專利名稱：控制干涉分光光度儀的可動鏡往復(fù)運(yùn)動的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及到象傅里葉變換紅外(FTIR)分光光度儀(計(jì))的干涉分光光度儀，特別涉及到控制用在干涉分光光度儀中的一雙束干涉儀的可(移)動鏡往復(fù)運(yùn)動的方法和裝置。
常用的雙束干涉儀除了有一產(chǎn)生干涉圖的主干涉儀以外還包括一用來監(jiān)控可動鏡往復(fù)運(yùn)動并從干涉圖中抽樣的一控制干涉儀。
用于傅里葉變換紅外(FTIR)分光光度儀中的檢測器包括例如TGS和LiTaO3等的熱電檢測器、MCT和InSb等的量子檢測器和光聲(PAS)檢測器。在該干涉儀中，可動鏡的的往復(fù)速度代表一調(diào)制頻率。然而最佳調(diào)制頻率并不是對所有這些檢測器都是相同而是隨著檢測器的類型不同而不同的。此外，在PAS檢測器中，可動鏡往復(fù)的不同速度所檢測到的信息是某一樣品表面不同深度處的信息。
在一些FTIR分光光度儀中，可動鏡的往復(fù)速度是變化的，然而，這種分光光度儀中的變化速度的數(shù)值最多只有不多的幾個值。
由于不可能通過多級改變鏡運(yùn)動的速度，因而在使用能根據(jù)鏡移動的不同速度而檢測到不同信息的PAS檢測器時，現(xiàn)有的FTIR分光光度儀不能有效地利用光聲傅里葉變換分光鏡測定法。
在干涉分光光度儀的大量生產(chǎn)中，可動鏡的往復(fù)速度不能做到使每一個干涉光度計(jì)有一特定的最大的信噪(S/N)比。
根據(jù)前面描述的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供控制干涉分光光度儀的可動鏡的往復(fù)運(yùn)動的方法和裝置，采用這種方法，可動鏡的往復(fù)運(yùn)動速度可以很容易地改變，從而可以在最佳條件下進(jìn)行測量。
本發(fā)明的另一個目的是提供能實(shí)現(xiàn)一具有多速可動鏡的干涉分光光度儀，從而可有效地利用光聲傅里葉變換分光鏡測定法的方法和裝置。
簡言之，本發(fā)明提供的方法和裝置把來自振蕩器脈沖的分頻信號和來自控制干涉儀的一干涉信號進(jìn)行比較而產(chǎn)生一誤差信號并根據(jù)該誤差信號控制可動鏡的往復(fù)速度。
更具體地說，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明可提供一種控制雙束干涉儀的可動鏡的往復(fù)運(yùn)動速度的方法，上述雙束干涉儀是用在一干涉分光光度儀中且含有一控制干涉儀，所述方法包含以下步驟設(shè)定一與所需可動鏡往復(fù)速度相對應(yīng)的分頻比;以該分頻比對來自振蕩器的脈沖信號進(jìn)行分頻，由此產(chǎn)生一分頻后的信號;把該分頻后的信號與來自控制干涉儀的一干涉信號相比較，由此產(chǎn)生一誤差信號;以及根據(jù)該誤差信號控制可動鏡的往復(fù)速度直至得到所需的值。
為了得到上述可動鏡的所需的往復(fù)速度，先設(shè)定脈沖信號的分頻比，然后，將來自控制干涉儀的干涉信號和按照該分頻比對脈沖進(jìn)行分頻而得的信號進(jìn)行比較。這個比較產(chǎn)生一用來控制可動鏡的往復(fù)運(yùn)動速度的誤差信號直至得到所需要的值。
最好，分頻比能由一中央處理單元加以改變，例如，以便使用者能改變可動鏡的往復(fù)速度去適應(yīng)所使用的檢測器的類型，從而能在最佳條件下進(jìn)行測量。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明可提供一種控制雙束干涉儀的可動鏡往復(fù)速度的裝置，上述雙束干涉儀是用在一干涉分光光度儀中且含有一控制干涉儀，所述裝置包括用來設(shè)定與所需可動鏡往返速度相對應(yīng)的分頻比的裝置;產(chǎn)生一脈沖信號的振蕩器;以所述分頻比對來自振蕩器的脈沖進(jìn)行分頻并由此產(chǎn)生一分頻后的信號的裝置;把該分頻后的信號與一來自控制干涉儀的干涉信號相比較由此產(chǎn)生一誤差信號的裝置;以及根據(jù)該誤差信號控制可動鏡的往復(fù)速度直至得到所需要的值的裝置。
當(dāng)參閱體現(xiàn)本發(fā)明原理并用舉例的方式舉出的一最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述和附圖后，本發(fā)明的以上和其它的目的及優(yōu)點(diǎn)會變得更為明顯。


圖1是表示傅里葉變換紅外分光光度儀的總體結(jié)構(gòu)的示意圖，該紅外分光光度儀包括一根據(jù)本發(fā)明控制可動鏡移動速度的裝置;
圖2是表示上述控制裝置結(jié)構(gòu)的方框圖;
圖3(A)是圖2所示的控制裝置的第一計(jì)數(shù)器的方框圖;
圖3(B)是表明第一計(jì)數(shù)器運(yùn)行的時間圖;
圖4(A)是圖2所示的控制裝置的第二計(jì)數(shù)器的方框圖;
圖4(B)是表明第二計(jì)數(shù)器運(yùn)行的時間圖;以及圖5是表示圖2所示的控制裝置的運(yùn)行的一時間圖。
圖1是實(shí)施本發(fā)明的一傅里葉變換紅外(FTIR)分光光度計(jì)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
該FTIR分光光度計(jì)包括一光束分離(裂)器和補(bǔ)償器(以后稱為“光束分離(裂)器)2、一固定鏡4和一可動鏡6。光束分離器2傾斜放置得相對于固定鏡4的通常方向和可動鏡6的通常方向成60°角。固定鏡4固定安裝在一個固定鏡支承塊(未畫出)上。而可動鏡6由一個往復(fù)機(jī)械裝置(結(jié)構(gòu))8可動地支持著。該往復(fù)機(jī)械裝置8含有一用來使可動鏡6朝向或離開光束分離器2移動的線性馬達(dá)10。
光束分離器2和固定及可動鏡4、6與紅外(線)(IR)源12共同構(gòu)成一用作紅外線分光儀的主干涉儀。從IR源12過來的紅外線光由一會聚鏡14反射，然后通過一狹縫或小孔16，接著通過一準(zhǔn)直儀鏡18準(zhǔn)直，最后在光束分離器2上入射。被主干涉儀改變后的光先后被一平面鏡20和一會聚鏡22反射，然后通過一取樣室24，接著被一橢球鏡26反射，最后由一紅外線探測器28加以檢測，在那里改變后的光被轉(zhuǎn)換成一個電信號。
光束分離器2和固定及可動鏡4、6還與一由氦氖激發(fā)器30組成的光源組合，共同構(gòu)成一控制干涉儀。一從氦氖激發(fā)器發(fā)出的激光束被一反射鏡32反射，然后在光束分離器2處入射。被上述控制干涉儀調(diào)變的干涉光由一半透鏡34接收，從該半透鏡34反射的光被一光(電探)測器36檢測。一由上述光(電探)測器36檢測出的信號被一波形成形器38轉(zhuǎn)變成一脈沖信號。
一可動鏡驅(qū)動控制裝置40構(gòu)造得可以控制往復(fù)機(jī)械裝置8中的線性馬達(dá)10的電能供應(yīng)。為此目的，驅(qū)動控制裝置40接收一由一振蕩器42產(chǎn)生的脈沖信號作為主時鐘信號，此脈沖信號具有幾兆赫(MHZ)的頻率。它也接收由一中央處理單元(CPU)44送出的一分頻比信號并產(chǎn)生一輸出信號，該輸出信號的頻率是由上述分頻比確定的主時鐘信號的頻率的適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)。然后，驅(qū)動控制裝置40把這分頻輸出信號與由控制干涉儀發(fā)送出并經(jīng)波形整形后的干涉信號比較，然后，根據(jù)比較結(jié)果控制對線性馬達(dá)10電能的供應(yīng)。
上述可動鏡驅(qū)動控制裝置40下面參照圖2到圖4作更詳細(xì)的描述。
驅(qū)動控制裝置40含有一D型觸發(fā)器50，該觸發(fā)器的輸入端分別接收來自振蕩器42(圖1)的主時鐘脈沖信號和波形成形后的激光干涉信號。上述D型觸發(fā)器50的Q輸出端和上述激光干涉信號輸進(jìn)一與門52，該與門的輸出端與另一D型觸發(fā)器54的輸入端相連。D型觸發(fā)器54有一時鐘輸入端，主時鐘脈沖信號就從該端輸入。D型觸發(fā)器54的Q輸出X被送到一控制邏輯電路56中。
由CPU44發(fā)送出來的分頻比N被一閂鎖電路58保持或鎖住并送進(jìn)一第一計(jì)數(shù)器60。該第一計(jì)數(shù)器60有一計(jì)數(shù)部分，信號X的一個反向信號X′通過上述邏輯電路56傳送到該部分。第一計(jì)數(shù)器60包括一將在下面參照圖3描述的一可編程計(jì)時器并構(gòu)造得能輸出一其脈沖寬度隨CPU44確定的分頻比而變化的單觸發(fā)脈沖。
由CPU44送出的分頻比N也被閂鎖電路62所保持或鎖住并送進(jìn)一第二計(jì)數(shù)器64。該第二計(jì)數(shù)器64輸出一隨分頻比N而變化的脈沖序列。第二計(jì)數(shù)器64是一個可編程計(jì)數(shù)器，以后將參照圖4加以描述。上述第二計(jì)數(shù)器的輸出信號POS CLK被送進(jìn)一個D型觸發(fā)器66。D型觸發(fā)器66的Q輸出被反饋到同一觸發(fā)器66的一個輸入端，以便使觸發(fā)器66產(chǎn)生一具有脈沖保持時間與間歇時間之比為50%且脈沖上升時間是上述第二計(jì)數(shù)器64的輸出信號POS CLK的脈沖上升時間的兩倍的輸出脈沖信號POS。該輸出脈沖信號POS被送入控制邏輯電路56。
CPU44提供給一第一數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器68一速度反饋增益，該增益隨可動鏡6(圖1)的往返(復(fù))速度而變化。第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器68的輸出被加到一倒相放大器70和一非倒相放大器72以便從放大器70、72產(chǎn)生不同極性的電壓。放大器70、72的輸出端分別與開關(guān)74、76相連。
控制邏輯電路56還接收激光干涉信號。這個控制邏輯電路56包含多種控制邏輯電路。控制邏輯電路56對激光干涉信號和第一計(jì)數(shù)器60的輸出信號VEL SET的相位進(jìn)行比較以產(chǎn)生信號VEL CONT′和VEL CONT用來控制開關(guān)76、74的開和關(guān)。控制邏輯電路56還產(chǎn)生一來自觸發(fā)器66的輸出信號POS的上升邊(前沿)的信號POS SET和一來自觸發(fā)器54的輸出信號X的上升邊(前沿)的信號X POS。
開關(guān)74、76的開和關(guān)產(chǎn)生一信號VEL CONT，該信號則被送至一緩沖電路78，其輸出代表一速度誤差電壓。
信號POS SET加到一含有一上下(可逆)計(jì)數(shù)器的位置計(jì)數(shù)器80。位置計(jì)數(shù)器80與一第二數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器82相連，轉(zhuǎn)換器82輸出一取決于位置計(jì)數(shù)器80的計(jì)數(shù)的電壓。第二數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器82的輸出值代表一位置電壓。
信號X POS和信號POS SET加到一含有一上下(可逆)計(jì)數(shù)器的位置誤差計(jì)數(shù)器84。當(dāng)位置誤差計(jì)數(shù)器84接收到X POS信號時，它就計(jì)-1，當(dāng)它接收到POS SET信號時，就計(jì)+1，且當(dāng)它同時接收到信號X POS和POS SET時，它就不計(jì)數(shù)。位置誤差計(jì)數(shù)器84與一第三數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器86相連，第三數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器86輸出一隨位置誤差計(jì)數(shù)器84的計(jì)數(shù)而變化的電壓。上述第三數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器86的輸出(值)表示一位置誤差電壓。
上述速度誤差電壓、位置電壓和位置誤差電壓一起加到功率放大器88，在那里它們相加在一起然后提供給用來驅(qū)動可動鏡6(圖1)的往復(fù)機(jī)械裝置8(圖1)的線性馬達(dá)16。
圖3A表示圖2中的第一計(jì)數(shù)器60的一個例子。如上所述，第一計(jì)數(shù)器60是一個可編程計(jì)時器，并且它的輸出信號VEL SET的脈沖寬度隨CPU44(圖2)確定的分頻比N而變化。
圖4A表示第二計(jì)數(shù)器64的一個例子。這個計(jì)數(shù)器64的輸出信號POS CLK′(信號POS CLK的反相信號)隨CPU44(圖2)設(shè)定的分頻比N而變化。
下面參照圖2及圖5描述可動鏡驅(qū)動控制裝置的運(yùn)行過程。
CPU44設(shè)定一分頻比N和一速度反饋增益(D/A轉(zhuǎn)換器68的輸出電壓)。
如圖5所示，激光干涉信號與主時鐘脈沖信號不同步。觸發(fā)器50產(chǎn)生一使激光干涉信號與主時鐘脈沖信號同步的信號Q。與門52和觸發(fā)器54產(chǎn)生。信號Q的脈沖上升時間信號X。這樣，信號X代表上述激光干涉信號的上升時間(即可動鏡移動的當(dāng)前速度)。
如上所述，當(dāng)信號X′加到第一計(jì)數(shù)器60時，該計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一與CPU44設(shè)定的分頻率比相對應(yīng)的單觸發(fā)脈沖信號VEL SET?？刂七壿嬰娐?6在VOL SET信號和激光干涉信號之間進(jìn)行相位比較。在這里的情況下，如果該干涉信號是低電平而VEL SET信號是高電平，從控制邏輯電路56輸出一減慢(可動)鏡的(移動)速度的信號VEL CONT′。相反，如果激光干涉信號是高電平而VEL SET信號是低電平，那么從控制邏輯電路56中輸出一增加(可動)鏡運(yùn)動速度的信號VEL CONT″。這些信號VEL CONT′、VEL CONT″加到相應(yīng)的開關(guān)76、74上以產(chǎn)生一速度誤差電壓VEL CONT。
第二計(jì)數(shù)器64根據(jù)由CPU44設(shè)定的分頻比N產(chǎn)生一脈沖信號POS CLK，該信號被送到產(chǎn)生信號POS的觸發(fā)器66。信號POS的脈沖保持時間與間歇時間之比為50%。且它們上升時間是輸入信號POS CLK的上升時間的兩倍?？刂七壿嬰娐?6然后從信號POS的上升邊(前沿)產(chǎn)生一信號POS SET。信號POS SET加到位置計(jì)數(shù)器80，在被D/A轉(zhuǎn)換器處理后，它表示一位置信號。
位置誤差計(jì)數(shù)器84從控制邏輯電路56接收一信號X POS和信號POS SET，它的輸出被D/A轉(zhuǎn)換器86處理后表示一位置誤差電壓。
可動鏡6(圖1)的移動是一往復(fù)運(yùn)動，當(dāng)CPU44發(fā)出一方向指示信號時，信號POS SET或它的反相信號POS SET'加到位置計(jì)數(shù)器80上，位置計(jì)數(shù)器80進(jìn)行上行或下行計(jì)數(shù)從而實(shí)現(xiàn)對可動鏡6的往復(fù)運(yùn)動的雙向速度控制。
在實(shí)施例中，當(dāng)從振蕩器42(圖1)中產(chǎn)生的主時鐘脈沖信號的頻率為1.5MHZ并且在計(jì)數(shù)器60、64設(shè)定的分頻比N在10到255的范圍內(nèi)變化時，速度設(shè)定信號VEL SET的頻率能基本上連續(xù)地在6.7μs和340μs之間的范圍內(nèi)變化。該頻率變化范圍與從47.22毫米/秒(mm/sec)到0.93毫米/秒(mm/sec)的速度范圍相對應(yīng)，可動鏡的往復(fù)(返)速度可根據(jù)使用者的需要在47.22毫米/秒到0.93毫米/秒的范圍內(nèi)變化。
如上所述，從振蕩器產(chǎn)生的主時鐘脈沖信號分頻而得的信號與來自控制干涉儀的干涉信號相比較從而產(chǎn)生一用來控制可動鏡往復(fù)(返)速度的速度誤差信號。這樣的安排保證了可動鏡往返速度的調(diào)節(jié)的簡單和方便，并因此很容易適用于具有代表不同最佳往返速度的不同量佳調(diào)制頻率的種種檢測器。
由于上述主時鐘脈沖信號的分頻比可在一定的變化范圍內(nèi)選擇，使用者可選擇一較優(yōu)的往返速度設(shè)定(值)和計(jì)數(shù)的數(shù)量從而使測量時間減少到最小。使用這種方式的安排，在使用光聲傅里葉變換分光鏡時，能達(dá)到有效的測量，從而產(chǎn)生這樣的結(jié)果即根據(jù)往返速度的細(xì)微差別能得到取樣的深度方向上的信息。
很明顯，參閱了本發(fā)明的描述之后，種種小的變化和修改是可能的和不言而喻的。因此，應(yīng)該理解的是本發(fā)明除了上面描述的之外還可以以其他方式或方法加以實(shí)施，而這些其他方式和方法，仍落在所附的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種控制用于干涉分光光度儀中并含有一控制干涉儀的雙束干涉儀可動鏡往(復(fù))運(yùn)動的速度的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟設(shè)定一與所需可動鏡往復(fù)速度相對應(yīng)的分頻比；以上述分頻比對來自一振蕩器的一脈沖信號進(jìn)行分頻，由此產(chǎn)生一分頻后的信號；把上述分頻信號與來自控制干涉儀的一干涉信號進(jìn)行比較，由此產(chǎn)生一誤差信號；以及根據(jù)上述誤差信號控制可動鏡的往復(fù)速度直至達(dá)到所需要的值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，上述分頻比可變化以便改變可動鏡的往復(fù)速度。
3.一種控制用于干涉分光光度儀中并含有一控制干涉儀的雙束干涉儀可動鏡往復(fù)運(yùn)動的速度的裝置，其特征在于，它包括用來設(shè)定一與所需可動鏡往復(fù)速度相對應(yīng)的分頻比的裝置;一產(chǎn)生脈沖信號的振蕩器;以上述分頻比對來自上述振蕩器的脈沖信號進(jìn)行分頻由此產(chǎn)生一分頻后的信號的裝置;把上述分頻后的信號與來自控制干涉儀的一干涉信號進(jìn)行比較由此產(chǎn)生一誤差信號的裝置;以及根據(jù)上述誤差信號控制可動鏡的往復(fù)速度直至達(dá)到所需值的裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，上述設(shè)定裝置可改變上述分頻比以改變可動鏡的往復(fù)速度。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，上述設(shè)定裝置包括一中央處理單元。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，上述比較裝置包含一控制邏輯電路，上述分頻裝置包括一接收來自上述振蕩器的上述脈沖信號和上述干涉信號的第一觸發(fā)器、一接收來自上述第一觸發(fā)器的輸出和上述干涉信號的與門(AND)、一接收來自上述與門的一個輸出和來自上述振蕩器的上述脈沖信號并送出一輸出信號給上述控制邏輯電路的第二觸發(fā)器以及一接收來自上述控制邏輯電路的上述輸出信號的反相信號和上述分頻比并發(fā)送出上述分頻后的信號到上述控制邏輯電路的計(jì)數(shù)器。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，上述計(jì)數(shù)器包括一能產(chǎn)生其脈沖寬度隨上述分頻比變化的一單觸發(fā)脈沖的可編程計(jì)時器。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用來控制干涉儀中可動鏡往復(fù)運(yùn)動的方法和裝置，其中，首先設(shè)定一與所需的可動鏡往復(fù)速度相應(yīng)的分頻比，然后根據(jù)該分頻比對來自一振蕩器的一脈沖信號進(jìn)行分頻以便產(chǎn)生一分頻后的信號，然后將該分頻信號與一干涉信號進(jìn)行比較以產(chǎn)生一控制可動鏡往復(fù)速度的一誤差信號。最好，該分頻信號能加以改變，使使用者能按需要改變與所使用的檢測器類型相適應(yīng)的可動鏡往復(fù)速度，從而能在最佳條件下進(jìn)行測量。
文檔編號G01J3/453GK1053686SQ9011025
公開日1991年8月7日 申請日期1990年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月29日
發(fā)明者吉川治 申請人:株式會社島津制作所