光谱仪的电控组件和光谱仪

技术领域

本发明属于光谱仪技术领域，尤其涉及一种光谱仪的电控组件和光谱仪。

背景技术

光谱仪，又称分光仪，是一种定性、定量分析的仪器。通过光谱的测试可以获得物质的激发光谱、发射光谱、荧光寿命以及液体样品浓度等方面的信息。荧光光谱仪基于荧光材料的光致发光特性来实现，常用来检测薄膜材料分子的偶极取向。

传统的光谱仪使用手动旋转的方式调节光源的入射角度，以获取待检测样品不同测试点的光谱检测数据，因此，存在检测费时且检测结果不准确的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光谱仪，旨在解决因手动旋转的方式造成光谱仪存在检测费时且检测结果不准确的技术问题。

本申请实施例的第一方面提了一种光谱仪的电控组件，该光谱仪的电控组件包括电源模块、处理器、电机驱动电路和光源驱动电路，所述电源模块的电源端分别与所述处理器的电源端、所述光源驱动电路的电源输入端和所述电机驱动电路的电源输入端对应连接，所述处理器的控制端分别与所述光源驱动电路的受控端和所述电机驱动电路的受控端连接，所述光源驱动电路的电源输出端与所述光谱仪的光源组件电性连接，所述电机驱动电路的电源输出端与所述光谱仪的电机组件电性连接，所述电机组件与所述光源组件机械连接；

所述处理器，用于根据上位机的控制指令控制所述光源驱动电路驱动光源组件发射光线至待检测样品，以激发待检测样品反射或发射光线，以及根据所述上位机的控制指令控制所述电机驱动电路驱动所述电机组件旋转动作，以带动所述电机组件与所述光源组件动作，以对待检测样品的不同测试点进行光谱测试；以及

通过所述光源组件获取所述待检测样品的不同测试点的光谱检测数据并进行数据分析和处理，并将获取到的待检测样品不同测试点的光谱检测数据发送至所述上位机。

在一个实施例中，所述光源驱动电路包括信号放大模块、驱动模块、电流采样模块、电压采样模块和光源驱动接口；

所述信号放大模块的信号输入端与所述处理器的信号端连接，所述信号放大模块的信号输出端与所述驱动模块的信号输入端连接，所述驱动模块的电源端、所述光源驱动接口的电源输入端、所述电流采样模块的采样端及所述电压采样模块的采样端互连，所述光源驱动接口与所述光源组件连接；

所述信号放大模块，用于对所述处理器输出的光源驱动信号进行信号放大处理；

所述驱动模块，用于根据放大后的光源驱动信号输出对应大小的直流电至所述光源驱动接口，以驱动所述光源组件工作；

所述电流采样模块，用于对所述驱动模块输出的直流电进行电流采样，并输出电流采样信号至所述处理器；

所述电压采样模块，用于对所述驱动模块输出的直流电进行电压采样，并输出电压采用信号至所述处理器。

在一个实施例中，所述信号放大模块包括用于对所述光源驱动信号进行信号放大处理的信号放大器单元和用于进行信号隔离的电压跟随器；

所述处理器、所述信号放大器单元、所述电压跟随器和所述驱动模块依次电性连接。

在一个实施例中，所述驱动模块包括开关电源电路或者开关电源芯片。

在一个实施例中，所述电流采样模块包括采样电阻和模数转换芯片；

所述采样电阻串接在所述驱动模块和所述光源驱动接口之间，所述采样电阻的两端还分别与所述模数转换芯片的信号输入端连接，所述模数转换芯片的信号输出端与所述处理器的信号端连接；

所述模数转换芯片，用于根据所述采样电阻两端的电压确定流经所述采样电阻的电流值，并将获取到的电流值进行模数转换输出电流采样信号至所述处理器。

在一个实施例中，所述电机驱动电路包括第一电机驱动芯片、第二电机驱动芯片、第三电机驱动芯片、第一电机驱动接口、第二电机驱动接口和第三电机驱动接口；

所述第一电机驱动芯片通过所述第一电机驱动接口与所述电机组件连接，所述第二电机驱动芯片通过所述第二电机驱动接口与所述电机组件连接，所述第三电机驱动芯片通过所述第三电机驱动接口与所述电机组件连接。

在一个实施例中，所述电机驱动电路还包括监测保护电路，所述监测保护电路分别与所述第一电机驱动芯片、所述第二电机驱动芯片和所述第三电机驱动芯片连接；

所述处理器，还用于控制所述监测保护电路分别监测所述第一电机驱动芯片、所述第二电机驱动芯片和所述第三电机驱动芯片输出的电压信号和电流信号，以对所述电机组件进行过压保护和过流保护。

在一个实施例中，所述电控组件还包括USB接口和USB驱动电路；所述USB驱动电路连接在所述USB接口和所述处理器之间，所述USB接口通过USB数据线与上位机通信连接；

所述USB驱动电路，用于通过所述USB接口接收上位机的控制指令，并将所述控制指令发送至所述处理器，以及通过所述USB接口将处理器输出的光谱检测数据发送至所述上位机。

本申请实施例的第二方面提了一种光谱仪，该包括光源组件、电机组件和如上所述的光谱仪的电控组件，所述电控组件的控制端分别与所述光源组件和所述电机组件的受控端连接，所述光源组件包括样品架、光源、光接收器和光谱检测器，所述电机组件包括N个旋转电机，所述光接收器通过光纤与所述光谱检测器通信连接，所述样品架用于承载待检测样品；

所述电控组件的处理器，用于根据上位机的控制指令控制所述光源驱动电路驱动所述光源发射光线至所述待检测样品，以激发所述待检测样品反射或发射光线，以及根据所述上位机的控制指令控制所述电机驱动电路驱动N个所述旋转电机旋转动作，以带动所述光源和/或所述光接收器和/或所述样品架动作，以对所述待检测样品不同测试点进行光谱测试；

所述光接收器，用于接收所述待检测样品不同测试点的反射或发射的光线并发送至所述光谱检测器；

所述光谱检测器，用于获取所述待检测样品不同测试点的反射或发射的光线，并进行采样和光电转换，以得到所述待检测样品不同测试点的光谱检测数据并发送至所述处理器。

在一实施例中，N个所述旋转电机包括第一旋转电机、第二旋转电机和第三旋转电机，所述第一旋转电机与所述光源机械连接，所述第二旋转电机与所述光接收器机械连接，所述第三旋转电机与所述样品架机械连接。

本发明光谱仪的电控组件通过设置处理器、光源驱动电路和电机驱动电路实现光谱仪的调控，处理器根据上位机的控制指令对应控制光源驱动电路和电机驱动电路工作，光源驱动电路驱动光谱仪的光源组件工作，以激发待检测样品反射或发射光线，同时电机驱动电路驱动电机组件工作，以驱动电机组件旋转动作，进而带动光源组件动作，从而实现对待检测样品的不同测试点进行光谱测试，并将获取到的待检测样品不同测试点的光谱检测数据发送至上位机。实现自动控制，减少人工，以及提高检测准确度，从而解决了因手动旋转的方式造成光谱仪存在检测费时且检测结果不准确的技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的光谱仪的一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光谱仪的电控组件的第一种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的光谱仪的电控组件的第二种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的光谱仪的电控组件的第三种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的光谱仪的电控组件的第四种结构示意图；

图6为本发明实施例提供的光谱仪的电控组件的第五种结构示意图；

图7为本发明实施例提供的光谱仪的电控组件的第六种结构示意图；

图8为本发明实施例提供的光谱仪的电控组件的第七种结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明公开了一种光谱仪的电控组件100。

如图1所示，为了便于说明，本实施例中，先对光谱仪1的结构进行介绍，其中，光谱仪1的结构如图8所示，光谱仪1包括光源组件200、电机组件300和如上的光谱仪的电控组件100，电控组件100的控制端分别与光源组件200和电机组件300的受控端连接，光源组件200包括样品架230、光源210、光接收器220和光谱检测器240，电机组件300包括N个旋转电机，光接收器220通过光纤与光谱检测器240通信连接，样品架230用于承载待检测样品400。

其中，光谱仪1的工作原理是：电控组件100上电后，先对电机组件300中的旋转电机进行自动复位，三个旋转电机依次复位至零点位置，然后接收上位机2的控制指令，电控组件100根据上位机2的控制指令输出驱动信号至光源210根据光源驱动电路130的驱动信号开启荧光LED，从而发射光线至待检测样品400，以激发待检测样品400反射或发射光线，同时，根据上位机2的控制指令控制电机组件300工作，从而控制三个旋转电机的运行角度和速度，旋转电机带动光源组件200完成待检测样品400的扫描工作，以对待检测样品400不同点进行扫描激发，光接收器220接收待检测样品400不同测试点的反射或发射的光线并发送至光谱检测器240，光谱检测器240获取待检测样品400不同测试点的反射或发射的光线，并进行采样和光电转换，以得到待检测样品400不同测试点的光谱检测数据并发送至处理器120。

其中，电控组件100完成信号处理、信号处理和对应驱动工作，电控组件100与上位机2可通过无线或者有线的通讯方式接收和反馈信号，具体方式不限，如图2所示，电控组件100包括电源模块110、处理器120、电机驱动电路140和光源驱动电路130，电源模块110的电源端分别与处理器120的电源端、光源驱动电路130的电源输入端和电机驱动电路140的电源输入端对应连接，处理器120的控制端分别与光源驱动电路130的受控端和电机驱动电路140的受控端连接，光源驱动电路130的电源输出端与光谱仪1的光源组件200电性连接，电机驱动电路140的电源输出端与光谱仪1的电机组件300电性连接，电机组件300与光源组件200机械连接；

处理器120，用于根据上位机2的控制指令控制光源驱动电路130驱动光源组件200发射光线至待检测样品400，以激发待检测样品400反射或发射光线，以及根据上位机2的控制指令控制电机驱动电路140驱动电机组件300旋转动作，以带动电机组件300与光源组件200动作，以对待检测样品400的不同测试点进行光谱测试；以及

通过光源组件200获取待检测样品400的不同测试点的光谱检测数据并进行数据分析和处理，并将获取到的待检测样品400不同测试点的光谱检测数据发送至上位机2。

本实施例中，光源驱动电路130实现光源210驱动工作，同时监测光源210的工作电压和工作电流，并将光源210的工作电压和工作电流反馈至处理器120，同理，电机驱动电路140实现电机组件300的工作，同时监测旋转电机的工作电压和工作电流，并将旋转电机的工作电压和工作电流反馈至处理器120，进而反馈至上位机2，实现闭环回馈保护，避免发生过流、过压等问题，因此，可以理解的是，光源驱动电路130和电机驱动电路140至少包括开关电源电路和采样电路，光源驱动电路130具体电路结构可根据需求进行设计。

通过设置光源210驱动和电机驱动电路140实现对光谱仪1的光源组件200和电机组件300进行自动控制，可对待检测样品400的不同检测点进行精准检测，同时减少人工成本。

本实施例中，处理器120可以根据选择任意具有数据处理和控制功能的处理器，处理器120可以是CPU，还可以是其他通用处理器、DSP、ASIC、FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器120也可以是任何常规的处理器等。

本发明光谱仪的电控组件100通过设置处理器120、光源驱动电路130和电机驱动电路140实现光谱仪1的调控，处理器120根据上位机2的控制指令对应控制光源驱动电路130和电机驱动电路140工作，光源驱动电路130驱动光谱仪1的光源组件200工作，以激发待检测样品400反射或发射光线，同时电机驱动电路140驱动电机组件300工作，以驱动电机组件300旋转动作，进而带动光源组件200动作，从而实现对待检测样品400的不同测试点进行光谱测试，并将获取到的待检测样品400不同测试点的光谱检测数据发送至上位机2。实现自动控制，减少人工，以及提高检测准确度，从而解决了因手动旋转的方式造成光谱仪1存在检测费时且检测结果不准确的技术问题。

如图3所示，在一个实施例中，光源驱动电路130包括信号放大模块131、驱动模块132、电流采样模块133、电压采样模块134和光源驱动接口135；

信号放大模块131的信号输入端与处理器120的信号端连接，信号放大模块131的信号输出端与驱动模块132的信号输入端连接，驱动模块132的电源端、光源驱动接口135的电源输入端、电流采样模块133的采样端及电压采样模块134的采样端互连，光源驱动接口135与光源组件200连接；

信号放大模块131，用于对处理器120输出的光源驱动信号进行信号放大处理；

驱动模块132，用于根据放大后的光源驱动信号输出对应大小的直流电至光源驱动接口135，以驱动光源组件200工作；

电流采样模块133，用于对驱动模块132输出的直流电进行电流采样，并输出电流采样信号至处理器120；

电压采样模块134，用于对驱动模块132输出的直流电进行电压采样，并输出电压采用信号至处理器120。

本实施例中，信号放大模块131可为多级放大器单元，还可包括隔离单元等，具体放大倍数和精度可根据需求进行选择，如图4所示，在一个实施例中，信号放大模块131包括用于对光源驱动信号进行信号放大处理的信号放大器单元131A和用于进行信号隔离的电压跟随器131B，处理器120、信号放大器单元131A、电压跟随器131B和驱动模块132依次电性连接。

驱动模块132可为由独立元器件组成的LED驱动电路，例如BUCK-BOOST电路、开关电源电路等，或者由芯片结构组成的LED驱动电路，具体结构不限，在一个实施例中，驱动模块132包括开关电源电路或者开关电源芯片。

同时，电流采样模块133可为采样电阻R1、电流互感器等元器件或者电路，如图5所示，在一个实施例中，电流采样模块133包括采样电阻R1和模数转换芯片U1，采样电阻R1串接在驱动模块132和光源驱动接口135之间，采样电阻R1的两端还分别与模数转换芯片U1的信号输入端连接，模数转换芯片U1的信号输出端与处理器120的信号端连接，模数转换芯片U1根据采样电阻R1两端的电压确定流经采样电阻R1的电流值，并将获取到的电流值进行模数转换输出电流采样信号至处理器120，控制器根据电流采样信号确定光源210的工作电流，进而实现光源210的电流保护。

以及，电压采样模块134可通过分压电阻电路或者电压互感器等结构实现，电压采样模块同样可包括模数转换电路，将采集到的电压信号经过模数转换输出至处理器120，处理器120根据电压采样信号实现光源210的电压保护。

如图6所示，在一个实施例中，电机驱动电路140包括第一电机驱动芯片141、第二电机驱动芯片142、第三电机驱动芯片143、第一电机驱动接口144、第二电机驱动接口145和第三电机驱动接口146；

第一电机驱动芯片141通过第一电机驱动接口144与电机组件300连接，第二电机驱动芯片142通过第二电机驱动接口145与电机组件300连接，第三电机驱动芯片143通过第三电机驱动接口146与电机组件300连接。

本实施例中，三个电机驱动接口分别与电机组件300中的第一旋转电机310、第二旋转电机320和第三旋转电机330对应连接，处理器120根据上位机2的控制指令对应分别输出驱动信号至第一电机驱动芯片141、第二电机驱动芯片142、第三电机驱动芯片143，三个电机驱动芯片分别驱动三个旋转电机旋转动作，从而改变待检测样品400的测试点、光源210的照射角度以及光接收器220接收角度，实现对待检测样品400的不同测试点的检测和光谱检测数据的获取。

其中，电机驱动芯片的型号可根据需求对应选择，例如控制芯片DRV88。

如图7所示，在一个实施例中，电机驱动电路140还包括监测保护电路147，监测保护电路147分别与第一电机驱动芯片141、第二电机驱动芯片142和第三电机驱动芯片143连接，处理器120，还用于控制监测保护电路147分别监测第一电机驱动芯片141、第二电机驱动芯片142和第三电机驱动芯片143输出的电压信号和电流信号，以对电机组件300进行过压保护和过流保护，在一个实施例中，监测保护电路147可以为电机状态监测器。

如图8所示，在一个实施例中，电控组件100还包括USB接口160和USB驱动电路150；USB驱动电路150连接在USB接口160和处理器120之间，USB接口160通过USB数据线与上位机2通信连接；

USB驱动电路150，用于通过USB接口160接收上位机2的控制指令，并将控制指令发送至处理器120，以及通过USB接口160将处理器120输出的光谱检测数据发送至上位机2，在具体应用中，根据USB接口160类型的不同，可以选用适配于USB接口160类型的USB驱动电路150，例如，USB驱动电路150可以包括写入有USB驱动程序的USB驱动芯片。

本申请实施例的第二方面提了一种光谱仪1，该包括光源组件200、电机组件300和如上的光谱仪的电控组件100，光谱仪的电控组件100的具体结构参照上述实施例，由于光谱仪1采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。电控组件100的控制端分别与光源组件200和电机组件300的受控端连接，光源组件200包括样品架230、光源210、光接收器220和光谱检测器240，电机组件300包括N个旋转电机，光接收器220通过光纤与光谱检测器240通信连接，样品架230用于承载待检测样品400；

电控组件100的处理器120，用于根据上位机2的控制指令控制光源驱动电路130驱动光源210发射光线至待检测样品400，以激发待检测样品400反射或发射光线，以及根据上位机2的控制指令控制电机驱动电路140驱动N个旋转电机旋转动作，以带动光源210和/或光接收器220和/或样品架230动作，以对待检测样品400不同测试点进行光谱测试；

光接收器220，用于接收待检测样品400不同测试点的反射或发射的光线并发送至光谱检测器240；

光谱检测器240，用于获取待检测样品400不同测试点的反射或发射的光线，并进行采样和光电转换，以得到待检测样品400不同测试点的光谱检测数据并发送至处理器120，在一实施例中，N个旋转电机包括第一旋转电机310、第二旋转电机320和第三旋转电机330，第一旋转电机310与光源210机械连接，第二旋转电机320与光接收器220机械连接，第三旋转电机330与样品架230机械连接。

本实施例中，光谱仪1的工作原理是：电控组件100上电后，先对电机组件300中的旋转电机进行自动复位，三个旋转电机依次复位至零点位置，然后接收上位机2的控制指令，电控组件100根据上位机2的控制指令输出驱动信号至光源210根据光源驱动电路130的驱动信号开启荧光LED，从而发射光线至待检测样品400，以激发待检测样品400反射或发射光线，同时，根据上位机2的控制指令控制电机组件300工作，从而控制三个旋转电机的运行角度和速度，旋转电机带动光源组件200完成待检测样品400的扫描工作，以对待检测样品400不同点进行扫描激发，光接收器220接收待检测样品400不同测试点的反射或发射的光线并发送至光谱检测器240，光谱检测器240获取待检测样品400不同测试点的反射或发射的光线，并进行采样和光电转换，以得到待检测样品400不同测试点的光谱检测数据并发送至处理器120，处理器120将获取的光谱检测数据发送至上位机2。

其中，样品架230可以根据实际需要设置为能够承载样品任意的任意形状，例如，柱状平台、矩形平台等。图1示例性的示出了样品架2301为圆柱状平台。

根据光谱仪1类型的不同，可以选择对应的光源210。例如，当光谱仪1为荧光光谱仪1时，光源210为紫外光源210；当光谱仪1为红外光谱仪1时，光源210为红外光源210；当光谱仪1为可见光光谱仪1时，光源210为可见光源210。

光接收器220可以为尾部连接有光纤的汇聚透镜，主要用于将样品受光源210激发反射或发射的光线耦合至光纤并传输给光谱检测器240。例如，光接收器220可以为光接收机或光纤接收器。

光谱检测器240主要用于采样待检测样品400反射或发射的光线并转换为电信号。光谱检测器240可以包括色散元件、聚焦元件和探测器阵列，探测器阵列可以是CCD(chargecoupled device，电荷耦合器件)阵列或其它种类的光探测器阵列，例如，由多个光电转换器组成的光探测器阵列。光电转换器可以为光电倍增管。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。