CN111426401A - 光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置，包括屏蔽暗箱、可旋转光源装置、环形测试台、光源驱动器、电子学系统以及计算机系统，电子学系统与计算机系统连接，光源驱动器电连接到可旋转光源装置以驱动其发光。计算机系统控制光源驱动器的光源脉冲驱动、控制可旋转光源装置的转动以及接收光子计数测量值。环形测试台设置有多个测试工位；多个测试工位围绕可旋转光源装置均匀布置，可旋转光源装置具有多个光束出口，在旋转过程通过光束出口照射出光束到测试工位夹持的光子计数器的光电阴极面；计算机系统，被设置成根据多个测试工位的光子计数器在可旋转光源装置旋转过程中照射的光束而输出的光子计数测量值进行一致性检测。

Description

光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置与方法

技术领域

本发明涉及光子计数器技术领域，具体而言涉及一种光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置与方法。

背景技术

光子计数器是一种微弱光检测仪器，在化学发光、免疫检测等领域得到广泛应用。光子计数器一般由光电倍增管和后端电子学组件组成，其计数灵敏度是评价光子计数器最重要的指标，直接影响化学发光免疫分析仪等医疗检测仪器的准确性。由于目前生产工艺无法使每只光子计数器的计数灵敏度完全一致，个体之间的计数灵敏度离散较大，导致不同光子计数器对同样光强的光输出的光子数存在着一些偏差，因此需要对光子计数器计数灵敏度的一致性做出评价，以减少每台医疗仪器测试值的误差。

现有用于评价光子计数器计数灵敏度的测试装置主要是通过移动同一光纤至各光子计数器阴极面前，以保证各计数器阴极接收到的入射光光强一致，分别得出该计数器的计数灵敏度。该测试方案必须进行光源及标准管标定，对光源稳定性要求高，测试效率过低，无法实现批量测试。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置和方法，通过使用旋转光源和光分路器实现计数灵敏度一致性的测量，与传统标准光源测试法相比，本发明无须对光源进行预先标定，且对光源稳定性要求较低，通过本发明可准确评价出光子计数器的计数灵敏度一致性。

为实现上述目的，本发明所采用的的技术方案如下：

光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置，包括屏蔽暗箱、可旋转光源装置、环形测试台、光源驱动器、电子学系统以及计算机系统，电子学系统与计算机系统连接，光源驱动器电连接到可旋转光源装置以驱动其发光，其中：

屏蔽暗箱，被配置用于提供黑暗的测试环境，并屏蔽外界光照和电磁波干扰，所述可旋转光源装置、环形测试台和光源驱动器安装在屏蔽暗箱内部；所述计算机系统和电子学系统，设置在屏蔽暗箱外部，并通过线缆连接到屏蔽暗箱内，以控制光源驱动器的光源脉冲驱动、控制可旋转光源装置的转动以及接收光子计数测量值；

环形测试台，固定到在屏蔽暗箱底部，所述环形测试台上设置有多个测试工位，每个测试工位可夹持光子计数器并使其光电阴极面朝向环形测试台的中心，每个测试工位还配置有电源接口，用于电连接到屏蔽暗箱内的稳压电源，为每个测试工位上的光子计数器供电；

可旋转光源装置，设置在屏蔽暗箱的中心位置，所述多个测试工位围绕可旋转光源装置的周向均匀地布置，所述可旋转光源装置具有多个光束出口，以在旋转过程通过光束出口照射出光束到测试工位夹持的光子计数器的光电阴极面；

电子学系统，设置有示波器和Scaler插件，所述示波器用于指示光子计数器的信号状态，所述每个测试工位的光子计数器输出的信号输送到Scaler插件，用于测试灵敏度计数率；

所述计算机系统，被设置成根据多个测试工位的光子计数器在可旋转光源装置旋转过程中照射的光束而输出的光子计数测量值进行一致性检测。

进一步地，所述可旋转光源装置具有底座、步进电机、单色光源、积分球、光分路器以及旋转装置，所述旋转装置支撑在底座上，步进电机通过旋转轴驱动所述旋转装置转动；

所述光源安装在积分球的输入孔上，光分路器的总头与积分球的出光口相连接，从总头输入光后，按比例分配到光分路器的各输出分头，输入光变化时，各输出分头的输出光按同一比例变化；旋转装置在沿光源的旋转面等角度分布有出光孔，光分路器的输出分头分别固定在对应的出光孔中，使得光源发出的光最终照射到环形测试台的测试工位。

进一步地，所述光分路器为石英光纤光分路器，其各个输出分头输出的光强比例在0.9～1之间。

进一步地，所述光源为激光二极管单色光源，中心波长405nm，功率20mW。

进一步地，所述光源驱动器被设置脉冲信号频率为15kHz，脉冲宽度20ns，脉冲幅度2.1V。

进一步地，所述计算机系统控制可旋转光源装置转动，使每一出光孔依次切换到每一光子计数器的测试工位，并读取每次计数的灵敏度测量值A₁,A₂,…,A_n；其中出光孔的光强依次为X₁,X₂,…,X_n；

并且根据光强以及灵敏度测量值确定光子计数器在每一出光孔下测量的计数均值C₁,C₂,…,C_n。

进一步地，所述光子计数器在出光口下测得的计数均值由下述方式测得：

则，获得该批次测试的批光子计数器计数灵敏度比值为：

A₁∶A₂∶…∶A_n＝C₁∶C₂∶…∶C_n

则，获得该批次测试的光子计数器计数灵敏度一致性U_n为：

其中：

本发明的第二方面还提出一种光子计数器计数灵敏度一致性的测试方法，包括以下步骤：

步骤(1)、光源发出的入射光在积分球中混合均匀后，从积分球发出，通过光分路器照射到光子计数器阴极表面；

步骤(2)、通过计算机系统控制设置光源驱动参数，调节至待测状态；

步骤(3)、通过电子学系统读取光子计数器计数灵敏度测量值；

步骤(4)、通过计算机程序控制可旋转光源装置旋转，使每一出光孔依次切换到每一光子计数器的测试工位，并读取每次计数的灵敏度测量值A₁，A₂，…，A_n；其中出光孔的光强依次为X₁，X₂，…，X_n；

并且根据光强以及灵敏度测量值确定光子计数器在每一出光孔下测量的计数均值C₁，C₂，…，C_n。

与现有技术相比，本发明提出的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置和方法，通过使用旋转光源和光分路器实现计数灵敏度一致性的测量，与传统标准光源测试法相比，本发明无须对光源进行预先标定，且对光源稳定性要求较低，通过本发明公开的计算方法可准确评价出光子计数器的计数灵敏度一致性。

通过本发明的方法，可对光子计数器进行批量测试，在测试多批光子计数器时，可保留一只性能较好的光子计数器作为参考管，与下一批光子计数器一同测试，用于比较不同批光子计数器计数灵敏度一致性。对作为参考管的光子计数器不同批次测得的计数灵敏度测试值进行归一化，从而得到多批光子计数器计数灵敏度的一致性。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置的原理示意图。

图2本发明一个示例性的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置的结构示意图。

图3是图2实施例的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置的俯视图。

图4是图2实施例的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置的光源装置的示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1-4所示，本发明的示例性实施例的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置，包括屏蔽暗箱10、环形测试台20、可旋转光源装置30、光源驱动器、电子学系统以及计算机系统。电子学系统与计算机系统连接。光源驱动器电连接到可旋转光源装置以驱动其发光。

本发明的实施例中，光源采用激光二极管单色光源，中心波长405nm，功率20mW。

光源驱动器被设置脉冲信号频率为15kHz，脉冲宽度20ns，脉冲幅度2.1V。

屏蔽暗箱10，被配置用于提供黑暗的测试环境，并屏蔽外界光照和电磁波干扰。可旋转光源装置30、环形测试台20和光源驱动器安装在屏蔽暗箱内部。计算机系统和电子学系统，设置在屏蔽暗箱外部，并通过线缆连接到屏蔽暗箱内，以控制光源驱动器的光源脉冲驱动、控制可旋转光源装置的转动以及接收光子计数测量值。

可选地，屏蔽暗箱10内置稳压电源，用于光子计数器的供电。

屏蔽暗箱10的中心放置可旋转光源装置30，光子计数器50通过夹具40固定在环形测试台的测试工位上，测试工位环绕可旋转光源装置依次放置。夹具40尤其采用适配于光子计数器的环抱式结构。

环形测试台20，固定到在屏蔽暗箱底。环形测试台20上设置有多个测试工位，每个测试工位可夹持光子计数器并使其光电阴极面朝向环形测试台的中心.

如图2、3，每个测试工位还配置有电源接口60，用于电连接到屏蔽暗箱内的稳压电源，为每个测试工位上的光子计数器供电。

可旋转光源装置30，设置在屏蔽暗箱的中心位置。多个测试工位围绕可旋转光源装置的周向均匀地布置，可旋转光源装置具有多个光束出口，即出光口35，以在旋转过程通过光束出口照射出光束到测试工位夹持的光子计数器的光电阴极面。光电阴极面接收到光束照射后进行光电转换输出。

电子学系统，设置有示波器和Scaler插件。示波器用于指示光子计数器的信号状态，所述每个测试工位的光子计数器输出的信号输送到Scaler插件，用于测试灵敏度计数率。电子学系统获得的信号和计数率数值通过线缆传输到计算机系统。

计算机系统，优选采用工业计算机或者嵌入式系统，根据多个测试工位的光子计数器在可旋转光源装置在旋转过程中照射的光束而输出的光子计数测量值进行一致性检测。

结合图1和图4所示，可旋转光源装置30具有底座31、步进电机、单色光源、积分球、光分路器以及旋转装置，旋转装置支撑在底座31上，步进电机通过旋转轴驱动所述旋转装置转动。

如图1，光源安装在积分球的输入孔上，光分路器的总头与积分球的出光口相连接，从总头输入光后，按比例分配到光分路器的各输出分头34，输入光变化时，各输出分头的输出光按同一比例变化。

旋转装置在沿光源的旋转面等角度分布有出光孔35，光分路器的输出分头34分别固定在对应的出光孔中，使得光源发出的光最终照射到环形测试台的测试工位。

优选地，光分路器为石英光纤光分路器。如图4，积分球的输入孔连接单色光源，一分6路的石英光纤总头与积分球的出光口相连接，从总头输入光后，光按比例分配到6个输出分头，可旋转光源装置为六边形的可转动光纤夹具，六条边的中心分别有1个通孔用于插入一分6路光纤的输出分头，6个输出分头分别插入6个光纤通孔中，各输出分头输出的光强比例在0.9～1之间。

环形测试台对应地包括6个测试工位，用于放置被测光子计数器，每个固定工位设置5V/12V可调稳压电源接口、BNC信号输出接口和一个可更换样品的夹具。6个光子计数器的阴极面分别正对可旋转光源装置上的6个出光口，可一次测试6个光子计数器的计数灵敏度一致性。

在测试过程中，计算机系统通过设置光源驱动器的参数改变光强，控制可旋转光源装置转动到指定测试工位，控制并配置电子学系统测试。具体地，通过计算机系统控制可旋转光源装置转动，使每一出光孔依次切换到每一光子计数器的测试工位，并读取每次计数的灵敏度测量值A₁，A₂，…，A_n；其中出光孔的光强依次为X₁，X₂，…，X_n；

并且根据光强以及灵敏度测量值确定光子计数器在每一出光孔下测量的计数均值C₁，C₂，…，C_n。

其中，计算机软件采集Scaler插件测试数据，实时在线展示数据并将测试数据分析出测试结果，使得测试员可以实时掌握测试情况，可以及时调整光子计数器的测试状态，保证测试的准确性和安全性。

结合图1、2，具体的测试过程包括：

步骤(1)、光源发出的入射光在积分球中混合均匀后，从积分球发出，通过光分路器照射到光子计数器阴极表面；

步骤(2)、通过计算机系统控制设置光源驱动参数，调节至待测状态；

步骤(3)、通过电子学系统读取光子计数器计数灵敏度测量值；

步骤(4)、通过计算机程序控制可旋转光源装置旋转，使每一出光孔依次切换到每一光子计数器的测试工位，并读取每次计数的灵敏度测量值A₁，A₂，…，A_n；其中出光孔的光强依次为X₁，X₂，…，X_n；

并且根据光强以及灵敏度测量值确定光子计数器在每一出光孔下测量的计数均值C₁，C₂，…，C_n。

其中，优选地，光子计数器在出光口下测得的计数均值由下述方式测得：

则，获得该批次测试的批光子计数器计数灵敏度比值为：

A₁∶A₂∶…∶A_n＝C₁∶C₂∶…∶C_n

则，获得该批次测试的光子计数器计数灵敏度一致性U_n为：

其中：

如此，在测试多批光子计数器时，可保留一只性能较好的光子计数器作为参考管，与下一批光子计数器一同测试，用于比较不同批光子计数器计数灵敏度一致性。对作为参考管的光子计数器不同批次测得的计数灵敏度测试值进行归一化，从而得到多批光子计数器计数灵敏度的一致性。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置，其特征在于，包括屏蔽暗箱、可旋转光源装置、环形测试台、光源驱动器、电子学系统以及计算机系统，电子学系统与计算机系统连接，光源驱动器电连接到可旋转光源装置以驱动其发光，其中：

屏蔽暗箱，被配置用于提供黑暗的测试环境，并屏蔽外界光照和电磁波干扰，所述可旋转光源装置、环形测试台和光源驱动器安装在屏蔽暗箱内部；所述计算机系统和电子学系统，设置在屏蔽暗箱外部，并通过线缆连接到屏蔽暗箱内，以控制光源驱动器的光源脉冲驱动、控制可旋转光源装置的转动以及接收光子计数测量值；

环形测试台，固定在屏蔽暗箱底部，所述环形测试台上设置有多个测试工位，每个测试工位可夹持光子计数器并使其光电阴极面朝向环形测试台的中心，每个测试工位还配置有电源接口，用于电连接到屏蔽暗箱内的稳压电源，为每个测试工位上的光子计数器供电；

可旋转光源装置，设置在屏蔽暗箱的中心位置，所述多个测试工位围绕可旋转光源装置的周向均匀地布置，所述可旋转光源装置具有多个光束出口，以在旋转过程通过光束出口照射出光束到测试工位夹持的光子计数器的光电阴极面；

电子学系统，设置有示波器和Scaler插件，所述示波器用于指示光子计数器的信号状态，所述每个测试工位的光子计数器输出的信号输送到Scaler插件，用于测试灵敏度计数率；

所述计算机系统，被设置成根据多个测试工位的光子计数器，在可旋转光源装置旋转过程中照射的光束而输出的光子计数测量值进行一致性检测。

2.根据权利要求1所述的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置，其特征在于，所述可旋转光源装置具有底座、步进电机、单色光源、积分球、光分路器以及旋转装置，所述旋转装置支撑在底座上，步进电机通过旋转轴驱动所述旋转装置转动；

所述光源安装在积分球的输入孔上，光分路器的总头与积分球的出光口相连接，从总头输入光后，按比例分配到光分路器的各输出分头，输入光变化时，各输出分头的输出光按同一比例变化；旋转装置在沿光源的旋转面等角度分布有出光孔，光分路器的输出分头分别固定在对应的出光孔中，使得光源发出的光最终照射到环形测试台的测试工位。

3.根据权利要求2所述的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置，其特征在于，所述光分路器为石英光纤光分路器，其各个输出分头输出的光强比例在0.9～1之间。

4.根据权利要求1所述的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置，其特征在于，所述光源为激光二极管单色光源，中心波长405nm，功率20mW。

5.根据权利要求4所述的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置，其特征在于，所述光源驱动器被设置脉冲信号频率为15kHz，脉冲宽度20ns，脉冲幅度2.1V。

6.根据权利要求1所述的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置，其特征在于，所述计算机系统控制可旋转光源装置转动，使每一出光孔依次切换到每一光子计数器的测试工位，并读取每次计数的灵敏度测量值A₁,A₂,…,A_n；其中出光孔的光强依次为X₁,X₂,…,X_n；

并且根据光强以及灵敏度测量值确定光子计数器在每一出光孔下测量的计数均值C₁,C₂,…,C_n。

7.根据权利要求6所述的光子计数器计数灵敏度一致性的测试装置，其特征在于，所述光子计数器在出光口下测得的计数均值由下述方式测得：

则，获得该批次测试的批光子计数器计数灵敏度比值为：

A₁:A₂:…：A_n＝C₁:C₂:…：C_n

则，获得该批次测试的光子计数器计数灵敏度一致性U_n为：

其中：

8.根据权利要求1-7中任意一项测试装置的光子计数器计数灵敏度一致性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)、光源发出的入射光在积分球中混合均匀后，从积分球发出，通过光分路器照射到光子计数器阴极表面；

步骤(2)、通过计算机系统控制设置光源驱动参数，调节至待测状态；

步骤(3)、通过电子学系统读取光子计数器计数灵敏度测量值；

步骤(4)、通过计算机程序控制可旋转光源装置旋转，使每一出光孔依次切换到每一光子计数器的测试工位，并读取每次计数的灵敏度测量值A₁,A₂,…,A_n；其中出光孔的光强依次为X₁,X₂,…,X_n；

并且根据光强以及灵敏度测量值确定光子计数器在每一出光孔下测量的计数均值C₁,C₂,…,C_n。

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