CN210005439U - 应用于化学发光检测的光子计数探测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种应用于化学发光检测的光子计数探测系统，包括：光电转换器件、信号放大整形模块、高精度计数器、通信模块；光电转换器件的输出接信号放大整形模块的输入，所述信号放大整形模块的输出接高精度计数器的输入，高精度计数器的输出接通信模块；光电转换器件将探测到的光信号转换为电信号，然后输出给信号放大整形模块进行处理；信号放大整形模块将光电转换器件输出的电信号进行放大和整形；高精度计数器对信号放大整形模块输出的离散脉冲信号进行计数；高精度计数器的计数结果通过通信模块与上位机通信。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用于化学发光检测的光子计数探测系统，适用于化学发光检测等弱光探测技术领域。
背景技术
单光子计数是用于微弱光检测领域的最常见的技术，目前广泛应用于天文观测，生物医学检测，激光测距，量子通信，高能物理等领域。化学发光免疫分析是一种用来检测人体中的抗原或者抗体的临床医学检测技术。因为其具有选择性好、灵敏度高等优点而被广泛的使用，目前已经成为临床免疫检验中的常见方式。光子计数系统输出信号为单个离散脉冲，可以通过幅度甄别和脉冲计数的方法进行光子脉冲识别和计算光子数。
现有的光子探测器具有体积大，功耗高，稳定性低，量子效率低，抗磁干扰能力差等缺点，使得检测效率受到了限制，且现有的光子计数器均采用CPLD或FPGA与单片机结合的方式计数，模块增多，不易集成，稳定性差。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种应用于化学发光检测的光子计数探测系统，电路结构简单可靠，稳定性好，适应性强，可缩小整机体积。本实用新型采用的技术方案是：
一种应用于化学发光检测的光子计数探测系统，包括：光电转换器件、信号放大整形模块、高精度计数器、通信模块；
光电转换器件的输出接信号放大整形模块的输入，所述信号放大整形模块的输出接高精度计数器的输入，高精度计数器的输出接通信模块；
光电转换器件将探测到的光信号转换为电信号，然后输出给信号放大整形模块进行处理；
信号放大整形模块将光电转换器件输出的电信号进行放大和整形；
高精度计数器对信号放大整形模块输出的离散脉冲信号进行计数；
高精度计数器的计数结果通过通信模块与上位机通信。
进一步地，光电转换器件采用线性多阳极型光电倍增管。
具体地，信号放大整形模块包括运算放大器U1、比较器U2、二进制计数器U3，以及电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2、C3、C4；
光电转换器件输出的电信号接电阻R1的一端和运算放大器U1的同相输入端，电阻R1的另一端接地；运算放大器U1的反相输入端接电阻R2的一端和R3的一端，电阻R2的另一端接地；运算放大器U1的正电源端接正电压+VCC，并通过电容C1接地，运算放大器U1的负电源端接负电压-VCC，并通过电容C2接地；运算放大器U1的输出端接电阻R3的另一端和比较器U2的同相输入端；
比较器U2的正电源端接正电压+VCC，并通过电容C3接地；比较器U2的负电源端接负电压-VCC，并通过电容C4接地；比较器U2的反相输入端接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R4的另一端接地，电容R5的另一端接负电压-VCC；
比较器U2的接地端接地，锁存使能端接地，比较器U2的Q非端接二进制计数器U3的时钟输入端，二进制计数器U3的Q0端通过电阻R6接高精度计数器的输入，二进制计数器U3的CEP使能端接地。
进一步地，比较器U2采用TL3016，二进制计数器U3采用74F161AD。
具体地，高精度计数器包括二进制加法计数器U4、U5和微处理器U6；
二进制加法计数器U4的时钟输入端接信号放大整形模块输出的离散脉冲信号；二进制加法计数器U4的进位输出端接二级制加法计数器U5的时钟输入端；二进制加法计数器U4、U5的清零端均连接微处理器U6的一个I/O端口；
二进制加法计数器U4的数据输入端D0～D3和U5的数据输入端D0～D3均连接高电平VCC；
二进制加法计数器U4的使能端CEP、CET和置数端PE均连接高电平VCC；
二进制加法计数器U5的使能端CEP、CET和置数端PE均连接高电平VCC；
二进制加法计数器U4、U5供电端均连接高电平VCC；接地端接地；
二进制加法计数器U4的数据输出端Q0～Q3连接微处理器U6上的低四位数据端，二进制加法计数器U5的数据输出端Q0～Q3连接微处理器U6上的高四位数据端。
进一步地，二进制加法计数器U4、U5采用74HC161，微处理器U6采用PIC16F917单片机。
本实用新型的优点在于：本实用新型提供了一种稳定高效高速的的光子计数系统，该系统模块简化，可集成，稳定性好，抗磁干扰效果好，量子效率高；应用于医疗仪器中可有效减少占用空间，并且降低了化学发光检测的试剂成本，提高了检测效率。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型的信号放大整形模块电原理图。
图3为本实用新型的高精度计数器电原理图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型提出的一种应用于化学发光检测的光子计数探测系统，包括：光电转换器件、信号放大整形模块、高精度计数器、通信模块；
光电转换器件的输出接信号放大整形模块的输入，所述信号放大整形模块的输出接高精度计数器的输入，高精度计数器的输出接通信模块；
具体来说，光电转换器件将探测到的光信号转换为电信号，然后输出给信号放大整形模块进行处理；作为示例，这里的发光光源可以是通过化学发光反应产生的微弱荧光；
光电转换器件种类很多，任何合适的光电转换器件都可以被使用。但是弱光检测领域中，待测光光强极低，所以在本实用新型的实施例中，优选地，使用滨松公司生产的R5900U-06-L16型线性多阳极型光电倍增管。多阳极型光电倍增管通过空间上的设计，将多个普通光电倍增管连接在一个封装内，在保留了原有的光电倍增管的优点之外，还具有更高的量子效率，更快的响应频率；当光子进入多阳极型光电倍增管后，管内附加的电场会对刚入射的光子进行第一次加速，被加速的光子撞向多层倍增极，激发出更多的电子，二次激发的电子在级间电场作用下继续加速撞向下一级倍增极，不断产生更多电子，实现光电信号的转换和放大；最终从阳极输出离散的电流信号；此管型应用于本系统，提高了光子计数系统的量子效率。
信号放大整形模块将光电转换器件输出的电信号进行放大和整形；
如图2所示，信号放大整形模块包括运算放大器U1、比较器U2、二进制计数器U3，以及电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2、C3、C4；
其中比较器U2采用TL3016，二进制计数器U3采用74F161AD；U3在图2中做信号整形用；
光电转换器件输出的电信号接电阻R1的一端和运算放大器U1的同相输入端，电阻R1的另一端接地；运算放大器U1的反相输入端接电阻R2的一端和R3的一端，电阻R2的另一端接地；运算放大器U1的正电源端接正电压+VCC，并通过电容C1接地，运算放大器U1的负电源端接负电压-VCC，并通过电容C2接地；运算放大器U1的输出端接电阻R3的另一端和比较器U2的同相输入端；
比较器U2的正电源端接正电压+VCC，并通过电容C3接地；比较器U2的负电源端接负电压-VCC，并通过电容C4接地；比较器U2的反相输入端接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R4的另一端接地，电容R5的另一端接负电压-VCC；
正电压+VCC为+5v，负电压-VCC为-5v；
比较器U2的接地端（6脚）接地，锁存使能端（5脚）接地，比较器U2的Q非端接二进制计数器U3的时钟输入端，二进制计数器U3的Q0端通过电阻R6接高精度计数器的输入；二进制计数器U3的CEP使能端（第7脚）接地；
高精度计数器对信号放大整形模块输出的离散脉冲信号进行计数；
如图3所示，高精度计数器包括二进制加法计数器U4、U5和微处理器U6；
二进制加法计数器U4、U5采用74HC161，微处理器U6采用PIC16F917单片机；
二进制加法计数器U4的时钟输入端接信号放大整形模块输出的离散脉冲信号；二进制加法计数器U4的进位输出端（TC端）接二级制加法计数器U5的时钟输入端；二进制加法计数器U4、U5的清零端（第1脚）均连接微处理器U6的一个I/O端口；
二进制加法计数器U4的数据输入端D0～D3和U5的数据输入端D0～D3均连接高电平VCC；
二进制加法计数器U4的使能端CEP、CET和置数端PE均连接高电平VCC；
二进制加法计数器U5的使能端CEP、CET和置数端PE均连接高电平VCC；
二进制加法计数器U4、U5供电端均连接高电平VCC；接地端接地；
二进制加法计数器U4的数据输出端Q0～Q3连接微处理器U6上的低四位数据端，二进制加法计数器U5的数据输出端Q0～Q3连接微处理器U6上的高四位数据端；
微处理器U6的一些常规外围电路如图3中所示，例如供电、晶振等；
微处理器U6通过通信接口连接通信模块，例如U6通过第16、17、18脚连接通信模块；
高精度计数器检测到离散脉冲信号输入后，由二进制加法计数器U4、U5计数，当U5计满时，发出一个溢出脉冲，作为微处理器U6的计数脉冲，使其定时器的计数值加1。
高精度计数器的计数结果通过通信模块与上位机通信，上位机进行数据处理。
通信模块可采用 RS232接口电路，或者基于CAN总线的CTM8251AT收发器电路；
本实用新型结构紧凑，可集成度高，抗磁干扰能力强，稳点性高，可应用于微弱光检测量领域，在化学发光检测中降低了检测的成本，提高了检测的效率。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种应用于化学发光检测的光子计数探测系统，其特征在于，包括：光电转换器件、信号放大整形模块、高精度计数器、通信模块；
光电转换器件的输出接信号放大整形模块的输入，所述信号放大整形模块的输出接高精度计数器的输入，高精度计数器的输出接通信模块；
光电转换器件将探测到的光信号转换为电信号，然后输出给信号放大整形模块进行处理；
信号放大整形模块将光电转换器件输出的电信号进行放大和整形；
高精度计数器对信号放大整形模块输出的离散脉冲信号进行计数；
高精度计数器的计数结果通过通信模块与上位机通信。
2.如权利要求1所述的应用于化学发光检测的光子计数探测系统，其特征在于，
光电转换器件采用线性多阳极型光电倍增管。
3.如权利要求1所述的应用于化学发光检测的光子计数探测系统，其特征在于，
信号放大整形模块包括运算放大器U1、比较器U2、二进制计数器U3，以及电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2、C3、C4；
光电转换器件输出的电信号接电阻R1的一端和运算放大器U1的同相输入端，电阻R1的另一端接地；运算放大器U1的反相输入端接电阻R2的一端和R3的一端，电阻R2的另一端接地；运算放大器U1的正电源端接正电压+VCC，并通过电容C1接地，运算放大器U1的负电源端接负电压-VCC，并通过电容C2接地；运算放大器U1的输出端接电阻R3的另一端和比较器U2的同相输入端；
比较器U2的正电源端接正电压+VCC，并通过电容C3接地；比较器U2的负电源端接负电压-VCC，并通过电容C4接地；比较器U2的反相输入端接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R4的另一端接地，电容R5的另一端接负电压-VCC；
比较器U2的接地端接地，锁存使能端接地，比较器U2的Q非端接二进制计数器U3的时钟输入端，二进制计数器U3的Q0端通过电阻R6接高精度计数器的输入，二进制计数器U3的CEP使能端接地。
4.如权利要求3所述的应用于化学发光检测的光子计数探测系统，其特征在于，
比较器U2采用TL3016，二进制计数器U3采用74F161AD。
5.如权利要求1所述的应用于化学发光检测的光子计数探测系统，其特征在于，
高精度计数器包括二进制加法计数器U4、U5和微处理器U6；
二进制加法计数器U4的时钟输入端接信号放大整形模块输出的离散脉冲信号；二进制加法计数器U4的进位输出端接二级制加法计数器U5的时钟输入端；二进制加法计数器U4、U5的清零端均连接微处理器U6的一个I/O端口；
二进制加法计数器U4的数据输入端D0～D3和U5的数据输入端D0～D3均连接高电平VCC；
二进制加法计数器U4的使能端CEP、CET和置数端PE均连接高电平VCC；
二进制加法计数器U5的使能端CEP、CET和置数端PE均连接高电平VCC；
二进制加法计数器U4、U5供电端均连接高电平VCC；接地端接地；
二进制加法计数器U4的数据输出端Q0～Q3连接微处理器U6上的低四位数据端，二进制加法计数器U5的数据输出端Q0～Q3连接微处理器U6上的高四位数据端。
6.如权利要求5所述的应用于化学发光检测的光子计数探测系统，其特征在于，
二进制加法计数器U4、U5采用74HC161，微处理器U6采用PIC16F917单片机。
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|---|---|---|---|---|
| CN112085141A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-15 | 哈尔滨理工大学 | 一种具有以太网传输功能的光电脉冲计数器 |
| CN115326790A (zh) * | 2022-08-22 | 2022-11-11 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种光电流和单光子检测装置及方法 |
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