磁光调制型旋光仪的原理与应用研究

磁光调制型旋光仪的

原理与应用研究一、课题背景及意义二、本文的研究内容三、课题总结与展望一、课题背景及意义旋光测量技术自问世以来，其应用领域不断扩大，现已广泛应用于制糖、制药、药检、石油、食品、化工、化学、航天等工业部门及相关科研院校和研究所。从溶液的浓度分析、物质的成分分析、纯度分析到分子结构研究、对映体研究，再到近年来在旋光色散领域的应用研究，旋光测量技术以其灵敏度高、非破坏性测量的优点，凸显着其不可替代的作用。近年来，旋光仪类的产品正朝着高精度、多功能、集成化的方向发展。一般光学电流传感器的传感部分原理为法拉第电磁效应，计算电流大小的前提就是获得磁偏角的大小。

光学电流传感器(OCT)技术是把光学传感的技术应用于电网的电流测量的一种设计方案，其典型原理的就是法拉第磁光效应原理。典型的偏振态调制型光纤电流传感器的原理图二、本文的研究内容旋光大角度的测量问题正负旋光角度的辨识磁偏角的测量1.旋光大角度的测量问题磁光调制型旋光仪的系统原理结构框图当光经过调制幅度为

φ0的磁光调制和旋光角度为α的物质后，由马吕斯定律得：当

φ0较小时，做小角度近似计算：对旋光角的测量而言，上式适用范围广，当调制幅度较小时，适用于所有的α值。直流信号基频信号倍频信号交流算法：利用基频信号除以倍频信号的比值与旋光角之间的关系交直流混合算法：利用直流信号减基频信

号的差除以直流信号减倍频信号的差的商

与旋光角之间的关系。算法设计：基频信号除以倍频信号的比值与旋光角之间的关系仿真图直流信号减基频信号的差除以直流信号减倍频信号的差的商与旋光角之间的关系仿真图

由于实际测量中交流算法在大角度情况下很难适用，现主要从工频噪声和DFT算法泄漏方面分析了误差产生的原因。标准值测量值多次测量的标准偏差绝对误差相对误差交流算法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%两种算法在大角度情况下的结果对比工频噪声调制频率为90Hz且旋光角较小时输出信号中包含的工频噪声调制频率为90Hz且旋光角较大时输出信号中包含的工频噪声DFT泄漏对一个100Hz的正弦信号采样，采样频率fs为8KHz，满足采样定律的情况下设置不同的采样点。信号频率落在分析频率上时，DFT结果显示无泄漏信号频率落在分析频率外时，DFT结果显示了泄漏旋光角理论值（度）调制频率基频大小倍频大小比值A仿真结果（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由于调制频率波动引起的测量结果误差仿真数据不同的旋光管旋光大小（度）直流减基频的差除以直流减倍频的差的商旋光角的测量值（度）多次测量的标准差-4.350.2714-4.380.000813.680.753013.640.000626.840.879126.810.0002

选择频率稳定性高的驱动电源驱动调制器，且改变调制频率为90HZ，增大DFT结果的频率轴分辨率后，测量3支标准旋光管的实验结果。1.先采用交流算法计算，如果计算结果小于等于两倍的调制幅度时，则把计算结果作为旋光角的测量值；2.如果计算结果大于两倍的调制幅度时，则用交直流混合算法计算，并把第二种算法的计算结果作为旋光角的测量值。测量大小未知的旋光角度时：2.正负旋光角的辨识正1度旋光角的仿真波形负1度旋光角的仿真波形正15度旋光角的仿真波形负15度旋光角的仿真波形

辨别正负旋光角的流程图旋光仪输出信号与参考信号的采样波形3.磁偏角的测量当旋光角度为6.46度时，基频信号除以倍频信号的比值与磁偏角之间关系的仿真图不同的驱动电压下，基频信号除以倍频信号的比值（A）与磁偏角（φ0）之间实验数据电压大小与磁偏角大小的线性拟合结果三、课题总结与展望理论上研究了工频噪声、DFT泄漏对以往测量精度的影响。结合两种测量旋光角度的不同算法，提出了一种更优的旋光角测量方案，并通过实验验证了该方案的优越性。提出了一种简单有效的正负旋光角的分辨方法。通过理