强光背景下LIF测定中的零点触发器

　　大气光化学模拟实验中,许多涉及自由基的反应速率常数和产物产率的确定大多采用相对方法^〔1〕。反应中的自由基粒种一般用模式估计不作直接测定,尤其是其中的OH自由基,要在光照的条件下直接测定有一定的困难。为此,我们在建立LIF_OH测定系统的基础上,为在强光背景下测定微弱的OH的荧光信号设计了一个零点触发器,以便进行光化学反应体系中直接测定OH自由基的研究。

　　1　零点触发器

　　考虑到使用石英反应器进行光化学反应研究时一般采用黑光灯、紫外汞灯等一类气体放电光源。这类光源在使用220V/50Hz交流电源时实际发生着100周的明暗交替。激光诱导荧光法测OH自由基时,用282nm的脉冲激光激发,其重复频率一般在30周以下,而脉冲宽度一般在几十纳秒甚至更短的时间。如果能在光照的暗点上进行LIF_OH测量,则就可避免强背景光的干扰。也即设计的触发器避开正弦交流电的波峰和波谷,在过零交变的瞬间发出触发信号。

　　光源在交流电过零附近光强几乎为零存在一个无光的黑暗时间,控制触发激光器系统和荧光信号检测系统在这段黑暗时间内完成LIF_OH测量(从触发到完成测量约在微秒量级)。我们称之为“零点触发器”。实际上我们还要求该触发器在过零时刻触发时间可以微调。配合激光器的重复频率的任意选择,要求触发频率可调。以便找到测量的最佳状态。

　　2　零点触发器的具体实现

　　采用MCS_51单片机制做交流过零触发器。单片机与EPROM的连接(图1)

　　8031单片机的P1口为准双向口,其中P1,0—P1,3四位被用作输入线,读取预置的输出脉冲频率值。P1,4作输入线,与启动/停止按键相连。P1,5作脉冲输出线。P1,6和P1,7都为输出线,分别与复位指示灯与工作指示灯相连。P3口是多用途口。利用P3,4的第二功能———定时器0的外部输入端,与交流信号的采样点相连。来自于交流电源或者电光源的100周明暗交替的交流信号经过比较器变为方波信号,该信号进入P3,4线,成计数器的外输入。交流信号的变换及整个过零检测器的外围电路如图2所示。

　　被采样的交流信号输入到比较器的正向输入端。调节W1,预置反向输入端的电位可以使过零检测在零点附近的一个小的区间内微调,以便输出的脉冲位于零点之前,以弥补脉冲触发其它仪器的延迟,满足实验的时序要求。通过预置脉冲频率开关,可以使过零脉冲输出为1~10次/秒之间的任何整数值。

　　根据预置开关的设置,将计数初值装入计数器。计数器回零之后自动装入初值,重新启动计数,同时,发出中断请求。单片机响应中断,在中断子程序中通过P1,5线输出脉冲。采用PL/M_51语言编制全部程序,在仿真器上调试至正常后,固化在EPPOM之中。整个装置运行准确、可靠。