CN101968432A

CN101968432A - 微粒物性分析多维光信息传感器

Info

Publication number: CN101968432A
Application number: CN 201010272391
Authority: CN
Inventors: 王亚伟; 韩广才; 卜敏; 尚学府
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: CN101968432B

Abstract

本发明涉及一种各种微粒物性的分析设备，特指一种微粒物性分析多维光信息传感器。它包括激光光源、第一聚焦透镜组、光阑、双喇叭口流式管、光陷阱、沿入射光垂直方向的中空椭球反射面和第二聚焦透镜组组成的两维复合聚焦系统、光阑以及光电探测器，沿入射光前向的透镜与平面反射镜组成的两维分光聚焦系统、光阑和光电探测器。本发明可将微粒光散射全域瞬态光信息一体采集并转换为电信号，光学信息全面丰富、其光信息采集系统结构紧凑、光学镜片应用灵活、光噪声低，实现了四维光信息的一体集成采集，由此可完整地反映出各种微粒的物性特征。

Description

微粒物性分析多维光信息传感器

技术领域

本发明涉及一种各种微粒物性的分析设备，特指一种微粒物性分析多维光信息传感器。

背景技术

任意形态微粒(特别是生物细胞)物理特征的检测技术是一项多技术领域交叉的科学技术。任意形态微粒主要有尘埃粒子、生物细胞和尿沉渣微粒等，其特征比较复杂，主要特征有大小分布、形态分布、核式结构等等。光学传感方法主要就是利用光散射的强度空间分布特征与微粒物理特征的关系来检测微粒的类别，其中关键是有效光电信号的转换。目前针对特别微粒的专利技术有一些应用，例如专利技术200710192385.6(大流量尘埃粒子计数器的光学传感器)针对尘埃粒子设计了球面反射式侧向光信息传感方式，但是该信息并不能够较为全面地反映微粒的物理特征，且散射源和接受点均不在焦点上，这样对信号的损失较多；又如专利技术CN92215120.2(激光尘埃粒子计数器新型光学探头)采用了椭球反射式侧向光信息传感方式，虽然散射源和接受点均在焦点上，但是侧向小角的光散射会再次与微粒作用，产生复散射，影响信息的准确性；再如用于白细胞三分类的专利技术CN101498646A(小角度前向激光散射传感器)，该技术采用二极管阵列为光电接收器，柱面镜对光束加工，得到了前向小角和前向高角的光散射信息，但是对于灵敏反映细胞内部结构的侧向信息没有采集，所以准确识别多类细胞的能力有限；还有如美国专利技术2004/0197232/A1(后向散射对人体血液细胞识别装置)，该技术应用光纤阵列传感方式从前向和后向获得微粒散射信息，有效地提高了细胞采识别的精确的度，但是后向散射信号提取比较复杂，且与细胞核和分子结构密切相关的侧向偏振信息没有采集，因此细胞微粒识别类别不强。此外，国内外一些企业如美国的雅培等公司、日本的希森美康还有中国迈瑞等公司在白细胞的识别检测仪器中有一些光散射技术的开发应用专利技术(如：MDOS四角度激光专利测量技术；激光法流式细胞技术五分类等)，但是主要都是配以化学、电子、荧光等技术的应用，并且光学传感方式单一，本发明是一种纯光学的，并且针对实践中应用的不足进行改善了的一种优化整合的、具有普遍应用意思的微粒多维光信息传感的专利技术。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种信息完整、结构紧凑、信噪比高、微粒类别识别能力强的微粒物性分析多维光信息传感器。

本发明技术解决方案为：微粒物性分析多维光信息传感器，其特征在于：所述传感器包括激光器、第一聚焦透镜组、第一光阑、双喇叭口流式管、第二光阑、第一光电探测器、第二聚焦透镜组、第三光阑、中空椭球反射面、偏振片、第二光电探测器、第一球面镜、反射镜、第二球面镜、第四光阑、第三光电探测器、第三球面镜、第五光阑、第四光电探测器、光陷阱和密封罩；第一光阑、第二光阑、第三光阑、第四光阑和第五光阑开设在密封罩上；激光器、第一聚焦透镜组、第一光阑、双喇叭口流式管、光陷阱、第一球面镜、反射镜、第二球面镜、第四光阑和第三光电探测器按照激光入射的方向依次位于同一入射光轴上，双喇叭口流式管垂直于入射光轴放置且束腰中心位于入射光轴上；第二光电探测器、偏振片、第三光阑、第二聚焦透镜组、中空椭球反射面、双喇叭口流式管、第二光阑和第一光电探测器位于同一侧向散射光轴上，第二聚焦透镜组位于中空椭球反射面的中空处，侧向散射光轴与入射光轴相交于双喇叭口流式管的束腰中心；反射镜、第三球面镜、第五光阑和第四光电探测器位于前向散射光轴上，散射光轴与入射光轴垂直相交；第一球面镜和第二球面镜构成第三聚焦透镜组，反射镜位于第三聚焦透镜组内中心处、第一球面镜和第三球面镜构成第四聚焦透镜组。整个器件设置在密封罩上。

在激光光源的前向有第一焦透镜组和位于焦点处的一双喇叭口流式管，该流式管的颈部位于激光束的近焦点区，存在速度梯度的流场具有约束微粒在流线中部的作用，焦点区设有光陷阱；沿入射光垂直方向的中空椭球反射面可将来自焦点一处微粒侧向大立体角的散射光聚焦到位于焦点二处光阑后的第一光电探测器上，微粒与光电探测器分别在中空椭球反射面两个焦点上，位于中空椭球反射面中空处的第二聚焦透镜组将侧向小立体角的激光束通过该聚焦镜组、光阑和偏振片聚焦到该焦点处的第二光电探测器上；沿入射光前向，大立体角散射光束通过第三聚焦透镜组聚焦到光阑后的第三光电探测器上，透镜组中部的平面反射镜将小立体角的散射光束转向到第四聚焦镜组内并聚焦到位于光阑后的第四光电探测器上。

所述流式管用石英管做成，中间空心管路结构是由相互倒置的双喇叭口形成，在颈部细处由于流场的流速分布特征可以约束微粒在流线中部，堵塞时可以反向冲洗，保证流路正常使用。

所述中空椭球反射面可有效地把焦点一处大立体角的散射光聚焦到焦点二处的光电探测器上，由于中部的光不反射，从而有效避免了二次散射的影响；位于中空椭球反射面中空处的第二焦透镜组可将侧向小立体角的激光束通过该聚焦镜组、光阑和偏振片聚焦到焦点处的第二光电探测器上，以获得侧向小角的偏振光信息。

而沿入射光前向，由透镜、平面反射镜和透镜组成了两个方向，大、小角分路的、结构紧凑的第三和第四聚焦镜组，可将前向散射光按大、小立体角分别聚焦在位于各个焦点处相应的第三和第四光电探测器上，分别获得前向散射大、小角光散射信息。

本发明专利与现在有技术相比其显著的优点是：1、整体信息采集量完整，根据微粒光散射理论，与微粒物性密切相关的前向大、小角光信息以及侧向大、小角光信息(其中包括了侧向消光信息)均可采集到，因此可检测微粒的类别多，且精确度高；2、信息采集与传感结构紧凑，一体化强，全部器件元件设置在一个密封罩内，调节方便，干扰少。光信息采集元件应用灵活，不同特征信息采用不同的光采集元件，可有效提高信息传感效率；3、整体光学结构中，在各个对应的地方，分别设置了光陷阱和光阑，可提高传感器的信噪比；4、光敏区独特的双喇叭口流式管结构，既可依靠流体的约束力将微粒控制在流管中部，又利于在流管堵塞时反向冲洗导通。

附图说明

图1是本发明微粒物性分析多维光信息传感器的结构示意图。

图2是本发明中流式管的结构示意图。

1、激光器 2、第一聚焦透镜组 3、第一光阑 4、双喇叭口流式管 5、第二光阑、 6、第一光电探测器 7、第二聚焦透镜组 8、第三光阑 9、中空椭球反射面 10、偏振片 11、第二光电探测器、 12、第一球面镜 13、反射镜 14、第二球面镜、 15、第四光阑 16、第三光电探测器 17、第三球面镜 18、第五光阑 19、第四光电探测器 20、光陷阱 21、密封罩

具体实施方式

结合图一、图二，本发明微粒物性分析多维光信息传感器是一个垂直两维光路系统，包括有照明系统、散射区流式系统、两维复合聚焦系统、两维分光聚焦系统组成。照明系统由激光器1、第一聚焦透镜组2、第一光阑3和光陷阱20组成，激光束经第一聚焦透镜组后在流式管中部建立一光照区，越过光照区聚焦处光能被光陷阱吸收；散射区流式系统是由一石英材料制作的倒置双喇叭口结构的流式管，与激光束垂直放置，微粒在管内受到负压作用沿管路流动通过光照区产生光散射，微粒在流体内因喇叭口结构产生的的约束力作用下具有聚焦的效应，将微粒控制在流管中部，倒置另一喇叭口结构利于在流管堵塞时反向冲洗导通；两维复合聚焦系统是由中空椭球反射镜9、第二聚焦透镜组7、第三光阑8、偏振片10、第二光电探测器11、第二光阑5、第一光电探测器6组成，收集垂直方向大角和90度方向小角偏振两维光信息并转换为电信号；两维分光聚焦系统组成是由第一球面镜12、反射镜13、第二球面镜14、第三球面镜17、第四光阑光阑15、第五光阑18、第三光电探测器16、第四光电探测器19组成，收集入射光轴方向大角和小角两维光信息并转换为电信号。整个器件设置在密封罩上，与微粒物性密切相关的光散射信息通过本发明装置分四维被接受并转换为电信号，最终实现本发明的目的。

Claims

1.微粒物性分析多维光信息传感器，其特征在于：所述传感器包括激光器(1)、第一聚焦透镜组(2)、第一光阑(3)、双喇叭口流式管(4)、第二光阑(5)、第一光电探测器(6)、第二聚焦透镜组(7)、第三光阑(8)、中空椭球反射面(9)、偏振片(10)、第二光电探测器(11)、第一球面镜(12)、反射镜(13)、第二球面镜(14)、第四光阑(15)、第三光电探测器(16)、第三球面镜(17)、第五光阑(18)、第四光电探测器(19)、光陷阱(20)和密封罩(21)；第一光阑(3)、第二光阑(5)、第三光阑(8)、第四光阑(15)和第五光阑(18)开设在密封罩(21)上；激光器(1)、第一聚焦透镜组(2)、第一光阑(3)、双喇叭口流式管(4)、光陷阱(20)、第一球面镜(12)、反射镜(13)、第二球面镜(14)、第四光阑(15)和第三光电探测器(16)按照激光入射的方向依次位于同一入射光轴上，双喇叭口流式管(4)垂直于入射光轴放置且束腰中心位于入射光轴上；第二光电探测器(11)、偏振片(10)、第三光阑(8)、第二聚焦透镜组(7)、中空椭球反射面(9)、双喇叭口流式管(4)、第二光阑(5)和第一光电探测器(6)位于同一侧向散射光轴上，第二聚焦透镜组(7)位于中空椭球反射面(9)的中空处，侧向散射光轴与入射光轴相交于双喇叭口流式管(4)的束腰中心；反射镜(13)、第三球面镜(17)、第五光阑(18)和第四光电探测器(19)位于前向散射光轴上，散射光轴与入射光轴垂直相交；第一球面镜(12)和第二球面镜(14)构成第三聚焦透镜组，反射镜(13)位于第三聚焦透镜组内中心处、第一球面镜(12)和第三球面镜(17)构成第四聚焦透镜组。

2.如权利要求1所述的微粒物性分析多维光信息传感器，其特征在于：所述双喇叭口流式管(4)用石英管做成，中间空心管路结构是由相互倒置的双喇叭口形成，在颈部细处由于流场的流速分布特征能约束微粒在流线中部，堵塞时能反向冲洗，保证流路正常使用。