本发明专利技术可提供一种对测试样本执行光谱分析的光学系统。此光学系统包括：一个用于发射电磁辐射的光子能源；一个光学发射处理装置；一个接收光光学处理装置；一个光学检测器；以及数字信号处理装置。光子能源发射电磁辐射，并且是由数字信号处理装置控制的。光学发射处理装置接收光子能源发出的电磁辐射并将一个或多个照射波长传送到测试样本，其中光学发射处理装置是由数字信号处理装置控制的。接收光光学处理装置收集和隔离所接收到的来自测试样本的电磁辐射的一个或多个波长并将所接收到的电磁辐射的隔离的一个或多个波长传送到一个光学检测器，其中所述接收光光学处理装置是由数字信号处理装置控制的。光学检测器感知所接收到的电磁辐射的一个或多个隔离的波长并将其转换成电信号。数字信号处理装置对从光学检测器接收到的电信号进行匹配滤波并且还控制光子能源、光学发射处理装置和接收光光学处理装置的功能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学检测器领域，特别是涉及分光计。
技术介绍
有许多分光光度计或分光计用于检测测试样本的光谱特性，比如美国专利No.4330207公开了一种荧光分光光度计，它包括一个光源；一个激发侧单色器，用来使光源发出的光经受光谱分析作为光化学光用于照射样本；一个荧光侧单色器，用来使样本发出的光经受光谱分析；一个检测器，用来检测来自荧光侧单色器的光；一个扫描装置，用来将两个单色器都调整到待扫描的光化学光和荧光的波长。这些单色器的被排列为使其中之一可自动设定到通过其本身的简单和自动的波长扫描操作检测到的波长峰值的位置，而另一个单色器用于激发光谱或荧光光谱测量的波长扫描。此设备设计用于检测光子辐射波长范围并在一个存储装置中保存具有较高峰值的波长。此外，美国专利No.5194916描述了一种荧光分光计，它包括一个激发单色光发生装置，用于向待测定样本发射激发单色光；一个发射单色器，用于从样本发射的荧光中选择单色光；一个发射光度计，用于生成一个相应于通过发射单色器选择出来的单色光强度的初级输出信号；一个滤波装置，用于消除初级输出的噪声并生成次级输出，此滤波装置由响应值表述其特征；一个确定装置，用来根据次级输出确定样本的内容；和一个响应设定装置，用来根据初级输出设定滤波装置的响应值。一个表包括初级信号和相应的响应值，该初级信号和响应值是预先通过实验并且在某些情况下这一关联可利用数学式确定。在美国专利No.6002477中公开了一种分光计，它包括一个可发射光束的光源；一个把光束指向待分析的样本的光学系统；以及一个检测器，用来检测光束与样本作用之后的光束强度。此光源可发射光脉冲串(burst of light)，各个光脉冲串之间由没有光发射的间隔分隔。为此目的，例如，可使用氙气管。这个分光光度计测定在光束作用于样本后每一个光脉冲串产生的光束强度。每一个这样的光束在与样本作用之前可以分成第一和第二部分，并且将此光学系统安排成使第一部分射到样本，而使第二部分射到第二检测器进行基准测定。在每一个光脉冲串之前或之后，立即进行暗信号测定。因此通过基准信号确定系统中的噪声就可提供一个用来隔离接收信号的装置。然而，确定扫描测试样本时的基准信号对本系统的功能是关键，因为“暗噪声”在很小的时间周期内可以有极大的变化。提供这个背景信息目的是申请人所认为的公知信息可能与本专利技术相关。但是，既不一定必需承认，也不应该理解为任何前面的信息会构成破坏本专利技术的先有技术。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种包含信号匹配滤波器的分光计。根据本专利技术的一个方面，可提供一种对测试样本执行光谱分析的光学系统，包括一个用于发射电磁辐射的光子能源，其中所述光子能源是由数字信号处理装置控制的；一个光学发射处理装置，用来接收光子能源发出的电磁辐射并将一个或多个照射波长传送到测试样本，其中光学发射处理装置是由数字信号处理装置控制的；一个接收光光学处理装置，用来收集和隔离所接收到的来自测试样本的电磁辐射的一个或多个波长并将所接收到的电磁辐射的隔离的一个或多个波长传送到一个光学检测器，其中所述接收光光学处理装置是由数字信号处理装置控制的；一个光学检测器，用来感知所接收到的电磁辐射的一个或多个隔离的波长并将其转换成电信号；以及数字信号处理装置，用来对从光学检测器接收到的电信号进行匹配滤波以及控制光子能源、光学发射处理装置和接收光光学处理装置的功能。根据本专利技术的另一个方面，可提供一种对流体进行光学分析的系统，包括一个带有一个照射系统的光学探头，该照射系统包含一个发射电磁辐射的光子能源和将所述电磁辐射射向测试样本的光学设备，所述光学探头还包含用于收集和使测试样本发射的电磁辐射射向光检测器的检测器光学器件，其中所述的光学探头插入到流体流或一个包含有流体样本的样本室中；一个激发光子能源的控制装置；一个用来感知由测试样本发射的电磁辐射并且将其转换成电信号的光检测器；以及数字信号处理装置，用来对从光学检测器接收到的电信号进行匹配滤波，所述数字信号处理装置还控制光子能源的激发和射向测试样本的电磁辐射的编码。附图说明图1是相应于本专利技术的一实施例的光学系统部件的示意图。图2是根据本专利技术另一实施例的光学系统的示意图。图3是根据结合有匹配滤波器接收器的本专利技术的再一个实施例的扫描分光计的示意图。图4是数字信号处理装置光脉冲处理系统的示意图。图5示出使用脉冲振幅调制检测的信噪比为0dB的启闭键控信号。图6示出使用频域检测的信号检测。图7示出二进制脉冲编码信号检测发出的时间域相关输出的结果。图8是一个脉冲编码信道模型的示意图。图9示出使用一个脉宽125msec的矩形函数的线性频率调制脉冲的检测器的输出，采样频率为每秒8000次，扫描区间为从500Hz到3500Hz。图10示出使用一个线性FM脉冲编码方法的示例，其中脉冲持续时间为0.125秒，而对时间带宽乘积(TBP)为200的带宽是1600Hz。检测器的对数标度的计算式为P＝20×logs，其中s是匹配滤波器的时间域输出。图11示出对一个800的TBP使用如图10的线性FM脉冲编码方法的示例。图12示出对一个2250的TBP使用如图10的线性FM脉冲编码方法的示例。图13是对2250的TBP的时间域曲线图，其中绘出检测器振幅。图14为示出结合有一个匹配滤波器接收器的分光计的示意图。图15示出记录从图14中的分光计发出的λi和λe的检测器输出及其曲线表示。图16示出根据本专利技术一个实施例的可应用于检测水质的光学系统。图17示出的是一条使用图16中示出的光学系统在水检测现场获得的混浊度读数的曲线。图18示出的是一条使用图16中示出的光学系统在水检测现场获得的生物量读数的曲线。具体实施例方式定义术语“电子光调制器”表示声光调制器，机械斩光器，全息图(hologram)或电驱动的光电子设备或类似设备。术语“照射光源”表示发光二极管(LED)，白炽灯，激光器，气体放电灯，激光二极管，弧光灯，X射线源或类似设备。术语“单色器”表示光分散仪器，用来取得基本上是一个波长或至少是谱带很窄的光，并且例如可以是干涉滤波器，截止滤波器，衍射棱镜，衍射光栅，干涉仪，全息图或类似设备。术语“光检测器设备”表示光检测设备或光学检测器，并且包含发光二极管，光电倍增器，电荷耦合器件(CCD)和类似设备。术语“结果辐射”(resultant radiation)表示当实验对象受到照射辐照时所产生的反射光、透射光、吸收光和荧光中的每一个或全部。短语“弱信号检测”表示可用来测定测试样本发出的低强度发射辐射的方法。对于任何给定的信噪比，可以通过增加用来传送信息的带宽而降低信息差错率。在有噪信道中传送之前对信号带宽进行扩展，之后在接收时解扩。此过程产生的结果称为处理增益。术语“信号扩展”指的是多种扩展信号的方式，包括线性频率调制(Linear Frequency Modulation)(有时称为Chirp Modulation)和直接序列法和其他技术。术语“信号解扩”指的是利用相关接收器或匹配滤波器接收器技术将接收到的信号与类似的本地基准信号相关联而完成的过程。当这两个信号匹配时，扩展信号分解为扩展前的原始带宽，而任何不匹配信号则由本地基准扩展为实际上的传送带宽。此滤波器将会将所需本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对测试样本执行光学分析的系统，包括：ａ）一个用于发射电磁辐射的光子能源，其中所述光子能源是由数字信号处理装置控制的；ｂ）一个光学发射处理装置，用来接收光子能源发出的电磁辐射并将一个或多个照射波长传送到测试样本，其中光学发 射处理装置是由数字信号处理装置控制的；ｃ）一个接收光光学处理装置，用来收集和隔离所接收到的来自测试样本的电磁辐射的一个或多个波长并将所接收到的电磁辐射的隔离的一个或多个波长传送到一个光学检测器，其中所述接收光光学处理装置是由数字信号 处理装置控制的； ｄ）一个光学检测器，用来感知所接收到的电磁辐射的一个或多个隔离的波长并将其转换成电信号；以及ｅ）数字信号处理装置，用来对从光学检测器接收到的电信号进行匹配滤波以及控制光子能源、光学发射处理装置和接收光光学处 理装置的功能。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯W亚当斯，彼得RH麦克康耐尔，
申请(专利权)人：焦耳显微系统加拿大公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]
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