碘元素测定仪中的光电检测电路

　　碘缺乏病(IDD)是因人类生存的自然环境缺碘而引起的生物地球化学性疾病,是导致人类智力障碍的主要原因之一,它已成为全球普遍存在的公共卫生问题.我国目前采用的测定碘含量的方法是———《尿碘的砷铈催化分光光度测定方法》,这个方法在1999年作为卫生行业标准(WS/T107—1999)推行,是一种手工操作的化学分析法,由于整个检测过程的技术条件、操作步骤要求严格,测定需要较长的时间,不便于推广应用.作为与人类智力有密切关系的疾病,应该在分析手段上实现仪器化操作,以适应防治工作的需要.为此我们研制了一种集光、机、电一体化的智能化全自动碘元素检测分析仪[1],下面介绍仪器中有关光电信号的放大、调理等部分的结构及原理.

　　1　电路系统结构及原理

　　首先简单介绍仪器的基本测量原理.图1为光电检测部分的结构示意.将某一波长的光线穿过装有被测溶液的试管,被安装在试管上方的光电管接收,转换为电信号.测定开始时,在被测溶液中加入化学试剂进行反应,反应结束时溶液对该波长的光的透过率发生急剧变化,因而光电管的电流也会发生变化.因为反应结束的时间与被测溶液中碘的浓度有密切的关系,所以测定出反应时间就可用一定方法计算出溶液中碘的含量.

　　根据上述要求,首先需要将微弱的光信号转换为电信号,经放大、处理后用比较器识别出其发生的变化,并产生相应的信号.由于光电信号非常微弱,极易受到干扰,特别是50 Hz的工频信号的干扰,因此需要有50 Hz陷波电路.此外,由于测定工作时各试管溶液中可能混有杂质,使其浑浊程度不一,试管壁的厚薄也有差异等和一些其它因素,会造成本底差异.这个差异直接影响着放大电路的输出电平,从而影响识别电路的工作,故系统中需要有能够消除本底差异的动态调零电路[224].最后,一个对称、稳定的电源也是保证系统正常工作必不可少的.整个信号处理电路的结构见图2,从图2中可以看出该电路主要由I/V转换、50 Hz陷波、放大、动态校零和突变识别电路等几部分组成.

　　2　电路设计

　　详细电路如图3所示,以下对其中的各个部分分别作一介绍.

　　2.1　I/V转换电路

　　本系统中用真空光电管来检测微弱的光信号[5,6].由于光电管输出的信号非常微弱,只有1~2μA,所以前级电路的噪声必须很低.电路中选用第四代自稳零低噪声集成运放7650组成I/V转换电路,将微弱的电流信号转换为电压信号.7650利用动态校零的原理消除了MOS器件固有的失调和漂移.其失调电压和漂移仅几个μV,对微弱信号来说是个理想的运算放大器,它可以使电路的精度、稳定度、灵敏度得以提高[527].真空光电管和前置放大电路间采用直接耦合方式,能响应变化极慢的光信号,如图3.图中C1的作用是相位超前校正,抵消了分布电容所引起的相位滞后.I/V转换电路的输出为: