一種適用于原子熒光色散檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)字微鏡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機(jī)電控制領(lǐng)域和光譜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于原子熒光色散檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)字微鏡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]原子熒光光譜法原子熒光光譜法是一種對(duì)待測(cè)元素基態(tài)原子受到特定頻率輻射光激發(fā)產(chǎn)生的熒光光譜進(jìn)行采集、處理、分析并最終獲得元素定性定量信息的檢測(cè)方法，基于此方法設(shè)計(jì)生產(chǎn)的原子熒光光譜儀，可對(duì)砷、銻、鉍、汞等12種無機(jī)重金屬進(jìn)行檢測(cè)分析。原子熒光光譜儀目前廣泛應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)、食品衛(wèi)生、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
[0003]關(guān)于數(shù)字微鏡在原子熒光光譜儀器中的應(yīng)用，CN202661382U公開了一種基于數(shù)字微鏡陣列全譜原子熒光光譜儀，該儀器中不僅保留了原有的非色散熒光檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)還添加了由光柵、數(shù)字微鏡、反射鏡、檢測(cè)器組成的色散熒光檢測(cè)系統(tǒng)，這樣設(shè)計(jì)的目的是在無光譜干擾的情況下發(fā)揮非色散熒光檢測(cè)的高靈敏度優(yōu)勢(shì)，同時(shí)色散熒光檢測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)不同元素實(shí)現(xiàn)全譜選擇和掃描檢測(cè)的功能，有能力克服光譜干擾問題。該光譜儀通過數(shù)字微鏡技術(shù)能夠測(cè)量不同元素譜線實(shí)現(xiàn)原子熒光信號(hào)的全譜、多通量、多信息快速檢測(cè)，最終結(jié)果將根據(jù)數(shù)字微鏡對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)位置所檢測(cè)到的熒光強(qiáng)度繪制譜圖，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理和分析。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
[0004]現(xiàn)有原子熒光光譜儀都通過非色散檢測(cè)法測(cè)量被測(cè)樣品的原子熒光能量并計(jì)算能值總和來進(jìn)行元素的定性定量分析，基于數(shù)字微鏡的熒光檢測(cè)法對(duì)分光采集得到的光譜信息進(jìn)行處理，對(duì)采集到的譜峰進(jìn)行識(shí)別，傳統(tǒng)的原子熒光色散檢測(cè)系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)動(dòng)光柵或添加單色器的方法，但這類方法通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，檢測(cè)速度慢。采用數(shù)字微鏡作為空間光調(diào)制器的新型色散檢測(cè)系統(tǒng)克服了原有非色散檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)缺陷，改進(jìn)了色散型原子焚光光譜儀器的性能。
[0005]數(shù)字微鏡是由美國(guó)德州儀器公司開發(fā)設(shè)計(jì)，是一種微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)，同時(shí)作為空間反射式光調(diào)制器(SLM)可實(shí)現(xiàn)空間光的快速選擇。作為目前精度最高，速度最快的光開關(guān)，以數(shù)字微鏡為核心器件的數(shù)字光處理技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在光學(xué)投影、光學(xué)度量、光纖網(wǎng)絡(luò)和光譜分析領(lǐng)等領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用發(fā)展和廣泛的市場(chǎng)前景。
[0006]每一片數(shù)字微鏡器件上都集成了近百萬片微反射鏡(以0.7寸XGA DMD為例由1024*768個(gè)微反射鏡組成微鏡陣列)，每一個(gè)正方形微反射鏡的寬度僅為13.68um,間隔
0.1um,每秒鐘翻轉(zhuǎn)速率最高可達(dá)兩萬次，由FPGA控制信號(hào)的加載和微鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，每一片微反射鏡可以翻轉(zhuǎn)的工作角度為+12度和-12度，通過控制不同反射鏡的翻轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)反射光譜信息的調(diào)制，比如應(yīng)用在色散熒光檢測(cè)中我們控制數(shù)字微鏡的+12度翻轉(zhuǎn)將入射光反射到檢測(cè)器上，并設(shè)定此方向狀態(tài)為開態(tài)，控制微反射鏡-12度的翻轉(zhuǎn)可以入射光反被吸收消除，并設(shè)定此方向狀態(tài)為關(guān)態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于原子熒光色散檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)字微鏡控制方法，該方法可以有效地簡(jiǎn)化數(shù)字微鏡控制數(shù)據(jù)的格式，提高檢測(cè)速度。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的適用于原子熒光色散檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)字微鏡控制方法包括下述步驟；
[0009]步驟一
[0010]設(shè)置數(shù)字微鏡的控制模式:自動(dòng)控制模式和手動(dòng)控制模式；其中手動(dòng)控制模式包括全譜選擇模式和單波段選擇模式；
[0011]在自動(dòng)控制模式中，分別針對(duì)特定N個(gè)元素預(yù)先設(shè)置數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)起始點(diǎn)、同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)、翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)、翻轉(zhuǎn)次數(shù)、翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)、單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間；
[0012]在全譜選擇模式中，設(shè)置數(shù)字微鏡的同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)、翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)、翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)、單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間默認(rèn)值；數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)起始點(diǎn)默認(rèn)為第一列，終止點(diǎn)為最后一列；
[0013]在單波段選擇模式中，針對(duì)待測(cè)元素對(duì)數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)起始點(diǎn)、同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)，翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)、翻轉(zhuǎn)次數(shù)、翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)、單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間參數(shù)進(jìn)行自定義設(shè)置；
[0014]步驟二、
[0015]當(dāng)需要檢測(cè)的元素為特定N個(gè)元素中的任意一個(gè)元素或兩個(gè)以上元素時(shí)，選擇自動(dòng)控制模式，根據(jù)步驟一中設(shè)置的與待檢測(cè)元素對(duì)應(yīng)的數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)起始點(diǎn)、同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)、翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)、翻轉(zhuǎn)次數(shù)、翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)、單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間這些參數(shù)值控制數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)并同時(shí)生成同步信號(hào)；
[0016]當(dāng)需要對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行全譜段檢測(cè)時(shí)，選擇全譜選擇模式，根據(jù)步驟一設(shè)置的同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)，翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)、翻轉(zhuǎn)次數(shù)、翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)和單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間這些參數(shù)默認(rèn)值控制數(shù)字微鏡從第一列翻轉(zhuǎn)開始到最后一列翻轉(zhuǎn)終止并同時(shí)生成同步信號(hào)；或者手動(dòng)輸入同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)，翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)、翻轉(zhuǎn)次數(shù)、翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)和單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間這些參數(shù)的設(shè)定值，然后根據(jù)這些參數(shù)的設(shè)定值控制數(shù)字微鏡從第一列翻轉(zhuǎn)開始到最后一列翻轉(zhuǎn)終止并同時(shí)生成同步信號(hào)；
[0017]如需對(duì)可能存在的光譜干擾波段或自定義波段進(jìn)行采集檢測(cè)時(shí)，選擇單波段選擇模式，手動(dòng)輸入數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)起始點(diǎn)、同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)、翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)、翻轉(zhuǎn)次數(shù)、翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)、單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間這些參數(shù)的設(shè)定值，并根據(jù)這些參數(shù)的設(shè)定值控制數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)并同時(shí)生成同步信號(hào)。
[0018]自動(dòng)控制模式中，可以在一次掃描過程中檢測(cè)一種特定元素，也可以檢測(cè)兩種以上特定元素。檢測(cè)一種特定元素時(shí)，可能只有一個(gè)特征譜線，也可能有多個(gè)特征譜線。檢測(cè)兩種以上特定元素時(shí)有多個(gè)特征譜線。因此，所述步驟一中，在自動(dòng)控制模式下，對(duì)應(yīng)任一特征譜線，數(shù)字微鏡控制參數(shù)可以設(shè)置如下:
[0019]數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)起始點(diǎn)為X，同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)為n，翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)為n，翻轉(zhuǎn)次數(shù)為p，翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)為q，單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間為10uS ;n彡1，q彡I。
[0020]或者:
[0021]數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)起始點(diǎn)為X，同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)為n，翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)為n-l，n > 1，翻轉(zhuǎn)次數(shù)為P，翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)為1，單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間為100uS。
[0022]其中數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)起始點(diǎn)X由特征譜線波長(zhǎng)決定，同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)n、翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)η (或n-Ι)、翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)q根據(jù)要求的分辨率、信號(hào)強(qiáng)度設(shè)定，翻轉(zhuǎn)次數(shù)P根據(jù)特征譜線寬度和同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)決定。
[0023]所述步驟一中，在全譜選擇模式中，數(shù)字微鏡同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)、翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)、翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)均默認(rèn)為1，默認(rèn)單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間為lOOuS，默認(rèn)翻轉(zhuǎn)次數(shù)為數(shù)字微鏡的總列數(shù)Z，為防止控制指令超出數(shù)字微鏡總列數(shù)對(duì)采集結(jié)果造成影響，當(dāng)翻轉(zhuǎn)至數(shù)字微鏡最后一列時(shí)，自動(dòng)終止轉(zhuǎn)動(dòng)并返回同步信號(hào)。
[0024]所述步驟二中，在全譜選擇模式下，同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)、翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)、翻轉(zhuǎn)次數(shù)、翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)及單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間這些參數(shù)的設(shè)定值可以如下:
[0025]數(shù)字微鏡同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)為n，翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)為n，翻轉(zhuǎn)次數(shù)為m，其中n+m*n = Z，翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)為1，單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間為t，Z為數(shù)字微鏡的總列數(shù)，η > I。
[0026]數(shù)字微鏡同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)為1，翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)為I，翻轉(zhuǎn)次數(shù)為Ζ，翻轉(zhuǎn)重復(fù)次數(shù)為1，單次翻轉(zhuǎn)滯留時(shí)間為t，Z為數(shù)字微鏡的總列數(shù)。
[0027]數(shù)字微鏡同時(shí)翻轉(zhuǎn)列數(shù)為n，翻轉(zhuǎn)間隔列數(shù)為η-1，η > 1，翻轉(zhuǎn)次數(shù)為m，其中n+