一种双参数测量方法

杨雷 陆轶 权芳芳

本文提出了一种利用旋光角度和透光率的双参数测量方法。通过DSP采样、记录，获得一条关于电机步数和光强信号的特性曲线，结合测量理论角度值和步进电机的步数的系统修正值，在引入加有黑墨水的糖溶液进行旋光度和透光率同时测量，实现旋光角度和透光率双参数的测量方法。

关键字：旋光度 透光率 数据拟合 双参数测量

1811年阿喇果发现，平面线偏振光通过透明物质时，其振动面将以光的传播方向为轴线发生某个角度的变化【1】。1815年毕奥发现糖溶液具有旋光现象【2】。从旋光现象发现至今天，旋光仪成为用来分析旋光物质的不可替代的仪器。通过对旋光物质的溶液或是晶体进行旋光度测量，我们可以准确的分析出其含量、浓度及纯度【3】。

一、试验前期工作

1、光路调试工作

前期需要进行光路的调试工作。打开光源可调频的激光器，同时调试起偏器，检偏器、PD（光电池）和样品管的位置，并使得激光通过各个部件的中间位置。

2、电路测试工作

在测量系统光路部分中，完成搭建并调试好后，我们需要对电路进行测试工作。完成试验的电路部分的连接，在打开激光光源后，需要让电路以及光源预热40分钟，然后才能进行试验，完成上述工作后，我们需要分别测量包络检波后的波形、带通滤波、限幅钳位后（及送入DSP的信号）的信号波形以及前置放大及二级放大后的波形的信号波形。最后送入DSP的信号是随着光强变化而变化的一条的直流信号。电路调试，各波形正常后，在进行后续的试验。

二、标准化修正

1、旋光角度的标准化

完成上述试验前期工作后，系统需要进行光源之间转换的，分贝采用钠光灯和采用激光器作为光源，在试验所测得的样品旋光角度之间存在的是一个线性关系[3-4]。该关系可有标准石英旋光管与测量的试验值进行线性拟合求得。而显示在系统上记为系统的理论角度值和步进电机的步数的比值，我们定义标志这个比值为Q。

2、Q值的测量

试验中分别利用标准石英旋光管和空测（0）为组，先进行一次空测，然后轮流测量6根标准石英旋光管，将测量数据作为一组进行记录，用于求取Q值。以此测量方法可以避免系统的不稳定性，减小系统不稳定误差。

二、双参数测量方法

基于上述旋光角度的测量方法[5-6]，本论文提出一种采用加有黑墨水的糖溶液进行旋光度和透光率同时测量试验方法。在进行透光率的试验时，为了使得试验现象明显，取同一浓度的糖溶液，分别加入不同浓度的黑墨水。

试验具体步骤如下：

（1）在该糖溶液中滴加黑墨水，配置合适黑墨水的糖溶液。

（2）先在旋光管中只加入糖溶液，进行测量，记录试验数据。然后，倒出糖溶液，依次加入已经配置好的10组黑墨水的糖溶液，进行测量，记录这10组试验数据。

（3）利用origin对试验数据进行处理分析。

试验首先测得该糖溶液的旋光角度为。根据不同溶液加入墨水的滴数不同，但糖溶液的旋光角度改变微小，几乎不发生变化，透光率的变化明显。为了验证测试结果的有效性和可重復性，我们按照上述步骤进行了多次的测量，并对测量的数据求取平均值，利用origin进行数据分析：

从图1中我们可以看到，对于同一浓度的糖溶液，透光率与黑墨水的浓度之间呈较好的线性关系，线性拟合度达到了0.98327。

本文基于DSP、步进电机旋转台等结构的激光调频旋光测量系统，采用标准石英旋光管进行测量，以及未放置样品时的旋光角度进行定标，同时结合测量理论角度值和步进电机的步数的系统修正值。引入加有黑墨水的糖溶液进行旋光度和透光率同时测量试验，利用数据拟合方法，能够实现旋光角度和透光率双参数的同时测量。

【参考文献】：

【1】石顺祥，王学恩，刘劲松. 物理光学与应用光学[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社， 2009.

【2】丁海铭. 旋光计量测试技术[M]. 北京： 中国计量出版社， 2009.

【3】J.C. Ramella-Roman， A. Nayak， S.A. Prahl， Spectroscopic sensitive polarimeter for biomedical applications[J]. J. Biomed. Opt. 16， 047001 （2011）.

【4】Jing-FungLin， Chih-ChaoChang， Chang-DingSyu et al. A new electro-optic modulated circular heterodyne interferometer for measuring the rotation angle in a chiral medium[J]. Optics and Lasers in Engineering， 2009（47）： 39-44.

【5】A. Potts， W. Zhang， D.M. Bagnall. A new polarimeter based on optical non-reciprocity in gratings with two-dimensional chirality[J]. Appl. Phys. B-Lasers O. 99， 679-693 （2010）.

【6】Michael Barnes， Mike Dudbridge and Tom Duckett. Polarised light stress analysis and laser scatter imaging for non-contact inspection of heat seals in food trays. Journal of Food Engineering 112（3） （2000），183-190.

作者简介：杨雷（1992—），男，汉族，上海人，硕士，单位：上海市质量监督检验技术研究院，研究方向：智能化检测方法，机械工程检测领域。