CN110567875A - 一种光电检测模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电检测领域，且公开了一种光电检测模块，包括光源接收端端盖、主体结构件和光源发射端端盖，光源接收端端盖、主体结构件和光源发射端端盖均为矩形的方块，光源接收端端盖的四角位置开设有螺丝固定孔，主体结构件和光源发射端端盖的四角位置均开设有中间固定孔，光源接收端端盖、主体结构件和光源发射端端盖通过螺丝贯穿中间固定孔和螺丝固定孔相互连接，主体结构件在中间位置，光源接收端端盖。本发明中，在端盖外表面打出合适的通孔以便于引出光电二极管的引脚。随后，同样为了保证密闭性和透光性，也要在内表面的凹槽上放置石英晶片，本发明应用灵活，可根据实际需求调整光程长度。
Description
技术领域
本发明涉及光电检测领域，尤其涉及一种光电检测模块。
背景技术
水质检测仪器是用于检测水体中不同物质浓度的化学分析仪器，主要测量参数包括总磷、总氮、总汞，以及包括海水中的营养盐，如磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐和铵盐等在内的各种物质。
流动注射分析：是1974年提出的一种新型的连续流动分析技术。这种技术是把一定体积的试样溶液注入到一个流动着的、非空气间隔的试剂溶液(或水)载流中，被注入的试样溶液流入反应盘管，形成一个区域，并与载流中的试剂混合、反应，再进入到流通检测器进行测定分析。这种方法目前主要应用在土壤样品分析、药物研究、血液分析和水质检测等领域。
对不同的物质采用不同的测量方法，比较常见的测量方法包括分光光度计法、荧光法、电极法等。目前市场上已有的光电检测在使用时气泡会对测量数据产生影响。为此，我们提出一种光电检测模块。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种光电检测模块。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种光电检测模块，包括光源接收端端盖、主体结构件和光源发射端端盖，所述光源接收端端盖、主体结构件和光源发射端端盖均为矩形的方块，所述光源接收端端盖的四角位置开设有螺丝固定孔，所述主体结构件和光源发射端端盖的四角位置均开设有中间固定孔，光源接收端端盖、主体结构件和光源发射端端盖通过螺丝贯穿中间固定孔和螺丝固定孔相互连接，主体结构件在中间位置，所述光源接收端端盖的中间位置开设有光电二级管引脚引出孔，所述主体结构件的顶端位置垂直开设有进液孔，所述主体结构件的正面中间位置开设有圆形凹槽，所述圆形凹槽为圆形槽，所述圆形凹槽的中间位置开设有环形凹槽，所述环形凹槽的中间位置开设有中心通孔，所述光源发射端端盖的中间位置开设有石英晶片放置凹槽，且石英晶片放置凹槽贯穿主体结构件，所述石英晶片放置凹槽为圆形的槽，所述石英晶片放置凹槽的中间位置开设有发光二极管发射光线通孔，所述发光二极管发射光线通孔贯穿光源发射端端盖。
一种光电检测模块的流动注射测试方法，包括以下步骤：
1)、将管路部分与进液孔、出液孔之间使用管接头连接固定；
2)、将反应液从进液孔添加到进液斜孔；
3)、等待反应液充满中心通孔；
4)、在中心通孔处利用发光二极管和光电二极管进行照射；
5)、使用分光光度计法进行浓度的测量；
6)、单色光通过一均匀溶液；
7)、通过溶液对单色光的吸收度与溶液浓度光程的乘积计算检测结果。
分光光度计法依据的是朗伯-比尔定律，即：A＝a*b*c，其中：A：溶液对光的吸收程度，a：吸收系数(L/(mole*m))，表征吸光物质的灵敏度。a值越大，灵敏度越高，b：光程(m)，c：浓度(mole/L)。
所述中心通孔处利用发光二极管和光电二极管进行照射时，反应液是持续流动的。
作为优选，所述主体结构件的底端垂直开设有出液孔，出液孔的形状大小与进液孔一致，所述主体结构件的内部开设有进液斜孔，所述进液斜孔为倾斜的孔，进液斜孔的下端与中心通孔连通。
作为优选，所述进液斜孔的下端设置有出液斜孔且出液斜孔与进液斜孔相互平行，出液斜孔开设在主体结构件的内部，出液斜孔的上端与中心通孔连通。
作为优选，所述端盖接触主结构件的内表面雕刻一个凸起圆环，凸起的圆环正好可以嵌在主体结构件的圆形凹槽，在凸起圆环的凹槽上放置石英晶片，通过石英晶片挤压密封圈的方式保证了通孔的水密性和气密性，同时石英晶片又具有良好的透光特性。为了光线能顺利地从发射端到达接收端，在发射端端盖外表面，以通孔为中心，雕刻出符合发光二极管形状的凹槽，可以将发光二极管直接嵌入到发射端端盖内部。
作为优选，所述光源接收端端盖的内表面也雕刻一个凸起圆环，与发射端端盖外表面雕刻凹槽不同的是，接收端端盖是在内表面圆环的中心位置，根据光电二极管的形状雕刻一个凹槽，用于将光电二极管嵌入在端盖内，并在端盖外表面打出合适的通孔以便于引出光电二极管的引脚。随后，同样为了保证密闭性和透光性，也要在内表面的凹槽上放置石英晶片。
有益效果
本发明提供了一种光电检测模块。具备以下有益效果：
(1)、该光电检测模块，在光源接收端端盖的内表面也雕刻一个凸起圆环，与发射端端盖外表面雕刻凹槽不同的是，接收端端盖是在内表面圆环的中心位置，根据光电二极管的形状雕刻一个凹槽，用于将光电二极管嵌入在端盖内，并在端盖外表面打出合适的通孔以便于引出光电二极管的引脚。随后，同样为了保证密闭性和透光性，也要在内表面的凹槽上放置石英晶片，本发明应用灵活，可根据实际需求调整光程长度。
(2)、该光电检测模块，在应用流动注射法时，反应液是持续流动的，本发明中主体结构件的中心通孔采用类似管路的设计，可根据实际要求设计中心通孔的长度和直径，可以使流动的反应液始终充满其内部，满足朗伯-比尔定律中对均匀溶液的要求，从而使得本发明结构简单，容易加工，降低生产成本。
(3)、该光电检测模块，海水是连续的从仪器管路流入，在进行了化学试剂注入、加热促进化学反应后，反应液进入光电检测模块，由于主体结构件的中心通孔直径仅有几毫米，反应液可快速充满整个通孔进行测量。从采样开始，进行化学反应，到最后的测量，整个过程的用时很短并且各步骤都是持续运行。所以应用本发明能够使设备具有剖面测量的能力，所以本发明与流动注射法配合情况下，可有效减少气泡对测量的影响。
附图说明
图1为本发明整体示意图；
图2为本发明主体结构部件正面图；
图3为本发明主体结构部件侧面剖视图；
图4为本发明光源发射端端盖外表视图；
图5为本发明光源接收端端盖外表视图；
图6为本发明检测电路原理图。
图例说明：
1光源接收端端盖、2光电二级管引脚引出孔、3螺丝固定孔、4主体结构件、5进液孔、6圆形凹槽、7环形凹槽、8中心通孔、9光源发射端端盖、10石英晶片放置凹槽、11发光二极管发射光线通孔、12中间固定孔、13出液孔、14进液斜孔、15出液斜孔。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：一种光电检测模块，如图1-图6所示，包括光源接收端端盖1、主体结构件4和光源发射端端盖9，所述光源接收端端盖1、主体结构件4和光源发射端端盖9均为矩形的方块，所述光源接收端端盖1的四角位置开设有螺丝固定孔3，所述主体结构件4和光源发射端端盖9的四角位置均开设有中间固定孔12，光源接收端端盖1、主体结构件4和光源发射端端盖9通过螺丝贯穿中间固定孔12和螺丝固定孔3相互连接，主体结构件4在中间位置，所述光源接收端端盖1的中间位置开设有光电二级管引脚引出孔2，所述主体结构件4的顶端位置垂直开设有进液孔5，所述主体结构件4的正面中间位置开设有圆形凹槽6，所述圆形凹槽6为圆形槽，所述圆形凹槽6的中间位置开设有环形凹槽7，所述环形凹槽7的中间位置开设有中心通孔8，所述光源发射端端盖9的中间位置开设有石英晶片放置凹槽10，且石英晶片放置凹槽10贯穿主体结构件4，所述石英晶片放置凹槽10为圆形的槽，所述石英晶片放置凹槽10的中间位置开设有发光二极管发射光线通孔11，所述发光二极管发射光线通孔11贯穿光源发射端端盖9。
所述主体结构件4的底端垂直开设有出液孔13，出液孔13的形状大小与进液孔5一致，所述主体结构件4的内部开设有进液斜孔14，所述进液斜孔14为倾斜的孔，进液斜孔14的下端与中心通孔8连通，所述进液斜孔14的下端设置有出液斜孔15且出液斜孔15与进液斜孔14相互平行，出液斜孔15开设在主体结构件4的内部，出液斜孔15的上端与中心通孔8连通。
模块的中间是主体结构件4，主要作用是在光电检测的光路上填充被测液体。其中心位置有一个通孔，将正反两面连通，为了保证通孔两端的液体不会泄露，主体结构件4正反两面向内雕刻以通孔为圆心的圆形凹槽6，在此基础上再雕刻一个以通孔为圆心的环形凹槽7，将密封圈放置在环形凹槽7内，为了让液体能够从通孔一端流入，另一端流出，所以在结构件侧面通过斜孔连通到中心通孔8的两端，利用管接头可以将水路与模块的进液孔5和出液孔13连接在一起。
因为光线是沿直线传播的，所以在光源发射端端盖9与主体结构件1中心通孔8的位置也打通孔。为了保证主结构件4中心通孔8的水密性和气密性同时保证光路的通畅，以端盖通孔为圆心，在端盖接触主结构件的内表面雕刻一个凸起圆环，凸起的圆环正好可以嵌在主体结构件4的圆形凹槽6，在凸起圆环的凹槽上放置石英晶片，通过石英晶片挤压密封圈的方式保证了通孔的水密性和气密性，同时石英晶片又具有良好的透光特性。为了光线能顺利地从发射端到达接收端，在发射端端盖外表面，以通孔为中心，雕刻出符合发光二极管形状的凹槽，可以将发光二极管直接嵌入到发射端端盖内部。
同理，在光源接收端端盖1的内表面也雕刻一个凸起圆环，与发射端端盖外表面雕刻凹槽不同的是，接收端端盖是在内表面圆环的中心位置，根据光电二极管的形状雕刻一个凹槽，用于将光电二极管嵌入在端盖内，并在端盖外表面打出合适的通孔以便于引出光电二极管的引脚。随后，同样为了保证密闭性和透光性，也要在内表面的凹槽上放置石英晶片。
在流动注射法中，没有专门的模块用于定量试样和试剂，也没有用于化学反应的专门模块，所以减少了仪器液路部分占用空间的情况。试样和试剂在管路中持续流动，根据化学反应的需要，试剂在特定时间点注入到试样中，所以化学反应也会在流动中进行，正是因为整个液路始终处于流动的状态，所以即使反应液中有气泡析出也会随着反应液的流动从排液口排除，不会在光电检测模块内部积累，从而影响检测数据准确性。
为了解决本发明提出的另一个问题，我们提出一种光电检测模块的流动注射测试方法，包括以下步骤：
1)、将管路部分与进液孔、出液孔之间使用管接头连接固定；
2)、将反应液从进液孔添加到进液斜孔；
3)、等待反应液充满中心通孔；
4)、在中心通孔处利用发光二极管和光电二极管进行照射；
5)、使用分光光度计法进行浓度的测量；
6)、单色光通过一均匀溶液；
7)、通过溶液对单色光的吸收度与溶液浓度光程的乘积计算检测结果。
所述分光光度计法依据的是朗伯-比尔定律，即：A＝a*b*c，其中：A：溶液对光的吸收程度，a：吸收系数(L/(mole*m))，表征吸光物质的灵敏度。a值越大，灵敏度越高，b：光程(m)，c：浓度(mole/L)。
所述中心通孔处利用发光二极管和光电二极管进行照射时，反应液是持续流动的
在应用流动注射法时，反应液是持续流动的，本发明中主体结构件的中心通孔8采用类似管路的设计，可根据实际要求设计中心通孔的长度和直径，可以使流动的反应液始终充满其内部，满足朗伯-比尔定律中对均匀溶液的要求
因为本发明是专门为了配合流动注射法而设计，与间歇式采样不同，海水是连续的从仪器管路流入，在进行了化学试剂注入、加热促进化学反应后，反应液进入光电检测模块，由于主体结构件的中心通孔直径仅有几毫米，反应液可快速充满整个通孔进行测量。从采样开始，进行化学反应，到最后的测量，整个过程的用时很短并且各步骤都是持续运行。所以应用本发明能够使设备具有剖面测量的能力。
液路中的气泡会对仪器的信号采样值产生影响，其主要原因是由于气泡的突发性和不规律性，而且由于气泡会在水路中存留，使得后期的信号缺乏行之有效的处理方法。
海水中溶解的气体在流经模块内部时，会不断的与孔壁进行接触，在通孔内壁比较光滑的地方，气体会保持一种连续运动的形式，进行持续运动。而在通孔内壁有小的毛刺或者拐角的地方，气泡就会有很大的概率附着在毛刺或拐角处，随着附着气体的增加，微小的气泡就有可能堵塞通孔影响光电测量。
本发明中，对模块内部通孔的棱角进行处理，尽量减少气泡在孔的附着点，保证气泡能在模块内部顺利排出。此外，孔的设计也保证能够快速检查和处理棱角边缘的毛刺。
本发明在设计之初就考虑了电路的安装布局，由于检测电路主要的功能是放大光电二极管的信号和进行模数转换，在设计上并不复杂，所以本发明直接将检测电路放在光源接收端端盖的外表面，光电二极管信号输出引脚可以直接接在电路板上，省去了中间的接线过程，同时又能够降低噪声对信号的干扰。
以本发明的电路原理图为例，光电二极管D1将检测到的光信号转换为电流信号，经过U1A转换为电压信号，电压信号通过U1B放大，放大后输入到U2进行模数转换，最后通过数字通信接口将数字信号传输给处理器。
本发明的工作原理：在流动注射法中，没有专门的模块用于定量试样和试剂，也没有用于化学反应的专门模块，所以减少了仪器液路部分占用空间的情况。试样和试剂在管路中持续流动，根据化学反应的需要，试剂在特定时间点注入到试样中，所以化学反应也会在流动中进行，正是因为整个液路始终处于流动的状态，所以即使反应液中有气泡析出也会随着反应液的流动从排液口排除，不会在光电检测模块内部积累，从而影响检测数据准确性。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种光电检测模块，包括光源接收端端盖(1)、主体结构件(4)和光源发射端端盖(9)，其特征在于：所述光源接收端端盖(1)、主体结构件(4)和光源发射端端盖(9)均为矩形的方块，所述光源接收端端盖(1)的四角位置开设有螺丝固定孔(3)，所述主体结构件(4)和光源发射端端盖(9)的四角位置均开设有中间固定孔(12)，主体结构件(4)在中间位置，所述光源接收端端盖(1)的中间位置开设有光电二级管引脚引出孔(2)，所述主体结构件(4)的顶端位置垂直开设有进液孔(5)，所述光源发射端端盖(9)的中间位置开设有石英晶片放置凹槽(10)，且石英晶片放置凹槽(10)贯穿主体结构件(4)，所述石英晶片放置凹槽(10)为圆形的槽；
所述主体结构件(4)的底端垂直开设有出液孔(13)，出液孔(13)的形状大小与进液孔(5)一致，所述主体结构件(4)的内部开设有进液斜孔(14)，所述进液斜孔(14)的下端设置有出液斜孔(15)。
2.根据权利要求1所述的一种光电检测模块，其特征在于：所述光源接收端端盖(1)、主体结构件(4)和光源发射端端盖(9)通过螺丝贯穿中间固定孔(12)和螺丝固定孔(3)相互连接。
3.根据权利要求1所述的一种光电检测模块，其特征在于：所述主体结构件(4)的正面中间位置开设有圆形凹槽(6)，所述圆形凹槽(6)为圆形槽，所述圆形凹槽(6)的中间位置开设有环形凹槽(7)，所述环形凹槽(7)的中间位置开设有中心通孔(8)。
4.根据权利要求1所述的一种光电检测模块，其特征在于：所述石英晶片放置凹槽(10)的中间位置开设有发光二极管发射光线通孔(11)，所述发光二极管发射光线通孔(11)贯穿光源发射端端盖(9)。
5.根据权利要求1所述的一种光电检测模块，其特征在于：所述进液斜孔(14)为倾斜的孔，进液斜孔(14)的下端与中心通孔(8)连通。
6.根据权利要求1所述的一种光电检测模块，其特征在于：所述出液斜孔(15)与进液斜孔(14)相互平行，出液斜孔(15)开设在主体结构件(4)的内部，出液斜孔(15)的上端与中心通孔(8)连通。
7.一种光电检测模块的流动注射测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、将管路部分与进液孔、出液孔之间使用管接头连接固定；
2)、将反应液从进液孔添加到进液斜孔；
3)、等待反应液充满中心通孔；
4)、在中心通孔处利用发光二极管和光电二极管进行照射；
5)、使用分光光度计法进行浓度的测量；
6)、单色光通过一均匀溶液；
7)、通过溶液对单色光的吸收度与溶液浓度光程的乘积计算检测结果。
8.根据权利要求7所述的一种光电检测模块的测量方法，其特征在于：所述分光光度计法依据的是朗伯-比尔定律，即：A＝a*b*c，其中：A：溶液对光的吸收程度，a：吸收系数(L/(mole*m))，表征吸光物质的灵敏度，a值越大，灵敏度越高，b：光程(m)，c：浓度(mole/L)。
9.根据权利要求7所述的一种光电检测模块的测量方法，其特征在于：所述中心通孔处利用发光二极管和光电二极管进行照射时，反应液是持续流动的。
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