第三章        整机工作原理

第一节    仪器工作过程

一。仪器工作过程


  


        仪器由光源、单色器、样品室、前置放大器、VFC电压/频率转换器及微计算机系统组成。其中，微计算机系统主要由微处理器、外部设备键盘、LED数显和打印机组成。

        仪器开机点亮光源（卤钨灯），微处理器8031执行程序存储器中的波长自动定位程序，由8155 输出步进脉冲给MC1413驱动器，MC1413驱动步进电机快速返回仪器波长起始位置（由光电断续器装置定位），8031控制步进电机正转寻找0级光。当在400步内找到零级光能量设定值时，有微处理器控制快速驱动到波长320nm处，并开始执行100%线校正。
        100%线每1nm校正一点。由于光源在不同波长时其能量辐射不一样，因此必须通过控制前置放大器的增益来使仪器的能量达到统一。单色光通过样品室(比色皿架位置置参比槽"R")经光电管光电转换成电信号，通过微处理器控制的前置放大器按一定倍率进行放大，此信号由电压/频率转换器(VFC)转换成频率信号送8031微处理器完成A/D转换，每变换1nm波长，微处理器则根据接收到的信号来控制前置放大器的增益，以达到自动增益控制(A.G.C)，这样，便使仪器完成从320nm~820nm波长范围自动调整100%基线，并存储在数据存储器6264内。100%线校正完毕，仪器波长自动快速返回到500nm处等待。



第二节    仪器光路系统

  


        仪器采用光栅自准式色散系统和单光束结构光路。

       卤钨灯发出的连续辐射经截止滤光片组选择、聚光镜聚光后经自动光门投向单色器入射狭缝，此狭缝正好处于聚光镜及单色器内准直镜的焦平面上，因此进入单色器的复色光通过平面反射镜反射及准直镜准直变成平行光射向色散元件光栅，光栅将入射的复色光通过衍射形成按照一定顺序均匀排列的连续单色光谱，此单色光谱重新回到准直镜上。由于仪器出射狭缝设置在准直镜的焦平面上，这样，从光栅色散出来的光谱经准直镜聚光后成像在出射狭缝上，出射狭缝选出固定带宽的单色光通过聚光镜落在试样室被测样品中心，样品吸收后透射的光经光门射向光电管阴极面，经光电转换，进入电子系统进行处理。

       图6.3.2中的保护玻璃是为防止灰尘进入单色器而设，与原理无关。


第三节    单色器介绍

  

        图6.3.3中的光栅采用1200条/mm的复制平面光栅。光栅固定在光栅滑动底座上，光栅滑动底座与扇形齿轮连接。通过光栅架后的三个螺钉可改变光栅色散光的位置。由于光栅色散是线性的，因此可采用线性传动机构使匀排光谱照射在出射狭缝上。

一。波长传动机构
        
        波长传动机构包括步进电机，步进电机小齿轮（固定在在步进电机转动轴上，图中未画出），波长驱动大齿轮（与图中圆柱齿轮同轴，图中未画出），及扇形齿轮。步进电机由微处理器控制步进，步进电机带动固定在步进电机轴上的小齿轮，小齿轮带动波长驱动大齿轮，由于圆柱齿轮和波长驱动大齿轮同轴，圆柱齿轮转动，通过扇形齿轮跟圆柱齿轮的啮合，是光栅转动，以改变仪器出射单色光的波长值。
       另外，在单色器外由波长驱动大齿轮转盘、滑轮及尼龙绳组成一套波长联动机构，滑轮上的齿轮与截止滤光片组转动轴上的齿轮啮合，使波长值与截止滤光片组同步。

注：有些仪器滤光片组由单独的步进电机驱动，这里是用尼龙绳组成的联动机构。

二。光电断续器装置及波长限位微动开关

        光电断续器装置安装在单色器内，光电断续器挡光片则通过二个螺丝定位在扇形齿轮上。步进电机通过波长传动机构使光栅转动，当扇形齿轮上的挡光片遮住发光二极管的光时，光敏三极管输出变化，此变化信号由微处理器检测到，此时，微处理器判定光栅已转到波长起点位置。
        当由于机械振动，使挡光片位置变动，而使微处理器检测不到波长起点位置时（此时仪器会提示波长初始化错误或找不到零级光），可以适当调整挡光片的位置。
        波长限位微动开关安装位置如图6.3.3，当波长驱动超出仪器极限波长位置时，扇形齿轮使微动开关动作，自动切断步进电机电源，从而达到长限的目的。

  
  
三。其他一些构件介绍

1.狭缝

        仪器的入射狭缝和出射狭缝采用宽度为0.9mm的等宽度固定狭缝，仪器的单色光半宽度为6nm。狭缝组件通过二个螺丝固定在单色器暗盒上，由于入射狭缝与出射狭缝不在同一个平面，减少了杂散光。

2.准直镜组件

准直镜组件背部的螺钉如下图



        通过调整三个精密调节螺钉，将由平面小反射镜反射的入射光变为平行光照在光栅上，同时又将经光栅色散后的光谱聚焦于出射狭缝上。