào)后的電信號(hào)S1和S2分別對(duì)應(yīng)于參考光路和樣品光路的光強(qiáng)I1和I2，在進(jìn)行比率運(yùn)算之前應(yīng)分別先扣除來自另一路的串?dāng)_。對(duì)一路的串?dāng)_量應(yīng)正比于另一路的信號(hào)的大小;這里的串?dāng)_比例系數(shù)K對(duì)兩路應(yīng)是相同的。就是說S1產(chǎn)生的串?dāng)_進(jìn)入S2中的量為KS1，而S2產(chǎn)生的串?dāng)_進(jìn)入S1中的量為KS2。也就是說(S2-KS1)對(duì)(S1-KS2)的比率應(yīng)代表I2對(duì)I1的準(zhǔn)確比率。這是本申請(qǐng)案技術(shù)的基本工作原理。它已得到理論和實(shí)驗(yàn)的證明。串?dāng)_量KS1和KS2是由乘法器對(duì)電信號(hào)S1和S2進(jìn)行乘法運(yùn)算得到的。因0＜K＜1，所以用一個(gè)電位器便可起到乘法器的作用。電位器應(yīng)是可調(diào)的，以便設(shè)定乘數(shù)K。
串?dāng)_系數(shù)K可由測(cè)量裝置中有關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以某個(gè)函數(shù)形式來表達(dá)，但在實(shí)施中實(shí)用的設(shè)定方法是本發(fā)明采用的調(diào)零方法。調(diào)零時(shí)用截止板完全遮擋樣品光路，即使得I2＝0，這時(shí)測(cè)量裝置輸出的比率值R應(yīng)等于零，如否，則調(diào)整乘法器中的K值，直至R＝0為止。這表示比率運(yùn)算中的分子(S2-KS1)已被調(diào)到等于零，也就是K處于正確的設(shè)定值。
調(diào)制器把兩路合并為一，解調(diào)器則把一路分解為二，兩者都作周期運(yùn)動(dòng)，在本案技術(shù)中不要求它們?cè)跁r(shí)間上嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，而是要使它們的時(shí)間關(guān)系調(diào)整到有一個(gè)優(yōu)化的相位差，以兩路電信號(hào)S1和S2之差最大為準(zhǔn)則。因?yàn)?S2-KS1)和(S1-KS2)都是S1和S2之差，眾所周知，如兩個(gè)大數(shù)相近出得其差值為一小數(shù)時(shí)，則大數(shù)所含的誤差反映到差值中將成為大的相對(duì)誤差。所以在本發(fā)明中安排一個(gè)調(diào)相定時(shí)器，用來設(shè)定優(yōu)化相位差，解調(diào)器的工作相位由這個(gè)定時(shí)器來控制。
本發(fā)明的典型實(shí)施例如圖所示是一種比率記錄的雙光路光度計(jì)。附圖
中的1為截止板、2為光調(diào)制器、3為探測(cè)器、4為放大器、5為解調(diào)器、6為減法器、7為除法器、8為乘法器單元、9為乘法器-可調(diào)電位器、10和11為選擇開關(guān)、12為調(diào)相定時(shí)器、13為定子、14為轉(zhuǎn)子。通過測(cè)量由交替采樣的兩路光強(qiáng)I1和I2轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再采樣分解為S1和S2以獲得比率值R＝I2/I1。它除了這類儀器一般具有的光調(diào)制器2、探測(cè)器3、放大器4、解調(diào)器5和進(jìn)行比率運(yùn)算的除法器7等單元外，設(shè)置了與本發(fā)明的特征有關(guān)的下列單元1、減法器6，位于解調(diào)器5分解出電信號(hào)S1和S2之后，除法器7之前，用以分別扣除解調(diào)信號(hào)S1、S2中來自另一路的串?dāng)_量KS2和KS1。
2、乘法器單元8，位于解調(diào)信號(hào)S1和S2的分路上，用以分別對(duì)S1和S2進(jìn)行乘法運(yùn)算×K，即復(fù)現(xiàn)串?dāng)_量KS1和KS2，此積送至減法器6。如進(jìn)行模擬量運(yùn)算，本單元由乘法器主體及其前后各一個(gè)選擇開關(guān)10、11組成。乘法器最簡(jiǎn)單的方式是一個(gè)可調(diào)電位器9，使乘數(shù)即串?dāng)_系數(shù)K可調(diào)整設(shè)定。選擇開關(guān)10、11與解調(diào)器5同步工作，使乘法器交替地輸入兩路信號(hào)之一，乘K后輸出至另一路的減法器，目的是為了兩路信號(hào)處理時(shí)用完全相同的乘數(shù)K。如進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，則兩路易于做到用相同的乘數(shù)K，從而不需要再加選擇開關(guān)。
乘數(shù)K的設(shè)定以前述的調(diào)零操作來實(shí)現(xiàn)，為此在樣品光路中設(shè)置一塊用以遮擋光路的截止板1。
3、調(diào)相定時(shí)器12，位于光調(diào)制器2之后，解調(diào)器5之前，用以對(duì)電信號(hào)的采樣相位進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和控制。本單元由一個(gè)轉(zhuǎn)子14和一個(gè)定子13組成，前者是與光調(diào)制器2同步旋轉(zhuǎn)的發(fā)送器，發(fā)送光、電或磁信號(hào);后者是固定不轉(zhuǎn)的，只在調(diào)整時(shí)才可有角位移，裝有兩個(gè)相距180°的傳感器。轉(zhuǎn)子14隨光調(diào)制器每轉(zhuǎn)一周，定子13產(chǎn)生兩個(gè)脈沖，使解調(diào)器往復(fù)動(dòng)作一周。調(diào)整定子的角位置，使跨接在信號(hào)點(diǎn)S1和S2之間的電壓表讀數(shù)達(dá)到最大，即完成上述相位差最優(yōu)的調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種可用于雙光路光強(qiáng)的比率記錄中的串?dāng)_補(bǔ)償方法，通過測(cè)量由交替采樣的兩路光強(qiáng)I1和I2轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再采樣分解為S1和S2以獲得比率值R=I2/I1，其特征在于采用下列信號(hào)處理方法和測(cè)量狀態(tài)以補(bǔ)償兩路電信號(hào)之間的串?dāng)_(a)在電信號(hào)分解為S1和S2之后，進(jìn)行除法運(yùn)算之前，先分別進(jìn)行減法運(yùn)算以扣除來自另一路的串?dāng)_量KS2和KS1；(b)將電信號(hào)S1和S2引出分路，分別進(jìn)行乘法運(yùn)算×K，所得之積供上述減法運(yùn)算中作為減數(shù)之用，乘數(shù)K由調(diào)零操作來設(shè)定；(c)電信號(hào)采樣分解為S1和S2時(shí)，其采樣相位的確定以差(S1-S2)最大為準(zhǔn)則。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的比率記錄中的串?dāng)_補(bǔ)償方法，其特征在于乘數(shù)K的調(diào)零操作方法為在光強(qiáng)I2為零時(shí)，調(diào)整乘數(shù)K的值到使比率計(jì)算值R等于零為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的比率記錄中的串?dāng)_補(bǔ)償方法，其特征在于×K采用模擬量運(yùn)算時(shí)，由調(diào)零操作設(shè)定的乘數(shù)K值，既用于運(yùn)算KS1，也直接用于運(yùn)算KS2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的比率記錄中的串?dāng)_補(bǔ)償方法，其特征在于以光強(qiáng)采樣的時(shí)間相位為基準(zhǔn)，對(duì)電信號(hào)采樣的相位作相移調(diào)整，直至分解后的S1與S2之差(S1-S2)達(dá)到最大為止。
5.一種可用于雙光路光強(qiáng)的比率記錄中的串?dāng)_補(bǔ)償裝置，包括光調(diào)制器、探測(cè)器、放大器、解調(diào)器和進(jìn)行比率運(yùn)算的除法器，通過測(cè)量經(jīng)光調(diào)制器交替采樣的兩路光強(qiáng)I1和I2轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再經(jīng)解調(diào)器采樣分解為S1和S2以獲得比率值R＝I2/I1，其特征在于裝置中設(shè)置下列單元及其調(diào)整狀態(tài)(a)在經(jīng)解調(diào)器分解電信號(hào)成為S1和S2之螅ㄔ慫閆髦?，设置减法砌崿以分丙Z鄢醋粵硪宦返拇帕縆S2和KS1;(b)在電信號(hào)S1和S2的分路中設(shè)置乘法器，以分別對(duì)S1和S2進(jìn)行乘法運(yùn)算×K，所得之積送至上述減法器，乘數(shù)K在乘法器內(nèi)所設(shè)的可調(diào)參數(shù)元件上設(shè)定，設(shè)定時(shí)有截止板使光強(qiáng)I2為零;(c)在光調(diào)制器之后設(shè)置一個(gè)調(diào)相定時(shí)器，對(duì)電信號(hào)的采樣相位進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的比率記錄中的串?dāng)_補(bǔ)償裝置，其特征在于乘法器采用模擬量運(yùn)算時(shí)，由一個(gè)可調(diào)電位器及其前后各一個(gè)選擇開關(guān)組成，電位器進(jìn)行乘法運(yùn)算×K，選擇開關(guān)與電信號(hào)的采樣同步動(dòng)作，使S1、S2交替通過乘法器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的比率記錄中的串?dāng)_補(bǔ)償裝置，其特征在于乘法器中可調(diào)電位器上乘數(shù)K的設(shè)定是由R值的調(diào)零操作來實(shí)現(xiàn)的，即在光強(qiáng)I2為零時(shí)，調(diào)整乘法器中乘數(shù)K的值，到使本比率測(cè)量裝置的輸出值R等于零為止。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的比率記錄中的串?dāng)_補(bǔ)償裝置，其特征在于調(diào)相定時(shí)器由一對(duì)轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成，轉(zhuǎn)子與光調(diào)制器同步旋轉(zhuǎn)，并裝有發(fā)送器，定子裝有傳感器，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周則定子的傳感器產(chǎn)生等間隔的兩個(gè)脈沖，用來控制電信號(hào)交替采樣一周。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的比率記錄中的串?dāng)_補(bǔ)償裝置，其特征在于兩路光強(qiáng)I1和I2交替采樣和電信號(hào)S1和S2的交替采樣之間的相位差，由調(diào)整調(diào)相定時(shí)器的定子角位置來達(dá)到優(yōu)化，并籍電壓差(S1-S2)為最大來指示。
全文摘要
本發(fā)明是電學(xué)領(lǐng)域中為獲得雙光路光強(qiáng)I
文檔編號(hào)C10G11/18GK1037962SQ89102949
公開日1989年12月13日 申請(qǐng)日期1989年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月3日
發(fā)明者唐九華, 李生良 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械研究所