CN102565016A - 基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置及方法，涉及光学信号检测技术领域。该装置包括：校正参数获取模块，用于测量荧光淬灭传感器的敏感膜的温度特性，获得所述敏感膜的温度校正参数，并将其发送至信号处理模块；工作参数获取模块，用于测量所述敏感膜工作时的实时温度数据，并将其发送至信号处理模块；信号处理模块，用于根据所述温度校正参数以及实时温度数据，对所述敏感膜受激发出的荧光信号进行温度效应补偿。本发明的装置及方法通过对荧光淬灭传感器的温度效应进行补偿，可大大提高基于荧光淬灭传感器的检测的准度，当温度变化时最大程度降低采集值的漂移，提高了检测准确度。

Description

基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置及方法

技术领域

本发明涉及光学信号检测技术领域，尤其涉及一种基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置及方法。

背景技术

荧光淬灭是指荧光物质分子与溶剂分子或其他溶质分子相互作用引起荧光强度降低的现象。荧光淬灭技术应用在传感器检测已经做过大量的研究，且市场上已经出现很多基于此原理的传感器，这种传感器具有很小的零点漂移、稳定性好、寿命长、实时快速等优点。基于荧光淬灭的传感器已经得到了广泛的应用，例如：基于多孔硅光激荧光淬灭效应的SO₂传感器、光学溶解氧传感器等等。荧光敏感膜是此类传感器的重要组成部分，其对激发光的响应会受到温度的影响，进而影响传感器的准确度，现有的基于荧光淬灭的传感器未考虑到温度对敏感膜的影响，这些传感器均易受到温度的影响，进而准确度有限。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够检测准确度较高的基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置及方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置，该方法包括步骤：校正参数获取模块，用于测量荧光淬灭传感器的敏感膜的温度特性，获得所述敏感膜的温度校正参数，并将其发送至信号处理模块；工作参数获取模块，用于测量所述敏感膜工作时的实时温度数据，并将其发送至信号处理模块；信号处理模块，用于根据所述温度校正参数以及实时温度数据，对所述敏感膜受激发出的荧光信号进行温度效应补偿。

优选地，该装置还包括：激发光源，用于对所述敏感膜进行照射，使其激发出荧光；探测器，与所述校正参数获取模块以及所述信号处理模块均相连，用于采集所述敏感膜受激发出的荧光信号，并将其发送至校正参数获取模块以及信号处理模块。

优选地，所述工作参数获取模块进一步包括：温度传感器，与所述敏感膜以及信号处理模块相连，用于采集所述敏感膜工作时的实时温度数据，并将其发送至信号处理模块。

优选地，所述信号处理模块进一步包括：存储单元，用于接收并存储所述温度校正参数；补偿单元，用于根据所述荧光信号、实时温度数据以及温度校正参数对所述探测器采集的荧光信号进行温度效应补偿。

优选地，该装置还包括：信号调理模块，连接于所述探测器与所述信号处理模块之间、所述探测器与所述校正参数获取模块之间、以及所述温度传感器与所述信号处理模块之间，用于对所述荧光信号以及实时温度数据进行滤波及放大处理。

优选地，所述温度传感器为热敏电阻。

本发明还提供了一种基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿方法，该方法包括步骤：

S1.测量荧光淬灭传感器的敏感膜的温度特性，获得所述敏感膜的温度校正参数；

S2.测量所述敏感膜工作时的实时温度数据；

S3.根据所述温度校正参数以及实时温度数据，对所述敏感膜受激发出的荧光信号进行温度效应补偿。

优选地，步骤S1进一步包括步骤：

S1.1将所述敏感膜置于温度可控的环境中；

S1.2测量记录所述敏感膜在至少两个不同温度下被激光照射所激发的荧光信号；

S1.3根据所述荧光信号拟合荧光强度随温度变化的校正曲线，得到温度校正参数。

(三)有益效果

本发明的装置及方法通过对荧光淬灭传感器的温度效应进行补偿，可大大提高基于荧光淬灭传感器的检测的准度，当温度变化时最大程度降低采集值的漂移，提高了系统及方法的检测准确度，适用于水产养殖水质监测、水源地环境监测、化学反应过程监测等环境中的溶解氧高精度实时监测。

附图说明

图1为实施例1的基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置结构示意图；

图2为实施例2的基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置结构示意图；

图3为依照本发明一种实施方式的基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿方法的流程图。

具体实施方式

本发明提出的基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置及方法，结合附图及实施例详细说明如下。

实施例1

如图1所示，本实施例的基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置包括：激发光源、探测器、校正参数获取模块、工作参数获取模块、信号调理模块以及信号处理模块。其中：

激发光源向荧光淬灭传感器的敏感膜发射激发光，激发光源可以使用合适波段的LED，在对敏感膜照射时与其保持一定角度，荧光淬灭传感器在激发光源发射的激发光照射下发出荧光信号，荧光探测器与荧光淬灭传感器相连，采集敏感膜受激发出的荧光信号，并将其发送至校正参数获取模块以及信号处理模块。

在本实施例中，校正参数获取模块用于测量敏感膜的温度特性，获得敏感膜的温度校正参数，并将其发送至信号处理模块。

工作参数获取模块进一步包括温度传感器，与敏感膜以及信号处理模块相连，用于采集敏感膜工作时的实时温度数据，并将其发送至信号处理模块。

信号处理模块进一步包括：存储单元以及补偿单元。存储单元用于接收并存储温度校正参数；补偿单元根据荧光信号、实时温度数据以及温度校正参数对探测器所采集到的荧光信号进行温度效应补偿，从而可计算出荧光的实际强度。

信号调理模块连接于探测器与信号处理模块之间、探测器与校正参数获取模块之间、以及温度传感器与信号处理模块之间，用于对该荧光信号以及实时温度数据进行滤波及放大处理并。

在本实施例的系统中，温度传感器为热敏电阻，且紧贴于该敏感膜上。

其中，校正参数获取模块通过如下方式获得温度校正参数：将敏感膜以及激发光源置于可控温度的环境中，保证该环境内除温度参数外的其他参数稳定不变。在该环境中，用激发光源对氧敏感膜进行照射，使其激发出荧光；用探测器检测至少两个不同温度下的荧光强度，拟合荧光强度随温度变化的曲线，即为该敏感膜的温度校正参数。

敏感膜的温度校正参数反映敏感膜的温度特性，荧光探测器采集到的荧光强度或荧光寿命信号在一定程度上会受到温度影响，根据该敏感膜的温度校正参数，对荧光强度或荧光寿命信号进行处理，补偿温度效应(即扣除温度影响)，即可得到实际的荧光强度。

实施例2

如图2所示，以水中溶解氧传感器(敏感膜为氧敏感膜)为例，本实施例的基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置包括：水中溶解氧传感器、热敏电阻2、激发光源LED4、荧光探测器5、分别与荧光探测器5以及热敏电阻2相连的信号调理电路6以及信号调理电路7、以及信号处理模块8。

热敏电阻2(优选温度系数为10K)紧贴于水中溶解氧传感器的氧敏感膜1上，用于检测氧敏感膜1的温度，氧敏感膜1由溶胶凝胶技术固定的钌(II)络合物制成。信号处理模块8中存储的该氧敏感膜1的温度校正参数通过如下方式获得：将氧敏感膜1以及激发光源LED4置于高低温控制箱中，由于用溶胶凝胶技术固定的钌(II)络合物对温度的响应近似为线性，因此只需测量记录两个温度下氧敏感膜1被激发的荧光信号，为了保证氧敏感膜1所处环境的稳定性，将此氧敏感膜1放在饱和亚硫酸钠中，排除氧的淬灭效应的影响，测量在10℃和30℃下的输出，拟合得到温度与荧光强度之间关系的曲线，即氧敏感膜1的温度校正参数。

在使用本实施例的装置检测水中溶解氧的浓度并补偿温度效应时，将传感器、激发光源LED4、以及荧光探测器5(优选为600nm-800nm之间具有较高灵敏度的OPT301)置于待测水中，中心波长为470nm的蓝色LED4以与水平方向45度角对氧敏感膜1发出激发光9，荧光探测器5接收透过滤光片3的650nm波长的荧光信号10，并将其传送至信号调理电路6，热敏电阻2采集氧敏感膜1此时的工作温度信号并将其传送至信号调理电路7，信号调理电路6以及信号调理电路7分别对其接收到的信号进行滤波及放大等处理后输出至信号处理模块8，信号处理模块8通过存储的温度校正参数，对应出此温度下的实际荧光强度，从而根据荧光强度与水中溶解氧的浓度的关系计算，补偿传感器的温度效应，进而得到水中溶解氧的实际浓度。

如图3所示，本发明还提供了一种基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿方法，该方法包括步骤：

S1.测量荧光淬灭传感器的敏感膜的温度特性，获得敏感膜的温度校正参数；

S2.测量敏感膜工作时的实时温度数据；

S3.根据温度校正参数以及实时温度数据，对探测器采集到的敏感膜受激发出的荧光信号进行温度效应补偿。

此外，步骤S1进一步包括步骤：

S1.1将敏感膜置于温度可控的环境中；

S1.2测量记录敏感膜在至少两个不同温度下被激光照射所激发的荧光信号；

S1.3根据荧光信号拟合荧光强度随温度变化的校正曲线，得到温度校正参数。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿装置，其特征在于，该方法包括步骤：

校正参数获取模块，用于测量荧光淬灭传感器的敏感膜的温度特性，获得所述敏感膜的温度校正参数，并将其发送至信号处理模块；

工作参数获取模块，用于测量所述敏感膜工作时的实时温度数据，并将其发送至信号处理模块；

信号处理模块，用于根据所述温度校正参数以及实时温度数据，对所述敏感膜受激发出的荧光信号进行温度效应补偿。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

激发光源，用于对所述敏感膜进行照射，使其激发出荧光；

探测器，与所述校正参数获取模块以及所述信号处理模块均相连，用于采集所述敏感膜受激发出的荧光信号，并将其发送至校正参数获取模块以及信号处理模块。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述工作参数获取模块进一步包括：

温度传感器，与所述敏感膜以及信号处理模块相连，用于采集所述敏感膜工作时的实时温度数据，并将其发送至信号处理模块。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块进一步包括：

存储单元，用于接收并存储所述温度校正参数；

补偿单元，用于根据所述荧光信号、实时温度数据以及温度校正参数对所述探测器采集的荧光信号进行温度效应补偿。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

信号调理模块，连接于所述探测器与所述信号处理模块之间、所述探测器与所述校正参数获取模块之间、以及所述温度传感器与所述信号处理模块之间，用于对所述荧光信号以及实时温度数据进行滤波及放大处理。

6.如权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述温度传感器为热敏电阻。

7.一种基于荧光淬灭传感器的检测的温度效应补偿方法，其特征在于，该方法包括步骤：

S1.测量荧光淬灭传感器的敏感膜的温度特性，获得所述敏感膜的温度校正参数；

S2.测量所述敏感膜工作时的实时温度数据；

S3.根据所述温度校正参数以及实时温度数据，对所述敏感膜受激发出的荧光信号进行温度效应补偿。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S1进一步包括步骤：

S1.1将所述敏感膜置于温度可控的环境中；

S1.2测量记录所述敏感膜在至少两个不同温度下被激光照射所激发的荧光信号；

S1.3根据所述荧光信号拟合荧光强度随温度变化的校正曲线，得到温度校正参数。

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