CN203688443U

CN203688443U - 生物超弱光子辐射光谱检测仪

Info

Publication number: CN203688443U
Application number: CN201320868428.9U
Authority: CN
Inventors: 刘锴; 习岗; 樊琳琳; 郑珂; 徐鸣; 梁成; 赵燕燕
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2023-12-23

Abstract

本实用新型公开的生物超弱光子辐射光谱检测仪，包括固定在与暗室连接的金属外壳内的LED激发光源、透镜、半导体制冷片、电子快门、滤光片转盘和光电倍增管，控制盒内与中控单片机连接的LED驱动模块、恒温控制器和快门驱动模块，脉冲计数器、USB接口芯片和计算机依次连接。本实用新型采用测量样品在不同波长的延迟发光曲线，来间接测量样品的自发光子辐射光谱，从而避免了样品自发辐射强度过低，无法直接探测其光谱的问题。采用暗室内置激发光源、光电倍增管前加装电子快门自动测量的方法，解决了无法准确测量样品延迟发光的问题，且采用该方法可以准确测量多数生物样品的延迟发光和自发光子辐射光谱。

Description

生物超弱光子辐射光谱检测仪

技术领域

本实用新型属于生物超弱光子辐射技术领域，具体涉及一种生物超弱光子辐射光谱检测仪。

背景技术

生物超弱光子辐射又称为生物超弱发光，包括自发发光（也称为自发光子辐射）和外界光诱导的延迟发光（也称为光致发光），它是生物系统自身辐射的一种极弱的准连续光子辐射，其发光强度约为几百个hv/s·cm²，波长范围大概在180～800nm之间。在作物发出的各种生命信息中，光信息是信息量最大、最容易实现无损测量的生命信息，所以对其的研究具有重要的意义。

目前对生物超弱光子辐射的研究（包括自发发光和延迟发光）大多是对发光的强度进行分析。而光谱分析作为一种精细化的分析方法，能够从生物的发光中提取出更多的生命信息，提供一种更为有力的解读生命信息的工具，具有重要的研究价值。然而，由于生物的超弱光子辐射强度非常微弱，采用光栅光谱的方法或是滤光片过滤的方法，都很难准确获得其光谱。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种生物超弱光子辐射光谱检测仪，解决了因生物超弱发光强度太弱，现有仪器难以测量其光谱的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，生物超弱光子辐射光谱检测仪，包括单片机，单片机上分别连接有快门驱动模块a、LED驱动模块、恒温控制器、快门驱动模块b；

还包括依次连接的光电倍增管、脉冲计数器、USB接口芯片和计算机；

还包括暗室，暗室的内壁上设置有半导体制冷片，暗室内底部设置有样品台，样品台的一侧设置有温度传感器，样品台的下方依次设置有快门b、滤光片转盘及光电倍增管；暗室的上方依次设置有快门a、透镜及LED激发光源；LED激发光源与LED驱动模块相连接；快门a与快门驱动模块a相连接；恒温控制器分别与温度传感器、半导体制冷片连接；快门驱动模块b与快门b连接；单片机还与USB接口芯片连接。

本实用新型的有益效果是：

（1）通过检测样品不同发光波长的延迟发光曲线，来间接探测样品的自发光子辐射光谱，从而避免了自发辐射强度过低难以测量其光谱的问题；

（2）采用高灵敏度、低噪声、宽探测波长的光电倍增管采集超弱发光信号。光电倍增管的可探测波长范围在170～850nm；

（3）暗室内置激发光源，且光源为模块化设计，在实验过程中可以更换激发光的波长；

（4）采用双快门设计，并通过保护电路保证两个快门不会同时打开，并且可以避免光电倍增管在激发光源照射样品时开启，从而保护光电倍增管工作的安全性；

（5）计数器记录的延迟发光光子计数通过USB接口芯片发送至计算机；

（6）计算机端运行控制和分析程序，可向探测器发出工作指令，控制光照时间、光照强度、光电倍增管的工作电压调节和暗室内的温度，并可实时显示样品的超弱发光光子计数，测量结束后，自动换算并显示出样品的光谱数据和曲线。

附图说明

图1是本实用新型生物超弱光子辐射光谱检测仪的结构示意图。

图中，1.LED激发光源，2.透镜，3.快门a，4.暗室，5.半导体制冷片，6.样品台，7.快门b，8.滤光片转盘，9.光电倍增管，10.温度传感器，11.快门驱动模块a，12.LED驱动模块，13.单片机，14.恒温控制器，15.快门驱动模块b，16.脉冲计数器，17.USB接口芯片，18.计算机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型生物超弱光子辐射光谱检测仪的结构如图1所示，包括LED激发光源1、透镜2、电子快门a3、半导体制冷片5、电子快门b7、滤光片转盘8、温度传感器10和光电倍增管9固定在与暗室4连接的金属外壳内；样品台6固定在暗室4底部，中央开有通光孔；单片机13连接并控制快门驱动模块a11、LED驱动模块12、恒温控制器14、USB接口芯片17和快门驱动模块b15；恒温控制器14连接半导体制冷片5；快门驱动模块b15连接电子快门b7；快门驱动模块a11连接电子快门a3；光电倍增管9、脉冲计数器16、USB接口芯片17和计算机18依次连接。

LED激发光源1，用于产生照射样品的激发光。

LED驱动模块12，用于给LED激发光源1提供稳定的工作电流，并控制LED激发光源1的开启和熄灭。

透镜2使LED发出的光线经透镜变换成平行光，均匀的照射在样品上。

暗室4采用金属铝材料制成，以减少外界电磁辐射的影响，同时避免外界杂散光的干扰。

样品台6用来放置待测样品。

温度传感器10用来测试暗室内的温度；

半导体制冷片5可以对暗室加热或者制冷；

恒温控制器14根据预设温度和温度传感器10传回的信号控制半导体制冷片加热或者制冷。

电子快门a3和电子快门b7用来保护光电倍增管9，当LED激发光源1开启时，电子快门a3打开，电子快门b7关闭；当LED激发光源1熄灭后，电子快门a3快速关闭，电子快门b7打开，开始进行延迟发光的测量。

滤光片转盘8位于电子快门b7和光电倍增管9之间，转盘内置若干滤光片，用于将样品的超弱发光过滤为一定波长的单色光。滤光片可以通过旋转转盘来更换，从而选择透过波长。

快门驱动模块b15和快门驱动模块a11提供电子快门开启和关闭时的工作电压，快门驱动模块输出12V的电压，快门开启；快门驱动模块输出电压为0V时，快门关闭。

光电倍增管9用来接收样品的超弱发光信号，把光信号转换为电脉冲，样品的发光越强，则输出的脉冲频率越高。

脉冲计数器16用来统计光电倍增管9输出的电脉冲信号。

USB接口芯片17（CH341或PL2303）将脉冲计数器16统计的脉冲数值通过USB接口发送到计算机18。

计算机18内运行控制程序和分析程序，一方面在测试之前将测试的参数通过USB接口发送到单片机；另一方面通过USB接口接收计数脉冲，并进行计算分析，得出样品发光的光谱数据。

单片机13从USB接口芯片17接受测试参数，综合控制仪器的工作流程和LED驱动模块12、恒温控制器14、快门驱动模块b15和快门驱动模块a11等外围模块。

本实用新型生物超弱光子辐射光谱检测仪的工作过程：仪器通电后，各控制模块和计数器自动复位，电子快门a3和电子快门b7处于关闭状态，LED激发光源1处于熄灭状态。将样品放入暗室4内，然后运行计算机端软件，在软件内设置暗室4的温度，单片机13内PID恒温控制程序启动，等待5分钟后，暗室4内温度即可恒定在设置值上。温度稳定后，旋转滤光片转盘8选择测试波长，接着在计算机18软件中将测试参数—LED激发光源1的照射时间、激发光强度和快门持续开启时间—通过USB接口芯片17发送至中控单片机13。参数发送完毕后单片机13启动测试程序，单片机13与LED驱动模块12以及与快门驱动模块a11连接的管脚置为高电平，LED驱动模块12向LED激发光源1提供最大为1.5A的电流，LED光源被点亮，同时快门b7打开；单片机13对LED照射时间进行倒计时，当倒计时为0时，单片机13与LED驱动模块12以及与快门驱动模块a11连接的管脚置为低电平，快门b7关闭，并且LED驱动模块12通过电感提供一个瞬时反向电压，使得LED迅速熄灭，以避免LED的余光干扰下一步测量。经过0.02秒等待延时后，单片机13与快门驱动模块b15连接的管脚置为高电平，使得快门a3开启，并对快门开启时间进行倒计时。脉冲计数器16将光电倍增管的脉冲进行计数，并通过USB接口芯片17输出到计算机。计算机端软件接收并记录脉冲计数，即为样品的延迟发光信号。当单片机13对快门开启时间倒计数为0时，其与快门驱动模块b15连接的管脚被置为低电平，使得快门a3关闭，此时完成对单一波长的发光测量。旋转滤光片转盘8，更换滤光片，重复之后的步骤，完成对样品在多个波长上的延迟发光强度的测量。最后，计算机端软件通过测量得出的样品在多个波长上的延迟发光信号，计算出样品的超弱发光光谱。

本实用新型采用测量样品不同波长的延迟发光曲线，来间接探测样品的自发光子辐射光谱，从而避免了样品自发辐射强度过低，无法直接探测其光谱的问题。且采用该方法可以准确测量多数生物样品的延迟发光和自发光子辐射光谱。

Claims

1.生物超弱光子辐射光谱检测仪，其特征在于，包括单片机（13），单片机（13）上分别连接有快门驱动模块a（11）、LED驱动模块（12）、恒温控制器（14）、快门驱动模块b（15）；

还包括依次连接的光电倍增管（9）、脉冲计数器（16）、USB接口芯片（17）和计算机（18）；

还包括暗室（4），暗室（4）的内壁上设置有半导体制冷片（5），暗室（4）内底部设置有样品台（6），样品台（6）的一侧设置有温度传感器（10），样品台（6）的下方依次设置有快门b（7）、滤光片转盘（8）及光电倍增管（9）；所述的暗室（4）的上方依次设置有快门a（3）、透镜（2）及LED激发光源（1）；LED激发光源（1）与所述的LED驱动模块（12）相连接；快门a（3）与所述的快门驱动模块a（11）相连接；所述的恒温控制器（14）分别与温度传感器（10）、半导体制冷片（5）连接；所述的快门驱动模块b（15）与快门b（7）连接；所述的单片机（13）还与USB接口芯片（17）连接。