多轴联动在线动态旋光与光谱检测系统的研究

摘要

本系统利用旋光效应原理和光谱分析原理，设计了一套旋光检测系统和光谱检测系统结合的光学笼式系统，实现了对样品的旋光特性和光谱特性的在线动态同步检测，进而确定待测样品的浓度和组成成份。用Solidworks软件对多轴笼式在线动态旋光与光谱检测系统进行3D实体建模，可直观立体的看到系统模型，也便于系统的设计和改进。
　　本设计由在线动态旋光检测系统、传统旋光检测系统和光谱检测系统组成，既能检测样品的旋光特性，同时又能分析样品的光谱特性。整个系统设计的具体工作内容主要有四个部分:
　　1、旋光检测系统的设计。旋光检测系统包括两部分，一部分是传统旋光检测系统，另一部分是在线动态旋光检测系统。传统旋光检测系统是通过光源发出的光经反射镜入射到传统旋光检测系统中，偏振片将反射过来的光束变成偏振光进入到样品;从样品出射的光入射到检偏器旋转平台，再进入高速光电探测器，将光信号转换为电信号，用示波器读取电压值，通过旋转平台转动检偏器使得加样品产生的电压值和未加样品的电压值相同，旋转平台使检偏器转过的角度用habview软件的控制面板记录，转过的角度差就是旋光度。在线动态旋光检测系统的核心器件是角向偏振光片，其作用是无需手动转动即可检测样品溶液的旋光度的变化，因此减少机械误差，从角向偏光片出射的光用CCD探测器有效接收，并在计算机上特定的软件能直观看到图像;最后用Matlab软件进行图像处理来计算旋光度，利用浓度公式可算出待测溶液的浓度。通过传统旋光检测系统和在线动态旋光检测系统测样品的旋光度与标准的旋光度的数据对比，可确定在线动态旋光检测系统的准确度更高。
　　2、光谱检测系统的设计。此系统由宽带光源、光纤探头和美国海洋光学USB4000微型光纤光谱仪组成。光源发光经光纤传输到溶液，通过溶液的光再经光纤传输耦合到光谱仪，最后利用计算机上光谱软件可实时在线动态观察样品的光谱图，将检测的光谱图与标准官能团光谱图比对来分析样品成分。
　　3、旋光检测系统与光谱检测系统的搭建。采用多轴联动光学笼式结构搭建系统。整个系统主要采用双通道的比色皿支架将传统旋光检测系统、在线动态旋光检测系统和光谱检测系统结合起来搭建，整体的空间结构呈“十字”形状，使得整个系统可以共用一个比色皿且互不干扰的同步实验，实现旋光特性与光谱特性的共同检测系统。这种笼式结构特点是优化系统空间，观测直观化，系统结构可视化，装置小型化，操作简便化，节约检测时间，降低成本。
　　4、旋光检测系统和光谱检测系统的实验。用传统旋光检测系统和在线动态旋光检测系统检测旋光管的旋光度，通过这个实验证明在线动态旋光检测系统的准确度比传统旋光检测系统的准确度高，因此可以用在线动态旋光检测系统和光谱检测系统共同检测葡萄糖溶液的浓度和光谱特性。
　　本设计是国内外首次研究旋光特性和光谱特性的共同检测，且可实时在线动态观测数据;其中的在线动态旋光检测系统是国内外首次实现无需任何的机械转动即可检测任意样品的旋光特性。在线动态旋光与光谱检测系统可以应用在医学的药品检测、食品的安全检测、科研实验和教学机构。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究旋光与光谱检测技术的状况

1．2．1 国内外研究旋光检测技术的状况

1．2．2 国内外研究光谱检测技术的状况

1．3 本论文的研究前景

第2章 旋光检测技术

2．1 旋光检测技术的原理

2．1．1 光的偏振

2．1．2 旋光效应理论

2．2 旋光检测系统

2．2．1 传统旋光检测系统

2．2．2 在线动态旋光检测系统

2．4 本章小结

第3章 光谱检测技术与光谱仪

3．1 光谱检测技术

3．1．1 光谱研究的进展

3．1．2 光谱检测技术的原理及应用

3．2 光谱仪

3．2．1 光谱仪原理及结构

3．2．2 光谱仪的分类及其应用

3．2．3 微型光纤光谱仪

3．3 本章小结

第4章 多轴联动在线动态旋光与光谱检测系统

4．1 多轴联动旋光与光谱检测系统的介绍及3D建模

4．1．1 多轴联动在线动态旋光与光谱检测系统的介绍

4．1．2 多轴联动在线动态旋光与光谱检测系统的3D建模

4．1．3 Finder3D打印机打印多轴联动笼式系统的零件

4．2 传统旋光检测系统

4．2．1 传统旋光检测系统的硬件介绍

4．2．2 传统旋光检测系统的软件介绍

4．3 在线动态旋光检测系统

4．3．1 在线动态旋光检测系统的硬件介绍

4．3．2 在线动态旋光检测系统的软件介绍

4．4 光谱检测系统

4．4．1 光谱检测系统的硬件介绍

4．5 本章小结

第5章 多轴联动在线动态旋光与光谱检测系统的实验

5．1 传统旋光检测系统与在线动态旋光检测系统对比实验

5．1．1 传统旋光检测系统检测标准旋光管的旋光度

5．1．2 传统旋光检测系统检测标准旋光管的旋光度

5．1．3 数据处理

5．2 在线动态旋光检测系统的应用

5．2．1 在线动态旋光检测系统检测葡萄糖溶液的浓度

5．3 光谱检测系统的实验

5．3．1 光谱检测系统检测葡萄糖溶液的光谱特性

5．4 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果

声明