CN202562843U - 适用于开放式环境的酶标仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种适用于开放式环境的酶标仪，包括沿光路顺次分布的复色光光源、第一透镜组、滤光单元、光纤传光束、第二透镜组和光束接收检测单元，所述第二透镜组和光束接收检测单元间放置所要检测的酶标板，还包括位于所述复色光光源和第一透镜组之间的光学调制盘，所述光学调制盘由一电机驱动并绕自身轴线旋转，沿所述光学调制盘圆周均匀环布多个供光束穿过的透光孔。本实用新型可抑制光源波动和背景光造成的干扰，同时对信号进行空间滤波、抑制噪声和外部电磁波的干扰。对比现有酶标仪，本实用新型可以在开放式环境下工作，灵敏度更高，误差小，且可作为移动模块应用于其它工作和仪器中。

Description

适用于开放式环境的酶标仪

技术领域

本实用新型涉及光学仪器，尤其涉及一种适用于开放式环境的酶标仪。

背景技术

酶标仪广泛地应用在医院临床检验、免疫病理检测、寄生虫病诊断、内分泌障碍测定、血液病诊断、动植物生理学和病理研究等领域。酶标仪测定的原理是将光源发出的光波经过滤光片变成单色光透过待测样本。该单色光一部分被待测样本吸收，另一部分则透过待测样本照射到光电检测器上，光电检测器将接收到的光信号转换成相应的电信号送入微处理器进行数据处理和计算，以此检测被测物的吸光值。

现有的酶标仪对避光的要求很高，仪器需要在全封闭的环境下工作。首先因为酶标仪所使用的光电探测器为硅光电池，这是一种对光强灵敏度非常高的器件，通常可达到0.2A/W的光强灵敏度(其中0.2A为光电池输出电流，W为1瓦的光功率)。其次照射到待测样本的光为单色光，单色光是从白光中分离出来的波长非常窄(10nm左右)的光，因此光强相比白光大幅度减弱，大约只有不足1％，而透过待测样本之后，由于部分光被待测样本吸收，透过的光将更加微弱。为此电路上必须将微弱的光电流大幅度放大，通常会放大到10M倍以上。也就意味着，只要有微弱的光强都会被光电池检测到，并且被放大。对于现有酶标仪，检测的光电流是不加选择的，也就是说所有进入光电池的光都将被放大后作为信号输出。所以如果不对仪器进行严格的避光处理，来自外界的白光甚至会淹没透过待测样本的单色光，对试验造成严重影响，使试验结果产生大范围误差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于开放式环境的酶标仪，克服现有技术中存在的上述技术问题。

本实用新型采用以下技术方案：

一种适用于开放式环境的酶标仪，包括沿光路顺次分布的复色光光源、第一透镜组、滤光单元、光纤传光束、第二透镜组和光束接收检测单元，所述第二透镜组和光束接收检测单元间放置所要检测的酶标板，还包括位于所述复色光光源和第一透镜组之间的光学调制盘，所述光学调制盘由一电机驱动并绕自身轴线旋转，沿所述光学调制盘圆周均匀环布多个供光束穿过的透光孔。

进一步地，相邻所述透光孔之间的间距为单个所述透光孔的直径的两倍。

进一步地，所述光学调制盘由遮光材料制成。

进一步地，所述电机为无刷电机。

进一步地，所述复色光光源的出射口设有光阑。

进一步地，所述滤光单元包括可转动的滤光片轮以及安装在滤光片轮上的至少一个长波滤光片和至少一个短波滤光片。

进一步地，所述滤光片轮由一步进电机驱动绕自身轴线旋转。

进一步地，所述光纤传光束为一分九的光纤束。

进一步地，所述光束接收检测单元包括光比色单元、光电探测器以及信号处理控制单元。

进一步地，所述光电探测器与信号处理控制单元间设有解调电路和检波电路。

通过以上技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

本实用新型通过光学调制盘的设置实现光学调制功能，将恒定的光辐射通量变成周期性重复的光辐射通量，使光束携带固定的频率信息，从而具有与背景光不同的特征，便可以轻松获取真实有用的信号，如此可以抑制光源波动和背景光造成的干扰，同时对信号进行空间滤波，也可以抑制噪声和外部电磁波的干扰。对比现有酶标仪，本实用新型可以在开放式环境下工作，灵敏度更高，误差小，且可作为移动模块应用于其它工作和仪器中。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2a为经光学调制的光束转换输出后的电流波形图

图2b为未采取避光措施造成的杂散光转换输出后的电流波形图；

图2c为经光学调制后的光束和杂散光叠加在一起转换输出后的电流波形图；

图2d为选频电路只选择1khz频率信号时转换输出后的电流波形图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

本实用新型一种适用于开放式环境的酶标仪，包括沿光路顺次分布的复色光光源1、第一透镜组3、滤光单元、光纤传光束5、第二透镜组6和光束接收检测单元，第二透镜组和光束接收检测单元间放置所要检测的酶标板，还包括位于复色光光源1和第一透镜组3之间的光学调制盘2，光学调制盘2由一电机驱动并绕自身轴线旋转，沿光学调制盘圆周均匀环布多个供光束穿过的透光孔21。酶标仪的基本原理是光源发出的复色光透过滤光单元进行波长选择，经选择后形成的单色光会聚到一分多的光纤传光束的大端，单色光分束后经过所要检测的酶标板传递到光束接收检测单元进行比色、信号处理和计算，最后得出吸光度值。本实用新型在复色光光源和滤光单元之间设置了高速转动的光学调制盘，光学调制盘上均匀设有透光孔，光束以设定好的频率穿过透光孔的往复过程中将恒定的光辐射通量变成周期性重复的光辐射通量，使光束携带固定的频率信息，到光束接收检测单元时只需将上述固定频率以外的频率滤除，便可以轻松获取真实有用的信号，从而实现酶标仪于开放式环境下工作的目的。

该复色光光源1为医用卤素灯，寿命达2000小时，光谱覆盖310～2000nm，用于产生复色光。医用卤素灯上设散热铜套12，对光源进行有效散热的同时还能遮蔽杂散光，减少杂散光对整个系统的干扰。散热铜套12上安装散热风道13及散热风扇14，进一步有效散热。散热铜套12上在复色光光源的出射口处设光阑8，复色光经光阑8进行能量匹配，该能量匹配指该光阑将强光束中的一部分光遮挡，光阑的设置使光源更接近理想中的点光源。

透过光阑的光束继而通过光学调制盘2进行光学调制。光学调制盘是一种机电方式的光强度调制器，光学调制盘2由遮光材料制成，光学调制盘上均匀环布多个供光束穿过的透光孔21，相邻透光孔之间的间距为单个透光孔的直径的两倍。通过无刷电机7驱动光学调制盘2绕自身轴线旋转，旋转时，光束以设定好的频率穿过透光孔的往复过程中将恒定的光辐射通量变成周期性重复的光辐射通量。后序程序中光束接收检测单元接收到的即是被光学调制后的周期性光强度信号。信号的频率f由调制盘的转速n及孔数N决定：考虑到酶标仪接收的待检测信号接近直流特性，并不需要采用过高的频率，因此频率f选择1khz，可推算转速n＝300rpm时孔数N＝20。

经过光学调制的光束接着透过第一透镜组3，第一透镜组3将发散光变为平行光，从而使光束完整通过后续的滤光单元来获取更为纯净的单色光。滤光单元包括滤光片轮4，滤光片轮4由步进电机9驱动使其可绕自身轴线旋转，本实施例滤光片轮上开设八个安装孔41，安装孔内装设滤光片，滤光片包括多个长波滤光片和多个短波滤光片，该滤光片的数量根据需要选择的波长数来确定。当需要某个波长时，通过步进电机9驱动滤光片轮4旋转将相应的滤光片切换到光路中即可。

经波长选择后的单色光会聚到一分九的光纤传光束5的大端。现有的酶标仪一般采用一分八的光纤传光束，本实用新型设计第9路参比通道是为了对其它8路信号进行温度漂移补偿。经实验数据得知，酶标仪温漂的主要因素为光电探测器11即硅光电池的温度漂移。为了防止硅光电池温度漂移，可对硅光电池进行温控，但这样的话将会大大增加系统的复杂程度及功耗。另外一种方法是实时记录硅光电池的温度漂移电流来实时补偿硅光电池的电流输出。具体实施方式如下：第9通道和其它8路通道的光路、电路完全相同，唯一不同就是第9路通道的光不通过待测样本，而仅仅通过空气。第9通道采集定标时的值v0作为零点值，并永久性保持。当温度引起漂移时，各个通道，包括第9通道将会有相同的漂移值即vt-v0，各个通道可实时通过精密减法器减去vt-v0，从而最大限度的降低零点漂移，并且不对任何操作产生影响，即使在测量吸光度的过程中。第9通道起到了这样的作用，它的作用并不是检测样本，而是实时将自己的变化情况补偿给其它8个通道，使8个通道的值不受温度变化影响，始终输出真实的信号电流值。同时因9个通道的光源是同一个，光源变大或变小都是同步进行，所以第9通道除了对温漂起补偿作用外，还可以对光源的漂动也起着补偿作用。

单色光分束后进入第二透镜组6，第二透镜组6将光纤传光束造成的发散光变为汇聚光，以便后续的光束接收检测单元接收。第二透镜组实际有9组，为9个通道汇聚光线。光束接收检测单元为现有技术，在此仅作简要描述。光束接收检测单元包括光比色单元10、光电探测器11以及控制和信号处理单元。本实施例中光比色单元即酶标板，光电探测器即硅光电池，单色光分束后传递到光比色单元10各通道进行比色，经过光比色单元中的比色溶液吸收后的单色光由光电探测器11转化为电信号，这个电信号传递到信号处理控制单元进行信号处理和计算，以得出吸光度值。本实用新型在光电探测器与信号处理控制单元间加设了解调电路和检波电路。解调和检波电路，将光学调制后的交流信号还原为可供普通低速AD采集的滞留信号，并进行合适的滤波。由于前级为交流信号，因此也省去了各级放大电路之间的调零操作，大大简化了生产的流程，增强了产品出厂的一致性。

下面结合试验电流波形图对光学调制的作用做进一步解释，图2a为经光学调制的光束被光电探测器11转换输出后的电流波形图；图2b为未采取避光措施造成的杂散光转换输出后的电流波形图；图2c为经光学调制的光束和杂散光叠加在一起转换输出后的电流波形图；所以当选频电路只选择1khz频率信号时，即可以重新得到调制后的光信号，电流波形图如图2d所示。这里仅列举了直流的杂散光，实际当中还有其它频率成分的各种光噪声和电噪声，但是只要将除1khz以外的所有频率滤除，便可以轻松获取真实有用的信号。总之，光学调制盘最基本的作用是把恒定的光辐射通量变成周期性重复的光辐射通量，以提高探测系统的性能，应用到本实用新型中，起到抑制光源波动和探测系统内部电子噪声的影响；对信号进行空间滤波，抑制目标的背景噪声等作用。

以上对本实用新型实施例所提供的一种适用于开放式环境的酶标仪进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制，凡依本实用新型设计思想所做的任何改变都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于开放式环境的酶标仪，包括沿光路顺次分布的复色光光源(1)、第一透镜组(3)、滤光单元、光纤传光束(5)、第二透镜组(6)和光束接收检测单元，所述第二透镜组和光束接收检测单元间放置所要检测的酶标板，其特征在于，还包括位于所述复色光光源(1)和第一透镜组(3)之间的光学调制盘(2)，所述光学调制盘(2)由一电机驱动并绕自身轴线旋转，沿所述光学调制盘圆周均匀环布多个供光束穿过的透光孔(21)。

2.根据权利要求1所述的适用于开放式环境的酶标仪，其特征在于，相邻所述透光孔之间的间距为单个所述透光孔的直径的两倍。

3.根据权利要求1所述的适用于开放式环境的酶标仪，其特征在于，所述光学调制盘(2)由遮光材料制成。

4.根据权利要求1所述的适用于开放式环境的酶标仪，其特征在于，所述电机为无刷电机(7)。

5.根据权利要求1所述的适用于开放式环境的酶标仪，其特征在于，所述复色光光源(1)的出射口设有光阑(8)。

6.根据权利要求1所述的适用于开放式环境的酶标仪，其特征在于，所述滤光单元包括可转动的滤光片轮(4)以及安装在滤光片轮上的至少一个长波滤光片和至少一个短波滤光片。

7.根据权利要求6所述的适用于开放式环境的酶标仪，其特征在于，所述滤光片轮(41)由一步进电机(9)驱动并绕自身轴线旋转。

8.根据权利要求1所述的适用于开放式环境的酶标仪，其特征在于，所述光纤传光束(5)为一分九的光纤束。

9.根据权利要求1所述的适用于开放式环境的酶标仪，其特征在于，所述光束接收检测单元包括光比色单元(10)、光电探测器(11)以及信号处理控制单元。

10.根据权利要求9所述的适用于开放式环境的酶标仪，其特征在于，所述光电探测器与信号处理控制单元间设有解调电路和检波电路。

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