磁光調(diào)制型旋光儀的

原理與應(yīng)用研究一、課題背景及意義二、本文的研究?jī)?nèi)容三、課題總結(jié)與展望一、課題背景及意義旋光測(cè)量技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于制糖、制藥、藥檢、石油、食品、化工、化學(xué)、航天等工業(yè)部門及相關(guān)科研院校和研究所。從溶液的濃度分析、物質(zhì)的成分分析、純度分析到分子結(jié)構(gòu)研究、對(duì)映體研究，再到近年來(lái)在旋光色散領(lǐng)域的應(yīng)用研究，旋光測(cè)量技術(shù)以其靈敏度高、非破壞性測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，凸顯著其不可替代的作用。近年來(lái)，旋光儀類的產(chǎn)品正朝著高精度、多功能、集成化的方向發(fā)展。一般光學(xué)電流傳感器的傳感部分原理為法拉第電磁效應(yīng)，計(jì)算電流大小的前提就是獲得磁偏角的大小。

光學(xué)電流傳感器(OCT)技術(shù)是把光學(xué)傳感的技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)的電流測(cè)量的一種設(shè)計(jì)方案，其典型原理的就是法拉第磁光效應(yīng)原理。典型的偏振態(tài)調(diào)制型光纖電流傳感器的原理圖二、本文的研究?jī)?nèi)容旋光大角度的測(cè)量問(wèn)題正負(fù)旋光角度的辨識(shí)磁偏角的測(cè)量1.旋光大角度的測(cè)量問(wèn)題磁光調(diào)制型旋光儀的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)光經(jīng)過(guò)調(diào)制幅度為

φ0的磁光調(diào)制和旋光角度為α的物質(zhì)后，由馬呂斯定律得：當(dāng)

φ0較小時(shí)，做小角度近似計(jì)算：對(duì)旋光角的測(cè)量而言，上式適用范圍廣，當(dāng)調(diào)制幅度較小時(shí)，適用于所有的α值。直流信號(hào)基頻信號(hào)倍頻信號(hào)交流算法：利用基頻信號(hào)除以倍頻信號(hào)的比值與旋光角之間的關(guān)系交直流混合算法：利用直流信號(hào)減基頻信

號(hào)的差除以直流信號(hào)減倍頻信號(hào)的差的商

與旋光角之間的關(guān)系。算法設(shè)計(jì)：基頻信號(hào)除以倍頻信號(hào)的比值與旋光角之間的關(guān)系仿真圖直流信號(hào)減基頻信號(hào)的差除以直流信號(hào)減倍頻信號(hào)的差的商與旋光角之間的關(guān)系仿真圖

由于實(shí)際測(cè)量中交流算法在大角度情況下很難適用，現(xiàn)主要從工頻噪聲和DFT算法泄漏方面分析了誤差產(chǎn)生的原因。標(biāo)準(zhǔn)值測(cè)量值多次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差絕對(duì)誤差相對(duì)誤差交流算法13.6813.552.66980.090.66%26.8426.4511.60910.351.31%交直流混合算法13.6813.640.00060.040.29%26.8426.810.00020.030.11%兩種算法在大角度情況下的結(jié)果對(duì)比工頻噪聲調(diào)制頻率為90Hz且旋光角較小時(shí)輸出信號(hào)中包含的工頻噪聲調(diào)制頻率為90Hz且旋光角較大時(shí)輸出信號(hào)中包含的工頻噪聲DFT泄漏對(duì)一個(gè)100Hz的正弦信號(hào)采樣，采樣頻率fs為8KHz，滿足采樣定律的情況下設(shè)置不同的采樣點(diǎn)。信號(hào)頻率落在分析頻率上時(shí)，DFT結(jié)果顯示無(wú)泄漏信號(hào)頻率落在分析頻率外時(shí)，DFT結(jié)果顯示了泄漏旋光角理論值（度）調(diào)制頻率基頻大小倍頻大小比值A(chǔ)仿真結(jié)果（度）1049Hz1.3450.07717.4669.5450Hz1.3540.07418.36910.0051Hz1.3190.07816.8869.252049Hz2.5280.08729.18915.0250Hz2.5450.06042.34720.0051Hz2.4780.08828.19514.602047Hz2.2520.17113.1667.3150Hz2.5450.06042.34720.0053Hz2.1210.18511.4876.41由于調(diào)制頻率波動(dòng)引起的測(cè)量結(jié)果誤差仿真數(shù)據(jù)不同的旋光管旋光大小（度）直流減基頻的差除以直流減倍頻的差的商旋光角的測(cè)量值（度）多次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差-4.350.2714-4.380.000813.680.753013.640.000626.840.879126.810.0002

選擇頻率穩(wěn)定性高的驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)調(diào)制器，且改變調(diào)制頻率為90HZ，增大DFT結(jié)果的頻率軸分辨率后，測(cè)量3支標(biāo)準(zhǔn)旋光管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.先采用交流算法計(jì)算，如果計(jì)算結(jié)果小于等于兩倍的調(diào)制幅度時(shí)，則把計(jì)算結(jié)果作為旋光角的測(cè)量值；2.如果計(jì)算結(jié)果大于兩倍的調(diào)制幅度時(shí)，則用交直流混合算法計(jì)算，并把第二種算法的計(jì)算結(jié)果作為旋光角的測(cè)量值。測(cè)量大小未知的旋光角度時(shí)：2.正負(fù)旋光角的辨識(shí)正1度旋光角的仿真波形負(fù)1度旋光角的仿真波形正15度旋光角的仿真波形負(fù)15度旋光角的仿真波形

辨別正負(fù)旋光角的流程圖旋光儀輸出信號(hào)與參考信號(hào)的采樣波形3.磁偏角的測(cè)量當(dāng)旋光角度為6.46度時(shí)，基頻信號(hào)除以倍頻信號(hào)的比值與磁偏角之間關(guān)系的仿真圖不同的驅(qū)動(dòng)電壓下，基頻信號(hào)除以倍頻信號(hào)的比值（A）與磁偏角（φ0）之間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)電壓大小與磁偏角大小的線性擬合結(jié)果三、課題總結(jié)與展望理論上研究了工頻噪聲、DFT泄漏對(duì)以往測(cè)量精度的影響。結(jié)合兩種測(cè)量旋光角度的不同算法，提出了一種更優(yōu)的旋光角測(cè)量方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的優(yōu)越性。提出了一種簡(jiǎn)單有效的正負(fù)旋光角的分辨方法。通過(guò)理