CN204758483U - 多通道光源诱导荧光检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通道光源诱导荧光检测器，包括基体，基体上开设有一路垂直贯穿基体的检测通道和多路倾斜贯穿基体的光源通道，所述检测通道位于基体的中心轴线上，多路光源通道以所述检测通道为中心呈圆周分布，每一路光源通道的轴心延长线汇聚于一点，且所述点落在基体的中心轴线上；在所述的每一路光源通道中依次安装有激励光源、第一平凸透镜、第一窄带滤光片和第二平凸透镜，在所述检测通道中依次安装有光检测元件、第二窄带滤光片和会聚透镜。本实用新型通过在荧光检测器上集成设计多路激励光源，并增加聚光透镜和滤光片的设计，从而使得待测区域的激发能量集中，荧光信号的强度增大，微弱荧光的检测能力及信号的分辨率大幅提升。

Description

多通道光源诱导荧光检测器

技术领域

本实用新型属于光学模块技术领域，具体地说，是涉及一种应用在利用荧光进行海洋要素检测的传感器中的光学检测器件。

背景技术

随着国家海洋战略及人们对海洋环境保护意识的日益增强，针对海洋环境的各种检测活动越来越频繁,有效地获取海洋环境检测数据已经成为海洋环境保护研究的主要内容之一。海洋中富含大量的浮游植物和藻类，这些活体生物的分布和数量可以反映该海域的生态情况，长期的检测数据可被用作水质评判指标，在赤潮监测与预警等应用方面具有重要的实用价值。而水体中叶绿素含量可直接有效地反映浮游植物的数量。目前用于水体中叶绿素含量检测的主流设备多采用荧光分析法，即根据物质分子吸收光谱和发射光谱能级跃迁的原理，利用光源照射待测水体激发出荧光进行检测，进而反应出该水域中的叶绿素含量。在这些主流设备中，大多采用成本低廉的LED作为激励光源对待测水体进行照射。但是，这种LED光源普遍存在光强弱、光束发散等特点，因此在使用单光源叶绿素传感器对待测水体中的叶绿素含量进行检测时，会存在检测区域的下限值偏高、低浓度下无响应且分辨率不高的缺陷。

发明内容

本实用新型为了提高叶绿素传感器在低浓度下的响应能力和分辨率，提出了一种多通道光源诱导荧光检测器，通过对激励光源进行多路扩展，可有效提高待测区域的激发能量，进而提高检测信号的强度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种多通道光源诱导荧光检测器，包括由不透光材料制成的基体，在所述基体上开设有一路垂直贯穿基体的检测通道和多路倾斜贯穿基体的光源通道，所述检测通道位于基体的中心轴线上，多路光源通道以所述检测通道为中心呈圆周分布，每一路光源通道的轴心延长线汇聚于一点，且所述点落在基体的中心轴线上；在所述的每一路光源通道中依次安装有激励光源、第一平凸透镜、第一窄带滤光片和第二平凸透镜，在所述检测通道中依次安装有光检测元件、第二窄带滤光片和会聚透镜，所述激励光源与光检测元件临近基体的同一端面。

为了对激励光源发射的分散光线实现汇聚，所述第一平凸透镜与第二平凸透镜在光源通道中的布设方向相反，且第一平凸透镜的平面正对所述的激励光源。

为了方便激励光源、第一平凸透镜、第一窄带滤光片和第二平凸透镜在光源通道中的安装固定，本实用新型将所述的每一路光源通道均形成三级阶梯孔式结构，其中，一级孔段用于安装光源套筒、二级孔段用于安装所述的激励光源，三级孔段用于安装透镜套筒，所述第一平凸透镜、第一窄带滤光片和第二平凸透镜安装在所述透镜套筒中；所述激励光源的底面安装固定在光源套筒中，激励光源的接线引脚穿过光源套筒的中空部分伸出所述基体，在所述中空部分灌封有不透光的环氧胶，以实现激励光源与光源套筒的固化。

优选的，所述一级孔段为中空圆柱状，所述光源套筒由可变形材料制成，且与所述一级孔段过盈配合，以使光源套筒推进光源通道后不易脱出。

为了对多通道光源诱导荧光检测器的整体尺寸实现有效限制，所述激励光源优选采用体积小巧的LED器件，所述二级孔段的孔径最好小于所述一级孔段和三级孔段的孔径。

优选的，所述三级孔段优选设计成中空圆柱状，所述透镜套筒由可变形材料制成，且与所述三级孔段过盈配合，以使透镜套筒推进光源通道后不易脱出。

为了提高接收信号的光强度，优选设计所述检测通道的中心轴线与基体的中心轴线重合；为了方便光电二极管、第二窄带滤光片和会聚透镜在检测通道中的安装固定，优选将所述检测通道设计成三级阶梯孔式结构，其中，一级孔段用于安装检测器接头，通过所述检测器接头将所述光检测元件和第二窄带滤光片固定安装于二级孔段中，三级孔段用于安装所述的会聚透镜。

为了简化检测器接头在检测通道中的安装操作，优选将所述检测器接头设计成中空的螺钉式结构，其螺帽部分位于所述基体的外部，螺杆部分与检测通道的一级孔段内壁所形成的内螺纹螺纹连接，所述光检测元件为光电二极管，其接线引脚穿过检测器接头的中空部分伸出所述基体的外部，在所述中空部分灌封有不透光的环氧胶，在有效避免光泄露的同时，实现了检测器接头与光电二极管的固化，便于整体安装和拆卸。

为了进一步提高微弱荧光的检测能力，将所述检测通道中光检测元件的受光面与所述第二窄带滤光片相接触；所述会聚透镜与所述第二窄带滤光片正对且接触，以对穿过待测水样的检测光线实现汇聚。

优选的，所述基体优选设计成圆柱形，由黑色的工程塑料制成；设计所述多路光源通道在同一圆周上等间距分布，且每一路光源通道的轴心延长线与基体的中心轴线所成的夹角在30°-40°之间，在有效控制基体尺寸的同时，使光强损失尽量减小；所述第一窄带滤光片中心波长为435nm,第二窄带滤光片中心波长为680nm,两者的带宽均为10nm。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型通过在荧光检测器上集成设计多路激励光源，并增加聚光透镜和滤光片的设计，从而使得待测区域的激发能量集中，荧光信号的强度大幅增强，通过尽可能地减小杂散光及环境光的干扰，继而使得微弱荧光的检测能力以及信号的分辨率大幅提高。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的多通道光源诱导荧光检测器的一种实施例的整体结构示意图；

图2是图1的纵向剖视图；

图3是多通道光源诱导荧光检测器中基体的一种实施例的纵向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。

结合图1-图3所示，本实施例的多通道光源诱导荧光检测器采用在一块不透明材质制成的基体1上加工出一路检测通道12和多路光源通道13的方式进行设计。其中，所述基体7优选采用黑色的ABS工程塑料制成，以起到避光作用并降低材料成本及加工难度。在本实施例中，所述基体1优选设计成圆柱状，将所述检测通道12开设在基体1的中心轴线位置上，且沿中心轴线方向贯穿所述基体1，如图1所示。本实施例优选设计检测通道12的中心轴线与基体1的中心轴线重合，以便于多路光源通道13在基体1上的分布和设计。

将多路所述的光源通道13以检测通道12的中心轴线为中心呈圆周分布，如图1所示，即各路光源通道13分布在以检测通道12的中心轴线为圆心的同一圆周上，优选设计各路光源通道13等间距分布，即相邻两路光源通道13所成的圆心角相等。设计各路光源通道13倾斜贯穿所述的基体1，如图3所示，其贯穿基体1的两个端面与检测通道12贯穿基体1的两个端面相同，将所述两个端面分别定义为第一端面1-1和第二端面1-2。对于各路光源通道13的倾斜角，应满足的条件是：各路光源通道13的轴心延长线应汇聚于一点，并且该汇聚点应刚好落在基体1的中线轴线上，以提高光信号的接收能力。

在设计所述多路光源通道13时，各路光源通道13的轴心延长线与基体1的中线轴线所成的夹角不宜过大，角度过大会导致基体1的直径尺寸过大，不便于检测器在传感器中的安装布设；当然，所述夹角也不宜过小，角度过小会导致汇聚点距离检测通道12端面的尺寸过大，造成荧光强度损失，检测信号变弱。基于以上两方面考虑，本实施例设计所述夹角在30°-40°之间为宜。

在本实施例中，所述光源通道13优选设计6路，以集成6路激励光源，共同照射待测水样，以提高入射光线的强度。

定义多路光源通道13在基体1的第一端面1-1上所围成的圆周的直径大，在基体1的第二端面1-2上所围成的圆周的直径小。在各路光源通道13中，沿从第一端面1-1朝向第二端面1-2的方向依次安装激励光源4、第一平凸透镜7、第一窄带滤光片5和第二平凸透镜8，如图2所示。其中，激励光源4优选采用LED器件，例如发射435nm光线的LED器件，照射待测水样，以减小所述检测器的整体体积。由于LED器件发出的光束具有一定的发散角，为了对入射光线实现汇聚，本实施例在光路设计上增加了透镜组合，即在靠近LED器件4的位置上布设第一平凸透镜7，所述第一平凸透镜7的平面正对LED器件4的出光面，将通过LED器件4发出的光束转化成平行光，然后再通过与第一平凸透镜7反向布设的第二平凸透镜8将平行光汇聚后，用以激励待测水样产生荧光。为了避免与荧光波长相近的激发光波对检测结果造成影响，本实施例在两块平凸透镜7、8之间增加了第一窄带滤光片5的设计，通过选用中心波长为435nm,带宽为10nm的滤光片5，以提高检测精度。

为了便于在每一路所述的光源通道13中安装固定所述的激励光源4、第一平凸透镜7、第一窄带滤光片5和第二平凸透镜8，本实施例优选将所述光源通道13设计成三级阶梯孔式结构，并沿从第一端面1-1到第二端面1-2的方向依次定义为：一级孔段13-1、二级孔段13-2和三级孔段13-3，如图3所示。其中，一级孔段13-1优选设计成中空圆柱状，用于安装光源套筒11，结合图1、图2所示。所述光源套筒11优选采用可压缩的材料制成，例如橡胶等，通过将其设计成与一级孔段13-1过盈配合，以使光源套筒11在推入到所述光源通道13后不易脱出。将所述LED器件4的底部套装在所述光源套筒11中，接线引脚4-1穿过光源套筒11的中空部分伸出基体1，以便于外部接线。将黑色的环氧胶注入所述光源套筒11的中空部分，对所述中空部分进行灌封，由此可以在避免光泄露的同时，实现将光源套筒11与LED器件4固化在一起，便于安装和拆卸。二级孔段13-2用于安装LED器件4，其孔径优选设计得小于一级孔段13-1和三级孔段13-3的直径，并与LED器件4的外径相适配，将LED器件4安装到二级孔段13-2后，利用光源套筒11对LED器件4起到限位作用。三级孔段1-3用于安装第一平凸透镜7、第一窄带滤光片5和第二平凸透镜8，本实施例优选将所述第一平凸透镜7、第一窄带滤光片5和第二平凸透镜8首先安装在一个透镜套筒9中，然后将透镜套筒9安装到三级孔段13-3中，以方便所述第一平凸透镜7、第一窄带滤光片5和第二平凸透镜8在光源通道13中的安装固定。所述透镜套筒9优选设计成中空圆柱形结构，内孔设有两级阶梯段，一级阶梯孔的孔径小于二级阶梯孔的孔径，用于依次安装第一平凸透镜7、第一窄带滤光片5和第二平凸透镜8；二级阶梯孔的孔口与基体1的第二端面1-2平齐，用来限位并留出LED光束通过的空间。在本实施例中，所述透镜套筒9优选采用可压缩材料制成，同样采用与第三孔段13-3过盈配合的方式，以使透镜套筒9在推入到光源通道13后不易脱出。

为了对穿过待测水样透射输出的光线进行接收检测，本实施例在所述检测通道12中沿基体1的第一端面1-1朝向第二端面1-2的方向依次设置有光检测元件2、第二窄带滤光片3和会聚透镜6，如图2所示。其中，会聚透镜6用于对穿过待测水样透射输出的光线进行汇聚，以提高检测光线的强度。汇聚后的光线通过第二窄带滤光片3消除掉环境光及杂散光的干扰后，射入到光检测元件2。所述光检测元件2根据接收到的光线强度转换成与之对应的电信号，传输至外部的处理设备，以进行待测水样中叶绿素含量的分析和计算。

在本实施例中，所述光检测元件2优选具有大接收面的光电二极管，以提高微弱荧光的检测能力。第二窄带滤光片3的带宽优选在10nm,中心波长为680nm。

为了方便所述光电二极管2、第二窄带滤光片3以及会聚透镜6在检测通道12中的安装固定，本实施例优选将所述检测通道12设计成阶梯孔式结构，如图3所示。以设计成三级孔段为例，自基体1的第一端面1-1朝向第二端面1-2的方向依次定义为：一级孔段12-1、二级孔段12-2和三级孔段12-3。其中，一级孔段12-1用于安装检测器接头10，结合图1、图2所示，通过检测器接头10将光电二极管2、第二窄带滤光片3限位在二级孔段12-2中。具体来讲，所述检测器接头10优选设计成中空的螺钉式结构，与检测通道12采用螺纹连接的方式进行装配固定。其中，将检测器接头10的螺杆部分伸入到检测通道12的一级孔段12-1中，与形成在一级孔段12-1上的内螺纹螺纹连接；螺帽部分位于基体1的外部，优选在螺帽的侧面加工出两个相对的平面，如图1所示，以便于使用扳手等传统工具将所述检测器接头10安装到检测通道12中。将光电二极管2和第二窄带滤光片3安装到检测通道12的第二孔段12-2中，且使光电二极管2的受光面正对且接触所述的第二窄带滤光片3。然后，拧入检测器接头10，将所述光电二极管2和第二窄带滤光片3限位在二级孔段12-2中。对于光电二极管2的接线引脚，则可以穿过检测器接头10的中空部分伸出基体1，以便于外部接线。将黑色的环氧胶注入所述检测器接头10的中空部分，对所述中空部分进行灌封，由此可以在避免光泄露的同时，实现检测器接头10与光电二极管2的固化。

将会聚透镜6安装到检测通道12的三级孔段12-3中，可以使用光学胶胶合固定，并使会聚透镜6与第二窄带滤光片3相接触，以尽量减少光损。

本实施例的多通道光源诱导荧光检测器为荧光检测技术的实施提供了硬件上的支持，结构简单，成本低廉，可用于目前利用荧光检测法测量海洋要素含量的传感器中。

当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多通道光源诱导荧光检测器，其特征在于：包括由不透光材料制成的基体，在所述基体上开设有一路垂直贯穿基体的检测通道和多路倾斜贯穿基体的光源通道，所述检测通道位于基体的中心轴线上，多路光源通道以所述检测通道为中心呈圆周分布，每一路光源通道的轴心延长线汇聚于一点，且所述点落在基体的中心轴线上；在所述的每一路光源通道中依次安装有激励光源、第一平凸透镜、第一窄带滤光片和第二平凸透镜，在所述检测通道中依次安装有光检测元件、第二窄带滤光片和会聚透镜，所述激励光源与光检测元件临近基体的同一端面。

2.根据权利要求1所述的多通道光源诱导荧光检测器，其特征在于：所述第一平凸透镜与第二平凸透镜在光源通道中的布设方向相反，且第一平凸透镜的平面正对所述的激励光源。

3.根据权利要求2所述的多通道光源诱导荧光检测器，其特征在于：所述的每一路光源通道均形成三级阶梯孔式结构，其中，一级孔段用于安装光源套筒、二级孔段用于安装所述的激励光源，三级孔段用于安装透镜套筒，所述第一平凸透镜、第一窄带滤光片和第二平凸透镜安装在所述透镜套筒中；所述激励光源的底面安装固定在光源套筒中，激励光源的接线引脚穿过光源套筒的中空部分伸出所述基体，在所述中空部分灌封有不透光的环氧胶。

4.根据权利要求3所述的多通道光源诱导荧光检测器，其特征在于：所述一级孔段为中空圆柱状，所述光源套筒由可变形材料制成，且与所述一级孔段过盈配合。

5.根据权利要求3所述的多通道光源诱导荧光检测器，其特征在于：所述激励光源为LED器件，所述二级孔段的孔径小于所述一级孔段和三级孔段的孔径。

6.根据权利要求3所述的多通道光源诱导荧光检测器，其特征在于：所述三级孔段为中空圆柱状，所述透镜套筒由可变形材料制成，且与所述三级孔段过盈配合。

7.根据权利要求1所述的多通道光源诱导荧光检测器，其特征在于：所述检测通道的中心轴线与基体的中心轴线重合，所述检测通道形成三级阶梯孔式结构，其中，一级孔段用于安装检测器接头，通过所述检测器接头将所述光检测元件和第二窄带滤光片固定安装于二级孔段中，三级孔段用于安装所述的会聚透镜。

8.根据权利要求7所述的多通道光源诱导荧光检测器，其特征在于：所述检测器接头为中空的螺钉式结构，其螺帽部分位于所述基体的外部，螺杆部分与检测通道的一级孔段内壁所形成的内螺纹螺纹连接；所述光检测元件为光电二极管，其接线引脚穿过检测器接头的中空部分伸出所述基体的外部，在所述中空部分灌封有不透光的环氧胶。

9.根据权利要求7所述的多通道光源诱导荧光检测器，其特征在于：在所述检测通道中光检测元件的受光面与所述第二窄带滤光片相接触；所述会聚透镜与所述第二窄带滤光片正对且接触。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的多通道光源诱导荧光检测器，其特征在于：所述基体为圆柱形，由黑色的工程塑料制成；所述多路光源通道在同一圆周上等间距分布，且每一路光源通道的轴心延长线与基体的中心轴线所成的夹角在30°-40°之间；所述第一窄带滤光片中心波长为435nm,第二窄带滤光片中心波长为680nm,两者的带宽均为10nm。