CN102117084A - 一种连续光激光粒子分析仪温控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连续光激光粒子分析仪温控系统，用于连续光激光粒子分析仪中APD荧光检测部分的温度控制，它包括绝热壳体，TEC制冷器，热敏电阻，控制装置。TEC制冷器，用于调节APD温度；热敏电阻，用于检测APD温度；控制装置，用于监视和控制。本发明可达到精确的温度控制，可加热和制冷，响应时间短，使用灵活方便。

Description

一种连续光激光粒子分析仪温控系统

技术领域

本发明涉及一种利用激光散射特性和生物粒子的荧光特性同时对空气样本中气溶胶粒子尺寸和荧光强度分布进行分析，并对空气样本中的可疑微生物粒子实时监测并做出预警的仪器。

背景技术

生物致病物质通过空气传播的范围最广，危害最大。空气有各种各样的悬浮粒子，既有非生物粒子，也有生物粒子，还有生物粒子与非生物粒子吸附在一起的复合体，其中的可吸入粒子可进入人的呼吸系统，沉积在鼻咽部、气管、支气管、细支气管、肺泡，并可通过吞噬细胞的作用，经血液将这些粒子转运至其他器官，引起各种各样的疾病。早期的气溶胶粒子检测仪器只能检测粒子的物理学参数，这种技术是用抽气泵将气溶胶粒子抽到光学检测室，用连续激光对粒子进行照射，当光束照射到粒子时，就会对照射光束产生散射，然后检测和分析这种散射光；这种检测仪器称为光散射式粒子计数器。理论上，不同的粒子大小对入射光的散射强度不同，由此可以检测粒子的大小和数量。但是，由于粒子的形状差别很大，球形、线形、片形等各种不规则的形状；有的表面光滑，有的表面粗糙；形成粒子的材料各异，对光的散射差异很大，所检测的粒子大小不能反映粒子在呼吸道的沉积状态。美国TSI公司生产的空气动力学粒子计数器(Peter P.Hairston et al：Apparatus for measuring particle sizes andvelocities.US Patent，Patent Number：5,561,515，Oct.1，1996)，是通过检测粒子通过双峰光波的飞行时间来计算粒子的空气动力学直径，这种方法是将不同形状、不同材质、不同密度的粒子统一等效成密度为1的球形粒子来计算粒子的直径，称为空气动力学直径。这种仪器不能区分粒子的性质，仅能检测粒子大小和数量。

发生物粒子细胞内含有蛋白质、氨基酸、酶类和核黄素等多种成分。其中有些具有标志其固有荧光的特定的激发和发射光谱。研究表明，生物分子色氨酸、吡哆醇、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(磷酸)(NAD(P)H)和核黄素具有固有的受激荧光发射波长。理想的靶标生物分子应该有区别于其他物质的固有荧光光 谱，并有足够的荧光强度，构成强的可检信号。活的细菌含有与能量反应有关的胞内生物分子，NAD(P)H的存在是细菌活性的一个标志，这使它成为区别细菌粒子与非生物物质的一个很好的指标。通过对心肌细胞的研究，发现NADH的荧光与细胞的活性有关。对微球菌细胞周期的研究证明，固有荧光与细胞代谢、即细胞活性有关。采用此种方法不仅可以区分粒子的生物学特性，还可以区分粒子的活性。一般来说，激发光波越短，能量越高，就如同在许多其他类型的材料中那样产生的荧光就越强。NAD(P)H的荧光激发波长集中于340nm，核黄素的激发峰为385，发射峰为525nm，很容易与它们的射光(400-540nm)区分。1997年，美国国防部和加拿大国防部在原有的TSI 3321空气动力学粒子计数器的基础上，增加了紫外激光脉冲照射系统，研制成功了TSI 3312紫外激光空气动力学生物粒子计数器(Jim Yew-Wah Ho：Fluorescent biological particledetection system.US Patent，Patent Number：5,895,922，Apr.20，1999)。不仅可以实时检测空气中的粒子浓度，并且能够从中判断出是否含有生物气溶胶粒子。尤其是在生物气溶胶释放或者生物恐怖侵袭的情况下，可以立即检测出危险情况进行报警。从此实现了生物气溶胶的连续、实时、在线检测。该仪器存在的问题是脉冲激光的能量随着触发频率的变化而变化，能量不稳定，检测的模拟信号较弱，易受其他信号的干扰，信噪比差；另外，它的结构设计使设备体积较大，不便于车载或做其他流动场所的使用。2009年4月1日公开的发明专利气溶胶粒子激光分析仪(专利公开号：CN 101398367A)克服了上述缺点，不仅能检测气溶胶粒子的空气动力学直径和粒子数量等物理参数，还能根据活性生物粒子固有的受激发射生物荧光的特征，判别是否为活性生物粒子，以及活性生物粒子的数量和浓度等参数。检测结果准确，方便快速，零部件使用寿命长，体积较小，便于移动使用。

此发明专利公开的气溶胶粒子激光分析仪APD温度控制部分是通过APD的特性，在其温度改变时，来改变其工作电压，使APD的检测结果准确有效，但是APD的温度与电压之间不是非常好的线性关系，而且其工作电压的改变是有限的，这样APD的检测结果就不能达到非常准确。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于克服以上技术不足，提供一种主动控制APD的温度，使APD的检测结果准确无误的连续光激光粒子分析仪温控系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

连续光激光粒子分析仪温控系统，用于连续光激光粒子分析仪中APD荧光检测部分的温度控制，包括绝热壳体，TEC制冷器，热敏电阻，控制装置。

所述APD荧光检测部分、TEC制冷器、热敏电阻安装在绝热壳体内部，由于TEC制冷器位于绝热壳体内，制冷器制冷效果好，在绝热壳体表面设有温度控制电路与APD检测电路的电气接口。

TEC制冷器，用于调节APD温度；热敏电阻，用于检测APD温度；控制装置，用于监视和控制。本发明可达到精确的温度控制，可加热和制冷，响应时间短，使用灵活方便。

所述控制装置将APD工作温度设定信号送给PID控制器，温度传感器热敏电阻用于采集APD的温度，并将温度信号送给PID控制器，PID控制器将温度设定信号与采集的温度信号相比较，其差分信号经过PID运算产生TEC控制信号，送入PWM功率驱动器，PWM功率驱动器根据PID运算产生的TEC控制信号，产生PWM信号，并经滤波电路滤波后提供直流电流输出给TEC制冷器，直接控制TEC电流，而不是电压，消除了TEC浪涌电流，从而达到精确的温度控制。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的连续光激光粒子分析仪温控系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的连续光激光粒子分析仪温控系统，用于连续光激光粒子分析仪中APD荧光检测部分1的温度控制，包括绝热壳体4，TEC制冷器2，热敏电阻3，控制装置。

所述APD荧光检测部分1、TEC制冷器2、热敏电阻安装在绝热壳体4内部，由于TEC制冷器2位于绝热壳体4内，制冷器制冷效果好，在绝热壳体4表面设有温度控制电路与APD检测电路的电气接口。

TEC制冷器2，用于调节APD温度；热敏电阻3，用于检测APD温度；控制装置，用于监视和控制。本发明可达到精确的温度控制，可加热和制冷，响应时间短，使用灵活方便。

所述控制装置将APD工作温度设定信号送给PID控制器，温度传感器热敏电阻用于采集APD的温度，并将温度信号送给PID控制器，PID控制器将温度设定信号与采集的温度信号相比较，其差分信号经过PID运算产生TEC控制信号，送入PWM功率驱动器，PWM功率驱动器根据PID运算产生的TEC控制信号，产生PWM信号，并经滤波电路滤波后提供直流电流输出给TEC制冷器，直接控制TEC电流，而不是电压，消除了TEC浪涌电流，从而达到精确的温度控制。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换，如各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换都应包含在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种连续光激光粒子分析仪温控系统，用于连续光激光粒子分析仪中APD荧光检测部分的温度控制，其特征在于，包括绝热壳体，TEC制冷器，热敏电阻，控制装置。

2.根据权利1所述的连续光激光粒子分析仪温控系统，其特征在于，在绝热壳体表面设有温度控制电路与APD检测电路的电气接口。

3.如权利1所述的连续光激光粒子分析仪温控系统，其特征在于，所述控制装置将APD工作温度设定信号送给PID控制器，温度传感器热敏电阻用于采集APD的温度，并将温度信号送给PID控制器，PID控制器将温度设定信号与采集的温度信号相比较，其差分信号经过PID运算产生TEC控制信号，送入PWM功率驱动器，PWM功率驱动器根据PID运算产生的TEC控制信号，产生PWM信号，并经滤波电路滤波后提供直流电流输出给TEC制冷器，直接控制TEC电流。

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