基于四象限探測器的原子熒光空心陰極燈輔助系統及方法技術方案

本發明專利技術提供一種基于四象限探測器的原子熒光空心陰極燈輔助系統及方法，所述輔助系統是在所述觀測點后方設有輔助透鏡與四象限探測器，使匯聚于所述觀測點處的光線經過所述輔助透鏡后在所述四象限探測器上形成光斑；所述四象限探測器再通過信號處理電路連接控制系統，所述控制系統還與所述空心陰極燈連接；利用所述輔助系統，可以對原子熒光空心陰極燈系統進行光路對準與光源漂移校準。本發明專利技術光路對準精度高、重復性好，可以自動監測及校準光源漂移，在原子熒光分析技術領域，尤其是空心陰極燈自動對光及光源漂移校準等領域具有較好的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及原子熒光的分析
，尤其是涉及原子熒光的光路對準和光源漂移校準

技術介紹
在原子熒光分析技術中，激發光源的強度和穩定性直接決定了原子熒光光譜儀的分析靈敏度和重復性。激發光源的強度越高，分析靈敏度也就越高；激發光源的穩定性越好，分析重復性也就越好。空心陰極燈具有操作方便，靈敏度高、成本低、可以脈沖調制等優點，是目前原子熒光在普遍使用的激發光源。 作為原子熒光的激發光源，空心陰極燈經過透鏡成像后的光斑位置直接決定了分析靈敏度和重復性。當光斑位置偏離觀測點(即原子化器的中心線和透鏡光軸的交匯點)時，原子熒光的分析靈敏度急劇下降。目前用于原子熒光空心陰極燈的對光系統一般均采用將入射光照射到某一個帶有刻度線的平面上，然后進行目測的形式進行對光，對光結束后需要手動移去對光裝置，因此對光的準確度較差，且無法實現對光的自動化和數字化，從而會影響分析結果的靈敏度和重復性。對于需要頻繁更換空心陰極燈后的多次對光操作，根本無法保證多次對光之間光斑位置的一致性，因此長期測量結果的重復性也無法保證。目前在原子熒光空心陰極燈的對光系統方面，還未見有相關的報道及專利出現。由于空心陰極燈的發光強度直接決定了原子熒光分析的靈敏度和重復性，因此當空心陰極燈的發光強度發生光源漂移時，原子熒光分析的靈敏度就會隨之發生光源漂移，因此分析結果的重復性也無法得到保證。專利號為ZL200320100040. 0的技術專利報道了一種用于原子熒光光譜儀的扣除光源漂移和脈動的裝置，在光源的光通過透鏡之前，將少部分光線直接照射到光源檢測器上或者通過光導纖維導到光源檢測器上，經過放大和數據處理，同步監控并扣除光線的光源漂移和脈動。然而，該裝置在光源輻射的光通過透鏡之前，將少部分光線直接照射到光源檢測器上或者通過光導纖維導到光源檢測器上的設計會損失一部分的光能量，在一定程度上影響了分析靈敏度，同時在光路系統上設置光纖或光源檢測器的設計會嚴重影響光源在原子化器上方觀測點的正常聚焦和成像，進而影響原子熒光的正常產生，此外該裝置不能同時用于空心陰極燈光路的對準。
技術實現思路
本專利技術針對上述問題，提出了一種，采用四象限探測器和透鏡首次實現了原子熒光空心陰極燈的高精度數字化光路對準。此外利用四象限探測器的四個象限光電流之和的變化，控制系統實時調節燈電流，用于校準空心陰極燈的光源漂移。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案包括一種基于四象限探測器的原子熒光空心陰極燈輔助系統，第一透鏡設置于空心陰極燈前方，使所述空心陰極燈發出的光線匯聚于第一透鏡后方的觀測點處，其特征在于在所述觀測點后方設有輔助透鏡與四象限探測器，所述輔助透鏡以及所述四象限探測器均與所述第一透鏡同軸設置，使匯聚于所述觀測點處的光線經過所述輔助透鏡后在所述四象限探測器上形成光斑；所述四象限探測器再通過信號處理電路連接控制系統，所述控制系統還與所述空心陰極燈連接。所述信號處理電路包括依次連接的前置放大器、帶通濾波器、同步解調器與AD轉換器。所述同步解調器采用與空心陰極燈脈沖頻率和時間同步的調制方式。所述輔助透鏡為雙凸石英透鏡，其直徑為2 30mm，焦距為3 40mm ;所述四象限探測器與所述輔助透鏡之間的距離為3 80mm ;所述輔助透鏡與觀測點的距離為3 80mm。所述四象限探測器是將四個性能完全相同的光電管按照直角坐標要求排列而成 的集成光電探測器件。所述四象限探測器的四個象限均為正方形，其邊長為f 10mm。所述四象限探測器的四個象限均為1/4圓形，其半徑為f 10mm。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案包括一種使用基于四象限探測器的原子熒光空心陰極燈輔助系統進行光路對準的方法，其特征在于所述四象限探測器接收到空心陰極燈的脈沖光源輻射后，所述四象限探測器的四個探測器所接收的光信號分別轉化為電流信號，然后被所述信號處理電路處理，被傳遞給所述控制系統；所述控制系統通過比較所述四個探測器產生的電流信號，得到光斑所處的位置；當所述光斑的位置偏離四象限探測器的原點時，所述控制系統發出控制信號給所述空心陰極燈，使空心陰極燈發出的光線向所述四象限探測器的原點偏移，直至所述四個探測器輸出的光電流均相同為止。當空心陰極燈完成光路對準后，所述控制系統實時監測所述四象限探測器的四個探測器所探測到的四個象限的合并光電信號強度，然后通過比較所述合并光電信號強度隨時間變化的數值，計算出光源漂移的比例；所述控制系統根據該比例，對所述空心陰極燈的燈電流進行調節，使所述合并光電信號強度保持不變。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案包括一種使用基于四象限探測器的原子熒光空心陰極燈輔助系統進行光源漂移校準的方法，其特征在于所述四象限探測器接收到空心陰極燈的脈沖光源輻射后，所述四象限探測器的四個探測器所接收的光信號分別轉化為電流信號，然后被所述信號處理電路處理，被傳遞給所述控制系統；所述控制系統實時監測所述四象限探測器的四個探測器所探測到的四個象限的合并光電信號強度，然后通過比較所述合并光電信號強度隨時間變化的數值，計算出光源漂移的比例；所述控制系統根據該比例，對所述空心陰極燈的燈電流進行調節，使所述合并光電信號強度保持不變。與現有技術相比較，本專利技術具有的有益效果是本專利技術光路對準精度高、重復性好，可以自動監測及校準光源漂移，其系統結構簡單，定位精度高，自動化程度高，在原子熒光分析
，尤其是空心陰極燈自動對光及光源漂移校準等領域具有較好的應用前景附圖說明圖I為四象限探測器的平面結構示意圖；圖2為基于四象限探測器的原子熒光空心陰極燈光路對準及光源漂移校準系統的結構原理圖。附圖標記說明A_第一象限探測區；B_第二象限探測區；(第三象限探測區；D-第四象限探測區；1-空心陰極燈；11_燈電源；2_第一透鏡；3_原子化器；4_觀測點；5-第二透鏡；6_光電倍增管；7_輔助透鏡；8_四象限探測器；91_前置放大器；92_帶通濾波器；93-同步解調器；94-AD轉換器；95_控制系統。具體實施例方式圖I為四象限探測器的平面結構示意圖，其是將四個性能完全相同的光電管按照直角坐標要求排列而成的集成光電探測器件，常用于激光制導或激光準直中。每個象限中設有一個探測器(如，光電管)，當聚焦的光斑照射在四個象限的原點上時，四個象限中的探測器接收的光強相同，輸出的光電流也相同。當光線光斑的位置偏離四象限探測器的原點時，四個探測器輸出的光電流也就不相同，對四個探測器輸出的電流進行差分處理，就可以得到光斑偏離中心的誤差信號。四象限探測器的光斑重心位置計算公式如下「 n v t (Il+14) - (I2+I3)X=k—,~~~^ h十h十h+U「n '了 ! (I I+ !2) - (b+I#)Y=k------— 丨! +丨2+丨什丨4式中，X為光斑偏離原點的橫向偏移量；￥為光斑偏離原點的縱向偏移量；K為比例系數；11、12、13和14分別為第一、二、三和四象限A、B、C、D中探測器測量出的光電流。顯然，當X、Y均為零時，就意味著聚焦的光斑照射在四個象限的原點上。如圖2所示，是基于四象限探測器的原子熒光空心陰極燈光路對準及光源漂移校準系統，第一透鏡2同軸地設置于空心陰極燈I前方，即，所述第一透鏡2的光軸與所述空心陰極燈I的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于四象限探測器的原子熒光空心陰極燈輔助系統，第一透鏡設置于空心陰極燈前方，使所述空心陰極燈發出的光線匯聚于第一透鏡后方的觀測點處，其特征在于：在所述觀測點后方設有輔助透鏡與四象限探測器，所述輔助透鏡以及所述四象限探測器均與所述第一透鏡同軸設置，使匯聚于所述觀測點處的光線經過所述輔助透鏡后在所述四象限探測器上形成光斑；所述四象限探測器再通過信號處理電路連接控制系統，所述控制系統還與所述空心陰極燈連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁敬，陳璐，王慶，楊名名，董芳，侯愛霞，張錦茂，
申請(專利權)人：北京瑞利分析儀器有限公司，
類型：發明
國別省市：