Ξ第25卷第4期2003年8月光学仪器OPTICALINSTRUMENTSVol.25,No.4August,2003文章编号:1005-5630(2003)04-0067-06分光光度计光强采样电路设计周明昱,严惠民(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:分光光度计是用于测量物质在不同波长光的透过率和吸收率等参数的仪器。由于光源和硅光二极管在不同波长下的特性差别很大,使得检测出的信号具有较大的动态范围,且在335nm处信号非常微弱。介绍测量分光光度计光强采样电路的设计方案,该电路具有简洁,可靠性高等优点。关键词:分光光度计;大动态范围;光强采样;低噪声中图分类号:TN72213文献标识码:ACircuitdesignofluminositysamplingforthespectrophotometerZHOUMing2yu,YANHui2min(StateKeyLaboratoryofModernOpticalInstrumentation,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Thespectrophotometerisusedtomeasurethetransmittanceandabsorbanceofthesub2stanceinthedifferentwavelengthlight.Sincethecharacteristicsofthelightsourceandsiliconphotodi2odevarygreatlyindifferentwavelengths,thesignalsmeasuredhavegreaterdynamicrange,andthesig2nalisveryweakat335nm.Thispaperdiscussesthedesignoftheluminositysamplingcircuitforthespectrophotometer,whichisbothsimpleandreliable.Keywords:spectrophotometer;greatdynamicrange;luminositysampling;lownoise1引言分光光度计是用于测量物质对不同波长光的透过率和吸收率等参数的仪器,广泛应用于医药卫生、临床检测、生物化学、石油化工、环保检测、食品生产和质量监督等部门作定性、定量分析。分光光度计的结构框图如图1所示。图1分光光度计结构框图光源发出复合光,经过分光系统后出来具有一定带宽的某一定波长的光,让该光束照射待测样品,通过测量透射样品前后的光强,便可计算出该样品对特定波长光的透过率和吸收率等参数。光强采样电路由Ξ收稿日期:2003203220作者简介:周明昱(19742),男,湖北随州人,浙江大学硕士研究生,从事光学和分析仪器设计方面的研究。·68·光学仪器第25卷光电转换电路和AƒD转换电路组成,光电转换电路将光强转换成模拟电压,AƒD转换电路将该模拟电压转换成数字量。单片机是本仪器的控制器,用于处理按键,读取采样值、计算并显示测量结果。本文中所要叙述的是某分光光度计产品设计,其性能指标要求如下:波长范围:335nm～1000nm;光谱带宽:6nm;光度准确度:011%。2造成输出信号大动态范围的原因从分光光度计的结构图可以看出,影响光电转换电路的输出信号的动态范围的几个主要因素如下:(1)光源在测量的波长范围内的光谱发射强度分布;(2)分光系统中的光学器件对不同波长光的衰减特性;(3)传感器(硅光二极管)对不同波长光的灵敏度。211光源的影响在此分光光度计中,光源采用卤钨灯。根据普朗克方程,辐射出射度如下式表示[3]:MΚ=c1Κ-5(ec2ƒΚT-1)-1(1)其中,c1=317418×10-16Wƒm2·m,c2=01014388m·K。通过求解,在T=2880K时:(1)Κ=335nm时,辐射出射度MΚ取得最小值219597×1010Wƒm2·m;(2)Κ=1000nm时,辐射出射度MΚ取得最大值215490×1012Wƒm2·m。由以上的数据可知,该光源在1000nm处的辐射能量约为335nm处的100倍。212光学器件的影响分光光度计的光源通过狭缝后,经过光栅进行分光,并由反射镜反射到硅光二极管上,由于光栅的作用和光学器件的反射损耗等原因,最后到达硅光二极管的能量比较微弱,且紫外线在传输过程中比较容易被衰减掉。213传感器的影响本分光光度计光电传感器采用日本滨松光子学株式会社的S2387-66R型硅光二极管,该器件的性能参数如下:有效接收面积:33mm2;端电容:4300pF;并联电阻:10G8;暗电流:50pA;光谱响应范围:320nm～1100nm;峰值灵敏度波长:960nm;峰值灵敏度:约0158AƒW;335nm灵敏度:约011AƒW。从上面的参数可以看出,在960nm处的灵敏度是335nm处的5倍之多。由于以上三个因素的作用,传感器检测到的信号动态范围很大。将上述硅光二极管接入一光电转换电路中,测量分光系统的输出光强,可以推导出:在335nm处,硅光二极管中的光电流约为618×10-10A,而在960nm处光电流比这个数值大的多。因为信号悬殊太大,对后面的光电检...