專利名稱：具有遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能的分光光度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分光光度計(jì)，尤其涉及一種具有遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能的分光光度計(jì)，屬于分光光度技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分光光度計(jì)是用于物質(zhì)檢測(cè)和分析的最基本的測(cè)量?jī)x器，它不僅被廣泛地用于化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)等不同的科學(xué)研究領(lǐng)域，而且在質(zhì)量檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)控、材料鑒定等實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著重大作用。
由于科技的進(jìn)步，分光光度計(jì)在不斷發(fā)展，除了分光系統(tǒng)上的變化外，其輸出設(shè)備和控制系統(tǒng)也在不斷演化。早期分光光度計(jì)的輸出設(shè)備主要以直讀表頭、X-Y記錄儀等為主，它們的控制系統(tǒng)一般被固化在分光光度計(jì)主體上，通過(guò)儀器上的按鍵和旋鈕直接控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，分光光度計(jì)逐漸采用單片機(jī)或通用微型計(jì)算機(jī)作為其控制系統(tǒng)和輸出設(shè)備，它們與分光系統(tǒng)之間通過(guò)附加的數(shù)據(jù)采集卡連接。采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的分光光度計(jì)，其數(shù)據(jù)采集和控制程序以固有程序的方式加載于單片機(jī)上，用戶不能對(duì)程序進(jìn)行更改；而采用通用微型計(jì)算機(jī)作為控制系統(tǒng)的分光光度計(jì)，其控制程序是基于微型計(jì)算機(jī)的軟件，用戶可以根據(jù)其需要自己進(jìn)行編寫，因此這種方式的分光光度計(jì)在控制程序的設(shè)計(jì)上更加方便、靈活。
現(xiàn)有的分光光度計(jì)通常包括分光系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)兩個(gè)部分，它們僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜測(cè)量的本地操作(或近距離操作)。但是，在某些情況下，我們需要實(shí)現(xiàn)對(duì)分光光度計(jì)的遠(yuǎn)程操作。比如環(huán)境管理部門的工作人員需要頻繁地了解某地的水質(zhì)狀況，水質(zhì)是通過(guò)分光光度計(jì)測(cè)量的，如果工作人員可以不必親臨水源現(xiàn)場(chǎng)，在辦公室就能獲取光譜數(shù)據(jù)，那將給他們的工作帶來(lái)極大的方便。再比如有多個(gè)用戶需要使用分光光度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)，給每個(gè)用戶配一臺(tái)分光光度計(jì)這是很不經(jīng)濟(jì)的，如果能夠給每個(gè)用戶一個(gè)操作終端，讓他們通過(guò)操作終端來(lái)操作同一臺(tái)分光光度計(jì)，這樣就能大大地節(jié)約成本，并提高分光光度計(jì)的利用率?，F(xiàn)有的分光光度計(jì)均不能或不方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，因此在技術(shù)條件允許的情況下，有必要對(duì)分光光度計(jì)裝置的設(shè)計(jì)加以改進(jìn)和完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前分光光度計(jì)功能的不足，提出一種新型的具有遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能的分光光度計(jì)，能有效地遠(yuǎn)程控制和操作分光光度計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜的測(cè)量。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)的分光光度計(jì)主要由三個(gè)部分構(gòu)成分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)。
分光系統(tǒng)與一般分光光度計(jì)的分光系統(tǒng)相同，包括光源、單色儀(或多色儀)、樣品室和檢測(cè)器四個(gè)部分，為了提高光譜質(zhì)量和方便光路設(shè)計(jì)還需要增加一些其它必要的光學(xué)器件。光源根據(jù)所測(cè)光譜波長(zhǎng)范圍適當(dāng)選擇，比如可見(jiàn)光分光光度計(jì)常使用鎢燈作為光源，而紫外分光光度計(jì)的光源一般用氘燈；單色儀(或多色儀)可由棱鏡或光柵構(gòu)成；對(duì)于液體樣品，需要使用樣品室，不同波長(zhǎng)范圍光譜測(cè)量時(shí)應(yīng)注意樣品室材料的選擇，比如測(cè)量紫外光譜時(shí)應(yīng)選擇石英樣品室，而可見(jiàn)光譜可用玻璃樣品室；檢測(cè)器通常為光電倍增管(PMT)或CCD。分光系統(tǒng)的光路由于其信號(hào)采集方式為掃描式和非掃描式而不同，對(duì)前者而言，光束由光源發(fā)出，先經(jīng)過(guò)單色儀分光，然后照射在樣品上，最后經(jīng)樣品反射或透射的光強(qiáng)信號(hào)用光電倍增管探測(cè)；而后者，光束由光源發(fā)出，先照射到樣品上，然后經(jīng)樣品反射或透射的光通過(guò)多色儀，最后用CCD檢測(cè)光強(qiáng)信號(hào)。
數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī)或通用微型計(jì)算機(jī)，稱之為數(shù)據(jù)處理與控制部件。為了實(shí)現(xiàn)儀器的具體功能，數(shù)據(jù)處理與控制部件與數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換電路板(簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)采集卡)、輸出設(shè)備和遠(yuǎn)程終端接口相連，具體連接如下1、數(shù)據(jù)處理與控制部件與分光系統(tǒng)之間由數(shù)據(jù)采集卡連接，可分為兩種方式(1)數(shù)據(jù)采集卡集成在分光系統(tǒng)上，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌?比如RS232串口)與單片機(jī)或微機(jī)相連；(2)數(shù)據(jù)采集卡可直接插入單片機(jī)或微機(jī)插槽，通過(guò)信號(hào)電纜與分光系統(tǒng)相連。
2、數(shù)據(jù)處理與控制部件可采用自帶的顯示器作為輸出設(shè)備進(jìn)行顯示，還可以與其它的輸出設(shè)備，比如數(shù)字表頭、打印機(jī)、X-Y繪圖儀等通過(guò)電纜相連。
3、為了實(shí)現(xiàn)儀器的遠(yuǎn)程操作功能，數(shù)據(jù)處理與控制部件必須與遠(yuǎn)程終端接口相連，比如利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件需要內(nèi)加網(wǎng)卡或調(diào)制解調(diào)器，它們通過(guò)電纜與網(wǎng)絡(luò)入網(wǎng)服務(wù)器相連。
需要注意的是，數(shù)據(jù)處理與控制部件缺少上述的第3個(gè)連接，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜采集和處理的本地操作。除了硬件上的連接，數(shù)據(jù)處理和控制部件還需要相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(比如數(shù)據(jù)采集卡、輸出設(shè)備等)和光譜測(cè)量控制程序。光譜測(cè)量控制程序可用多種語(yǔ)言，比如Basic語(yǔ)言、C\C++語(yǔ)言、Delphi、VC、VB等進(jìn)行編寫，控制程序的功能除了光譜測(cè)量控制和數(shù)據(jù)輸出控制外，還必須具有遠(yuǎn)程操作控制功能。各功能具體如下1)光譜測(cè)量控制這是控制程序最基本的功能，包括光譜掃描波長(zhǎng)范圍、光譜采集模式(比如全波長(zhǎng)范圍掃描、選定波長(zhǎng)處按時(shí)間采集等)、光譜重復(fù)采集次數(shù)(或采集時(shí)間)等光譜采集參數(shù)的選擇和儀器故障自檢、波長(zhǎng)、基線自校準(zhǔn)等。
2)數(shù)據(jù)輸出控制包括數(shù)據(jù)輸出格式(圖形或文本格式)控制、數(shù)據(jù)保存格式(比如BMP圖片、Microsoft Excel文本格式等)控制等。
3)遠(yuǎn)程操作控制包括遠(yuǎn)程終端和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)的連接控制(比如建立遠(yuǎn)程終端和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)的連接、異常情況下終止遠(yuǎn)程服務(wù)等)、遠(yuǎn)程連接的安全控制(比如有效操作終端的分配、身份鑒別、使用信息記錄等)等。
遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)由多個(gè)操作終端構(gòu)成，它們可以是單片機(jī)或通用微型計(jì)算機(jī)。每個(gè)操作終端分別與遠(yuǎn)程終端接口相連，可獨(dú)立地通過(guò)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)進(jìn)行光譜的測(cè)量和處理，為此操作終端上需要和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程連接的硬件設(shè)備(比如網(wǎng)卡或調(diào)制解調(diào)器等)和相應(yīng)的控制程序。另外，根據(jù)需要，操作終端可與適當(dāng)?shù)妮敵鲈O(shè)備(如數(shù)字表頭、打印機(jī)、X-Y繪圖儀等)相連。
實(shí)現(xiàn)分光光度計(jì)的遠(yuǎn)程操作功能，首先，需要遠(yuǎn)程操作終端跟數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)建立聯(lián)系，遠(yuǎn)程操作終端向數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)發(fā)出使用請(qǐng)求，在后者確認(rèn)前者為合法用戶(比如正確的用戶名和密碼、合法的IP地址等)后，將使用權(quán)限移交給發(fā)出請(qǐng)求的操作終端；然后，操作終端可以發(fā)出其它的控制或執(zhí)行命令，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)控制分光系統(tǒng)的動(dòng)作，比如儀器自檢、參數(shù)選擇、光譜采集等，從而達(dá)到遠(yuǎn)程操作的目的。需注意，雖然操作終端在取得了對(duì)分光系統(tǒng)的使用權(quán)后可以發(fā)出任何控制或執(zhí)行命令，但為了保證整個(gè)分光光度計(jì)的安全性，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)自始至終都處于監(jiān)視狀態(tài)之中，如果操作終端執(zhí)行了非法操作或者系統(tǒng)發(fā)生了任何異常情況，它將中止操作終端對(duì)儀器的使用此外，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象不僅僅是單一的操作終端，多個(gè)操作終端可同時(shí)與它建立聯(lián)系，每個(gè)操作終端發(fā)出的命令由它按照一定的排隊(duì)規(guī)則(比如先進(jìn)先出、按用戶級(jí)別等)協(xié)調(diào)執(zhí)行，這樣可以大大減少用戶等候使用儀器的時(shí)間，提高儀器的使用效率。
本發(fā)明提供的分光光度計(jì)裝置能夠進(jìn)行光譜測(cè)量的遠(yuǎn)程操作，有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)分光光度計(jì)的異地訪問(wèn)和方便多用戶使用同一分光光度計(jì)，滿足某些實(shí)際應(yīng)用中的需求并有效地提高儀器的使用效率。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步成熟，其發(fā)展將更顯其優(yōu)越性。


圖1為本發(fā)明的分光光度計(jì)裝置方框圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的硬件連接圖。
圖2中，1為分光系統(tǒng)，2為分光光度計(jì)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)——通用微型計(jì)算機(jī)(附加有數(shù)據(jù)采集卡和網(wǎng)卡)，3為可遠(yuǎn)程進(jìn)行光譜測(cè)量的操作終端——通用微型計(jì)算機(jī)(附加有網(wǎng)卡)，4為連接分光系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集卡(插于計(jì)算機(jī)主板插槽中)的信號(hào)電纜，5為連接計(jì)算機(jī)與入網(wǎng)服務(wù)器的電纜，6為入網(wǎng)服務(wù)器(局域網(wǎng))。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的裝置和技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明的分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由三個(gè)部分構(gòu)成分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)。分光系統(tǒng)主要包括光源、單色儀(或多色儀)、樣品室和檢測(cè)器(PMT或CCD)四個(gè)部分。分光系統(tǒng)的光路根據(jù)其信號(hào)采集方式為掃描式和非掃描式而不同，對(duì)掃描式而言，光束由光源發(fā)出，先經(jīng)過(guò)單色儀分光，然后照射在樣品上，最后經(jīng)樣品反射或透射的光強(qiáng)信號(hào)用光電倍增管探測(cè)；而對(duì)于非掃描式，光束由光源發(fā)出，先照射到樣品上，然后經(jīng)樣品反射或透射的光通過(guò)多色儀，最后用CCD檢測(cè)光強(qiáng)信號(hào)。
數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理與控制部件及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和控制程序、數(shù)據(jù)采集卡、遠(yuǎn)程終端接口組成，遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)由多個(gè)包含遠(yuǎn)程連接控制程序的操作終端組成，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡和分光系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，為操作終端提供遠(yuǎn)程接口，各遠(yuǎn)程操作終端分別通過(guò)遠(yuǎn)程終端接口和數(shù)據(jù)處理與控制部件連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件和每個(gè)操作終端可根據(jù)需要配置輸出設(shè)備。
本發(fā)明的分光光度計(jì)硬件連接方案如附圖2所示。分光系統(tǒng)1通過(guò)信號(hào)電纜4跟數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)——通用微型計(jì)算機(jī)2的數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)2和遠(yuǎn)程操作終端3(通用微型計(jì)算機(jī))的網(wǎng)卡均通過(guò)電纜5與入網(wǎng)服務(wù)器6(局域網(wǎng))相連。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，分光光度計(jì)的分光系統(tǒng)采用的是“小型超高速紫外——可見(jiàn)光譜儀”的分光系統(tǒng)。光源為鹵鎢燈(德國(guó)OSRAM)和氘燈(日本Hamamatsu的L2D2系列see-through型)串聯(lián)組成的雙光源；單色儀采用的是凹面光柵；樣品室為石英單樣品池；檢測(cè)器為帶石英窗紫外增強(qiáng)型的2048像元線陣CCD。為了提高光譜質(zhì)量和考慮光路上的安排，在分光系統(tǒng)中還加入了其它一些光學(xué)器件，比如反射鏡、透鏡等。經(jīng)準(zhǔn)直的光束，透射過(guò)樣品，經(jīng)凹面光柵分光后，再由CCD探測(cè)光強(qiáng)信號(hào)。
分光光度計(jì)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的核心部件是聯(lián)想個(gè)人計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)主板擴(kuò)展槽上插有CCD數(shù)據(jù)采集卡，它通過(guò)信號(hào)電纜與CCD相連；計(jì)算機(jī)沒(méi)有接其它的輸出設(shè)備，僅利用其顯示器進(jìn)行結(jié)果輸出；計(jì)算機(jī)配有網(wǎng)卡，通過(guò)網(wǎng)線與局域網(wǎng)相連。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為Microsoft Windows98，裝有必要硬件(包括數(shù)據(jù)采集卡、顯示器、網(wǎng)卡等)的驅(qū)動(dòng)程序和一些常用應(yīng)用軟件，還有分光光度計(jì)數(shù)據(jù)采集與控制軟件。該軟件采用Visual C++語(yǔ)言編寫，其適用的操作平臺(tái)為Win9X/Win2000，除了具有一般分光光度計(jì)軟件的常用功能，還具有遠(yuǎn)程操作控制功能。遠(yuǎn)程功能的設(shè)計(jì)采用了目前廣泛利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的服務(wù)器和客戶機(jī)模式，與分光光度計(jì)主體直接相連的計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器，而各遠(yuǎn)程操作終端作為客戶機(jī)。服務(wù)器通過(guò)設(shè)置用戶名和密碼的方式，給操作終端提供使用權(quán)限，可設(shè)置多個(gè)用戶，能夠記錄操作終端IP地址、儀器使用時(shí)間等基本信息。
分光光度計(jì)的操作終端也是采用聯(lián)想個(gè)人計(jì)算機(jī)，除了沒(méi)有CCD數(shù)據(jù)采集卡外，其硬件配置情況與作為數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)配置大致相同。操作終端也采用顯示器作為輸出設(shè)備，其網(wǎng)卡通過(guò)網(wǎng)線與局域網(wǎng)連接。另外，操作終端上同樣裝有數(shù)據(jù)處理與控制軟件，由它建立和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)的連接并進(jìn)行光譜測(cè)量。
在以上硬件和軟件配置的情況下，首先，讓操作終端與服務(wù)器之間建立聯(lián)系，使用合法的用戶名和密碼登錄，登錄成功后，取得對(duì)分光光度計(jì)的使用權(quán)限；其次，與分光光度計(jì)數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)的采集光譜操作相同，依次進(jìn)行儀器自檢、波長(zhǎng)校準(zhǔn)——光譜測(cè)量——數(shù)據(jù)保存等。如果在同一時(shí)間段內(nèi)有多余一個(gè)的用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，將按照先進(jìn)先出(FIFO)的次序排隊(duì)進(jìn)行光譜測(cè)量。所測(cè)得光譜直接以圖形的形式顯示在操作終端的顯示器屏幕上，并且成功的將光譜數(shù)據(jù)以文本的形式保存在操作終端的本地硬盤上。
權(quán)利要求
1.一種具有遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能的分光光度計(jì)，其特征在于包括分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)三部分，分光系統(tǒng)主要由光源、單色儀或多色儀、樣品室和檢測(cè)器組成，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理與控制部件及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和控制程序、數(shù)據(jù)采集卡、遠(yuǎn)程終端接口組成，遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)由多個(gè)包含遠(yuǎn)程連接控制程序的操作終端組成，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡和分光系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，為操作終端提供遠(yuǎn)程接口，各遠(yuǎn)程操作終端分別通過(guò)遠(yuǎn)程終端接口和數(shù)據(jù)處理與控制部件連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件和每個(gè)操作終端可根據(jù)需要配置輸出設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1的具有遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能的分光光度計(jì)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理和控制部件配置相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和光譜測(cè)量控制程序，除了實(shí)現(xiàn)一般的光譜測(cè)量操作外，還實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程光譜測(cè)量操作——建立遠(yuǎn)程終端和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)的連接、異常情況下終止遠(yuǎn)程服務(wù)、有效操作終端的分配、身份鑒別、使用信息記錄。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能的分光光度計(jì)，包括分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡和分光系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)處理與控制部件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，為操作終端提供遠(yuǎn)程接口，各遠(yuǎn)程操作終端分別通過(guò)遠(yuǎn)程終端接口和數(shù)據(jù)處理與控制部件連接，通過(guò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)行光譜采集和數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明的分光光度計(jì)可以方便地實(shí)現(xiàn)異地和多用戶使用分光光度計(jì)進(jìn)行光譜測(cè)量，能夠滿足某些實(shí)際應(yīng)用中的需求并有效地提高儀器的使用效率。
文檔編號(hào)G01J3/00GK1544895SQ20031010873
公開(kāi)日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者袁波, 黃梅珍, 倪一, 林峰, 竇曉鳴, 袁 波 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)