CN216621461U - 一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，包括紫外光源，紫外光源可通过光纤向光纤分束器输送宽带紫外光。光纤分束器可将紫外光源输出的宽带光均等分为多份后分别输入光纤环形器中。光纤环形器均设有用于连接光纤分束器的第一端口、用于连接紫外光纤光栅的第二端口和用于连接样品池的第三端口。紫外光纤光栅通过光纤与第二端口连接。样品池一端连接光纤环形器另一端连接多通道分析模块；多通道分析模块与多个样品池连接。与现有的技术相比，本发明具有如下优点：可同时大批量检测相同样品或者不同样品的生物信息，用户可以根据需要选择不同组合，大大提高检测灵活性和检测效率，应用于大批量样品检测。
Description
技术领域
本发明涉及分光光度计技术领域，特别是涉及一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置。
背景技术
在生物工程中利用紫外可见光分光光度计研究物质对单色光的吸收是对物质进行定量、定性分析的一种高效手段。它是利用分光光度法将成分复杂的光分解为波长单一的光谱线，并基于物质的吸收光谱来对物质的结构、成分以及物质的相互用进行分析的一种生命科学仪器。因此紫外分光光度计可以用于实验室内化学测定、医学分析、环境标物的追踪检测等。
紫外可见分光光度计的光学系统主要包括光源、单色器、样品池、探测器、信号处理及结果输出等6大部件。单色器部件由棱镜、平面光栅、凹面光栅发展为全息光栅，检测器由光电池、光电倍增管发展为光电二极管阵列，仪器的精度和信噪比得到了提高。说明书附图2展示了现有技术典型代表实例，光源输出的光，进入聚光镜进行扩束和放大，经过狭缝光阑后输出到凹面光栅，通过电机转动可以旋转需要输出的波段，然后经反射镜输出，进入样品池后，被吸收后的光进入光电探测器进行光电转换最后输入信号处理系统处理。
然而上述紫外可见分光光度计的光学系统还存在以下缺点：一、无法同时大批量检测相同样品或者不同样品的生物信息，检测灵活性和检测效率较低。二、体积大、机电系统结构复杂，需要通过透镜聚焦、准直镜准直以及伺服电机驱动凹面光栅的旋转来选择单色光，系统整体功耗高，升级空间有限。三、控制精度要求高，电机及机械结构的自身误差会对整个系统造成致命的影响。同时在外界环境的震动干扰下，内置的分色滤光片和波长调整装置均有可能发生位置变动让波长漂移。因此系统抗震动性差，工作稳定性有待提高。
发明内容
本发明的目的是克服了现有技术的问题，提供了一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置。
为了达到上述目的，本发明采用以下方案：
一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，包括：
紫外光源，紫外光源可通过光纤向光纤分束器输送宽带紫外光。
光纤分束器，光纤分束器一端连接紫外光源另一端连接有多个光纤环形器，光纤分束器可将紫外光源输出的宽带光均等分为多份后分别输入光纤环形器中。
多个光纤环形器，光纤环形器均设有用于连接光纤分束器的第一端口、用于连接紫外光纤光栅的第二端口和用于连接样品池的第三端口。通过多个光纤环形器可同时大批量检测相同样品或者不同样品的生物信息，用户可以根据需要选择不同组合，大大提高检测灵活性和检测效率，应用用大批量样品检测。
多个紫外光纤光栅，紫外光纤光栅的谐振峰值与样品吸收峰值对应，紫外光纤光栅通过光纤与第二端口连接，紫外光纤光栅内设有折射率调制区，紫外光纤光栅接收第二端口输入的宽带紫外光后可通过折射率调制区将满足相位匹配条件的窄带紫外光反射入对应的光纤环形器内。
多个样品池，样品池一端连接光纤环形器另一端连接多通道分析模块。
多通道分析模块，多通道分析模块与多个样品池连接，多通道分析模块可同时接收和解析多个样品池输入的紫外光并将检测样品的样品信息进行显示。
进一步的，当各个紫外光栅相同时，可以同时大批量检测相同生物样品；当各个紫外光纤光栅不相同时，可以同时检测不同类型样品的信息。因此用户可以根据需要选择不同组合，大大提高检测灵活性和检测效率，应用与大批量样品检测。
进一步的，多通道分析模块包括多通道紫外光纤光栅解调仪和信号处理与显示单元，所述紫外光纤光栅解调仪一端为可通过紫外光纤连接多个样品池的多端口光纤接入口，另一端通过通信端口连接所述信息处理与显示单元，所述紫外光纤光栅解调仪可将多个经过所述样品池的窄带光转换为电信号并解析出光栅光谱携带信息，所述信息处理与显示单元接收信息后输出检测样品相关信息。
进一步的，紫外光源、光纤分束器、光纤环形器、紫外光纤光栅和多通道紫外光纤光栅均采用紫外光纤连接。
进一步的，窄带紫外光的相位匹配条件为λ＝2neffΛ，λ为谐振波长，neff为光栅折射率，Λ为光栅周期。
进一步的，折射率调制区可通过调节光栅周期改变紫外光纤光栅反射回去的紫外光光波长。
进一步的，折射率调制区可通过调节光栅折射率改变紫外光纤光栅反射回去的紫外光光波长。
进一步的，多通道紫外光纤光栅解调仪内设有用于实时同步解调的高速并行多通道。可提高扫描速度、光度准确性和稳定性，解决传统光电探测器功能单一，信息处理速度慢的问题，提高光电转换和数据处理能力。
进一步的，分析模块还包括可外接设备的通信接口。
一种通过多通道紫外分光光度计装置的样品检测方法，包括以下步骤：
S01将相同或不同的样品放入样品池内。
S02启动紫外光源使其通过抗辐射紫外光纤向光纤分束器输出宽带紫外光。
S03光纤分束器将紫外光源输出的宽带光均等分为多份后分别输入对应的光纤环形器中。
S04光纤环形器通过抗辐射紫外光纤分别将宽带紫外光输入对应的紫外光纤光栅。
S05紫外光纤光栅将满足相位匹配条件的窄带紫外光反射入光纤环形器内。
S06光纤环形器将窄带紫外光输入样品池。
S07窄带紫外光在样品池内被吸收特定波长后分别进入多通道紫外光纤光栅解调仪内。
S08多通道紫外光纤光栅解调仪同时对多个紫外光进行光电转换后向信号处理与显示单元输送电信号。
S09信号处理与显示单元接收电信号分析处理后输出检测样品的相关信息。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点：一、可同时大批量检测相同样品或者不同样品的生物信息，用户可以根据需要选择不同组合，大大提高检测灵活性和检测效率，应用于大批量样品检测。二、该多通道紫外分光光度计装置采用全光纤结构，全面替换现有技术中的离散光学元件，大大简化结构、缩小体积、提高控制精度，同时光纤成本比透镜低可节约成本。三、利用紫外光纤光栅替代传统的凹面光栅，可减少维修成本和系统功耗，提高系统稳定性和分辨率。四、多通道紫外光纤光栅解调仪内设有用于实时同步解调的高速并行多通道。可提高扫描速度、光度准确性和稳定性，解决传统光电探测器功能单一，信息处理速度慢的问题，提高光电转换和数据处理能力。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
图1是本发明的一种基于紫外光纤光栅4的多通道紫外分光光度计装置的结构示意图。
图2是现有技术中的紫外分光光度计结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，一种基于紫外光纤光栅4的多通道紫外分光光度计装置，包括：
紫外光源1，紫外光源1可通过光纤向光纤分束器2输送宽带紫外光。
光纤分束器2，光纤分束器2一端连接紫外光源1另一端连接有多个光纤环形器3，光纤分束器2可将紫外光源1输出的宽带光均等分为多份后分别输入光纤环形器3中。
多个光纤环形器3，光纤环形器3均设有用于连接光纤分束器2的第一端口、用于连接紫外光纤光栅4的第二端口和用于连接样品池5的第三端口。通过多个光纤环形器3可同时大批量检测相同样品或者不同样品的生物信息，用户可以根据需要选择不同组合，大大提高检测灵活性和检测效率，应用用大批量样品检测。
多个紫外光纤光栅4，紫外光纤光栅4的谐振峰值与样品类型对应，紫外光纤光栅4通过光纤与第二端口连接，紫外光纤光栅4内设有折射率调制区，紫外光纤光栅4接收第二端口输入的宽带紫外光后可通过折射率调制区将满足相位匹配条件的窄带紫外光反射入对应的光纤环形器3内。
多个样品池5，样品池5一端连接光纤环形器3另一端连接多通道分析模块。
在本实施例中，紫外光源1输出的宽带光通过抗辐射紫外光纤输入光路分束器2中，光纤分束器2将紫外光均等分为N路，分别进入光纤环形器A、光纤环形器B…光纤环形器N中，紫外光从光纤环形器3第二端口进入紫外光纤光栅A、紫外光纤光栅B…紫外光纤光栅N，特定波长的紫外光被反射回去，重新进入光纤环形器3，然后从光纤环形器3第三端口输出，接着N路特定波长的光分别相对应的进入携带待测样品的样品池5中。
多通道分析模块，多通道分析模块与多个样品池5连接，多通道分析模块可同时接收和解析多个样品池5输入的紫外光并将检测样品的样品信息进行显示。
优选的，紫外光纤光栅4具有两个或两个以上谐振峰值。当各个紫外光纤光栅4不相同时，可以同时检测不同类型样品的信息。因此用户可以根据需要选择不同组合，大大提高检测灵活性和检测效率，应用用大批量样品检测。
优选的，多通道分析模块包括多通道紫外光纤光栅解调仪6和信号处理与显示单元7，紫外光纤光栅解调仪6一端连接多个样品池5另一端连接信号处理与显示单元7，紫外光纤光栅解调仪6可将多个经过样品池5的窄带光转换为电信号并解析出光栅光谱携带信息，信号处理与显示单元7接收信息后输出检测样品相关信息。基于波长-空间映射的高速并行多通道实时同步解调技术。提高扫描速度、光度准确性、稳定性，将提高我国生物、制药等行业高精度、大批量工业化生产和检测水平。
优选的，光纤分束器2、光纤环形器3、紫外光源1、紫外光纤光栅4和分析模块均采用光纤连接。相比现有技术中通过透镜组合反射光路传输光纤传输损耗更小结构也更为紧凑。
分光光度计的工作原理是建立在朗伯-比耳定律之上的。朗伯—比耳定律：当一束平行的单色光均匀通过被测液体时，其吸光度和溶液的浓度和厚度的乘积成正比：A＝KCL,式中A为吸光度，C为溶液浓度，L为溶液的厚度(即在光路中的长度)，K为溶液吸光度系数；同时吸光度和透射比成负对数关系：即A＝-logT。式中T＝I/I0，I为光透过被测试溶液后照射到光电池上的强度；I0为光透过空气或参比液后照射到光电池上的强度。所以通过吸光度值和浓度的关系方程，能定量地测出溶液里所含物质的浓度。本发明采用紫外光纤光栅43替代现有技术中的凹面光栅。光纤光栅是通过特定方法在纤芯内形成空间相位周期性分布的折射率调制区，其作用的实质是在纤芯内形成一个窄带的(透镜或者反射镜)滤波器或者反射镜。当宽带的光经过光栅后，满足相位匹配条件λ＝2neff(λ为谐振波长，neff为光栅折射率，Λ为光栅周期)的光被反射，即特定波长的光被反射回去，形成窄带的光。通过调节光栅周期或者改变折射率，可以改变反射回去的光波长。因此光纤光栅的作用等同于凹面光栅。微型化紫外光纤光栅4分光光度计。突破国外技术封锁，具有便携、可靠等特点，实现该产品国产化和市场化，可广泛应用于国防单兵作战装备和国家生物安全防护。
优选的，折射率调制区可通过调节光栅周期改变紫外光纤光栅4反射回去的紫外光光波长。
优选的，折射率调制区可通过调节光栅折射率改变紫外光纤光栅4反射回去的紫外光光波长。
优选的，多通道紫外光纤光栅解调仪6内设有用于实时同步解调的高速并行多通道。可提高扫描速度、光度准确性和稳定性，解决传统光电探测器功能单一，信息处理速度慢的问题，提高光电转换和数据处理能力。
优选的，分析模块还包括可外接设备的通信接口。
一种通过多通道紫外分光光度计装置的样品检测方法，包括以下步骤：
S01将相同或不同的样品放入样品池5内。
S02启动紫外光源1使其通过抗辐射紫外光纤向光纤分束器2输出宽带紫外光。
S03光纤分束器2将紫外光源1输出的宽带光均等分为多份后分别输入对应的光纤环形器3中。
S04光纤环形器3通过抗辐射紫外光纤分别将宽带紫外光输入对应的紫外光纤光栅4。
S05紫外光纤光栅4将满足相位匹配条件的窄带紫外光反射入光纤环形器3内。
S06光纤环形器3将窄带紫外光输入样品池5。
S07窄带紫外光在样品池5内被吸收特定波长后分别进入多通道紫外光纤光栅解调仪6内。
S08多通道紫外光纤光栅解调仪6同时对多个紫外光进行光电转换后向信号处理与显示单元7输送电信号。
S09信号处理与显示单元7接收电信号分析处理后输出检测样品的相关信息。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点：一、可同时大批量检测相同样品或者不同样品的生物信息，用户可以根据需要选择不同组合，大大提高检测灵活性和检测效率，应用用大批量样品检测。二、该多通道紫外分光光度计装置采用全光纤结构，全面替换现有技术中的离散光学元件，大大简化结构、缩小体积、提高控制精度，同时光纤成本比透镜低可节约成本。三、利用紫外光纤光栅4替代传统的凹面光栅，可减少维修成本和系统功耗，提高系统稳定性和分辨率。四、多通道紫外光纤光栅解调仪6内设有用于实时同步解调的高速并行多通道。可提高扫描速度、光度准确性和稳定性，解决传统光电探测器功能单一，信息处理速度慢的问题，提高光电转换和数据处理能力。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，其特征在于，包括：
紫外光源，所述紫外光源可通过光纤向光纤分束器输送宽带紫外光；
光纤分束器，所述光纤分束器一端连接紫外光源另一端连接有多个光纤环形器，所述光纤分束器可将所述紫外光源输出的宽带光均等分为多份后分别输入所述光纤环形器中；
多个光纤环形器，所述光纤环形器均设有用于连接光纤分束器的第一端口、用于连接紫外光纤光栅的第二端口和用于连接样品池的第三端口；
多个紫外光纤光栅，所述紫外光纤光栅的谐振峰值与样品类型对应，所述紫外光纤光栅通过光纤与所述第二端口连接，所述紫外光纤光栅内设有折射率调制区，所述紫外光纤光栅接收所述第二端口输入的宽带紫外光后可通过所述折射率调制区将满足相位匹配条件的窄带紫外光反射入对应的光纤环形器内；
多个样品池，所述样品池一端连接光纤环形器另一端连接多通道分析模块；
多通道分析模块，所述多通道分析模块与多个所述样品池连接，所述多通道分析模块可同时接收和解析多个所述样品池输入的紫外光并将检测样品的样品信息进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，其特征在于，所述紫外光纤光栅具有两个或两个以上谐振峰值。
3.根据权利要求1所述的一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，其特征在于，所述多通道分析模块包括多通道紫外光纤光栅解调仪和信号处理与显示单元，所述紫外光纤光栅解调仪一端连接多个样品池另一端连接所述信号处理与显示单元，所述紫外光纤光栅解调仪可将多个经过所述样品池的窄带光转换为电信号并解析出光栅光谱携带信息，所述信号处理与显示单元接收信息后输出检测样品相关信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，其特征在于，所述光纤分束器、光纤环形器、紫外光源、紫外光纤光栅和分析模块均采用光纤连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，其特征在于，所述窄带紫外光的相位匹配条件为λ＝2neffΛ，λ为谐振波长，neff为光栅折射率，Λ为光栅周期。
6.根据权利要求1或5所述的一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，其特征在于，所述折射率调制区可通过调节光栅周期改变所述紫外光纤光栅反射回去的紫外光光波长。
7.根据权利要求1或5所述的一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，其特征在于，所述折射率调制区可通过调节光栅折射率改变所述紫外光纤光栅反射回去的紫外光光波长。
8.根据权利要求3所述的一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，其特征在于，所述多通道紫外光纤光栅解调仪内设有用于实时同步解调的高速并行多通道。
9.根据权利要求1所述的一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置，其特征在于，所述分析模块还包括可外接设备的通信接口。
Priority Applications (1)
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| CN202122051646.0U CN216621461U (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置 |
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| CN202122051646.0U CN216621461U (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置 |
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| CN202122051646.0U Active CN216621461U (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 一种基于紫外光纤光栅的多通道紫外分光光度计装置 |
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