CN217359610U - 高性能光纤荧光探测器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高性能光纤荧光探测器，包括：探测器主体，探测器主体内部设置有第一光传输路径和第二光传输路径，光源、准直透镜和激发滤光片依次设置于第一光传输路径；折光镜片设置于第一光传输路径和第二光传输路径的交汇处，并与第一光传输路径形成45度夹角；光纤转接组件和荧光探头，分别设置于第二光传输路径的两端，荧光接收电路板与荧光探头相对应；准直聚焦器通过光纤与光纤转接组件光学连接；主控板与光源和荧光接收电路板电气连接。如此设置，该系统体积小、结构紧凑，生产简单，便于批量生产、分级质检及维护维修。

Description

高性能光纤荧光探测器

技术领域

本申请涉及荧光检测技术领域，更具体地说，涉及一种高性能光纤荧光探测器。

背景技术

近年来，随着生物技术、微流体技术、人工智能等相关技术的高速发展，微流控、生物医学检测、生物分子检测、药物筛选、环境检测、生化战剂检测、生物气溶胶检测等领域对诱导荧光检测技术的需求也在不断攀升。

诱导荧光法是一种通过入射光激发样品中荧光物质，发出荧光，经过光电探测器进行光电转换的方法，具有检测灵敏度高、操作简单等优势。

光纤是一种成熟、稳定、灵活的光信号传输器件，不仅具有抗电磁干扰的能力，而且对恶劣工况环境条件具有很强的适应性。

现有的光纤荧光检测方案及生产过于复杂，对公差要求较高，体积较大，装配难度高。目前市面上的荧光探测器，大多是将光路、探测电路、控制电路分开设计，荧光信号的模拟量需要经过较长的导线，难以去除模拟信号的“天线效应”带来的干扰，难以适应复杂的工况环境，难以应对快速现场测试的需求。

实用新型内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种高性能光纤荧光探测器，其能够解决现有的荧光检测器体积大，装配难度高，难以适应复杂工况的问题。本申请提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

本申请提供了一种高性能光纤荧光探测器，包括：

探测器主体，所述探测器主体内部设置有第一光传输路径和第二光传输路径，所述第一光传输路径垂直交汇于所述第二光传输路径的中部；

光源、准直透镜和激发滤光片，沿靠近所述第二光传输路径的方向依次设置于所述第一光传输路径；

折光镜片，设置于所述第一光传输路径和所述第二光传输路径的交汇处，并与所述第一光传输路径形成45度夹角；

光纤转接组件和荧光探头，分别设置于所述第二光传输路径的两端，所述折光镜片和所述光纤转接组件之间设置耦合透镜，折光镜片和所述荧光探头之间设置发射滤光片；

荧光接收电路板，与所述荧光探头相对应；

准直聚焦器，通过光纤与所述光纤转接组件光学连接；

主控板，与所述光源和所述荧光接收电路板电气连接。

优选地，还包括有探测器底壳和探测器盖，所述探测器主体设置于所述探测器底壳和所述探测器盖围成的空间内。

优选地，所述光源远离所述第二光传输路径的一侧设置有散热片。

优选地，所述准直聚焦器内部设置有准直聚焦透镜组。

优选地，所述折光镜片设置为分光镜或者二向色镜。

优选地，所述荧光探头为PD光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管、SiPM光电管或者CMOS探测器。

优选地，所述光源为LED光源、激光或者卤钨灯泡。

优选地，所述主控板包括MCU微控制器、ADC电路模块、低通滤波电路模块、前置放大电路模块、信号传送电路模块、信号接口模块、数控DAC恒流模块和程控输出模块，所述信号接口模块通过所述信号传送电路模块与所述MCU微控制器通信连接，所述荧光接收电路板依次通过所述前置放大电路模块、所述低通滤波电路模块和所述ADC电路模块与所述MCU微控制器通信连接，所述光源通过所述程控输出模块与所述数控DAC恒流模块通信连接，所述程控输出模块和所述数控DAC恒流模块与所述MCU微控制器通信连接。

优选地，所述MCU微控制器设置为STM32或DSP单片机。

优选地，所述信号传送电路模块设置为RS232或RS485电路模块。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

光源发出的光，经过光源准直透镜、激发滤光片变为准直的单色光源，经过折光镜片偏折后，得到竖直方向的激发光束。竖直方向的激发光束经过耦合透镜耦合进光纤转接组件。光纤转接组件与准直聚焦器通过光纤进行光学连接。进而使激发光束聚焦照射在待测样品上。待测样品受到激发后，发射出荧光。根据光路的可逆性，荧光会通过准直聚焦透镜组耦合进光纤，到达光纤转接组件，穿过耦合透镜、折光镜片、发射滤光片，得到较为纯净的荧光光信号，到达探测器主体外部设置的荧光探头。与荧光探头相对应设置有荧光接收电路板，将荧光光信号转化为电信号。

如此设置，利用光纤的抗电磁干扰、防漏光的特性，提高探测器的信噪比；适用于距离较远或空间狭小的待测荧光物质激发及荧光信号探测；集成了激发光路、荧光检测光路、信号探测及转换电路、光源控制电路，提供荧光信号值的数字输出，可以直接与计算机相连，便于传送到计算机进行实时数据分析；该系统体积小、结构紧凑，生产简单，便于批量生产、分级质检及维护维修。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一些示例性实施例示出的本高性能光纤荧光探测器的系统示意图；

图2是根据一些示例性实施例示出的本高性能光纤荧光探测器的分解结构图；

图3是根据一些示例性实施例示出的本高性能光纤荧光探测器的电路功能框图。

图中：1、探测器主体；101、光源；102、光源准直透镜；103、激发滤光片；104、折光镜片；105、耦合透镜；106、发射滤光片；107、荧光探头；108、荧光接收电路板；109、散热片；2、主控板；3、光纤转接组件；324、光纤；4、准直聚焦器；401、准直聚焦透镜组；5、探测器底壳；6、探测器盖。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本申请的一些方面相一致的装置或方法的例子。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。

参考图1-图3，本具体实施方式提供了一种高性能光纤荧光探测器，包括探测器主体1、光源101、准直透镜102、激发滤光片103、折光镜片104、光纤转接组件3、荧光探头107、荧光接收电路板108、准直聚焦器4和主控板2。

探测器主体1内部设置有第一光传输路径和第二光传输路径，第一光传输路径垂直交汇于第二光传输路径的中部，具体地，第二光传输路径贯穿探测器主体1的两侧，第一光传输路径由探测器主体1的一侧贯穿、并连通于第二光传输路径的中部。

光源101、准直透镜102和激发滤光片103沿靠近第二光传输路径的方向依次设置于第一光传输路径；折光镜片104设置于第一光传输路径和第二光传输路径的交汇处，并与第一光传输路径形成45度夹角，以使得第一光传输路径的光通过折光镜片104折射到第二光传输路径内并沿第二光传输路径传输；光纤转接组件3和荧光探头107分别设置于第二光传输路径的两端，折光镜片104和光纤转接组件3之间设置耦合透镜105，折光镜片104和荧光探头107之间设置发射滤光片106；荧光接收电路板108与荧光探头107相对应；准直聚焦器4通过光纤324与光纤转接组件3光学连接；主控板2与光源101和荧光接收电路板108电气连接。

如图1所示，探测器主体1侧壁设置光源101，光源101后方设置散热片109，用于光源101的散热。探测器主体1内部沿水平方向设置光源准直透镜102、激发滤光片103,与水平方向成45度角设置有折光镜片104。光源101发出的光，经过光源准直透镜102、激发滤光片103变为准直的单色光源，经过折光镜片104偏折后，得到竖直方向的激发光束。

探测器主体1内部沿竖直方向设置有光纤转接组件3，耦合透镜105、发射滤光片106。竖直方向的激发光束经过耦合透镜105耦合进光纤转接组件3。光纤转接组件3与准直聚焦器4通过光纤324进行光学连接。准直聚焦器4内部设置有准直聚焦透镜组401。进而使激发光束聚焦照射在待测样品上。待测样品受到激发后，发射出荧光。

根据光路的可逆性，荧光会通过准直聚焦透镜组401耦合进光纤324，到达光纤转接组件3，穿过耦合透镜105、折光镜片104、发射滤光片106，得到较为纯净的荧光光信号，到达探测器主体1外部设置的荧光探头107。与荧光探头107相对应设置有荧光接收电路板108，将荧光光信号转化为电信号。

如此设置，利用光纤324的抗电磁干扰、防漏光的特性，提高探测器的信噪比；适用于距离较远或空间狭小的待测荧光物质激发及荧光信号探测；集成了激发光路、荧光检测光路、信号探测及转换电路、光源101控制电路，提供荧光信号值的数字输出，可以直接与计算机相连，便于传送到计算机进行实时数据分析；该系统体积小、结构紧凑，生产简单，便于批量生产、分级质检及维护维修，可广泛应用在微流控、生物医学检测、药物筛选、生化战剂检测、生物气溶胶检测等领域。

其中，折光镜片104设置为分光镜或者二向色镜。

荧光探头107为PD光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管、SiPM光电管或者CMOS探测器，优选为PD光电二极管。

光源101为LED光源101、激光或者卤钨灯泡。优选为LED光源101。

而且，高性能光纤荧光探测器还包括有探测器底壳5和探测器盖6，探测器主体1设置于探测器底壳5和探测器盖6围成的空间内，以对探测器主体1进行防护，以避免外界的干扰。

如图2所示，高性能光纤荧光探测器的生产步骤包括：

首先将光源101、光源准直透镜102、激发滤光片103依次沿水平方向安装，与水平方向成45度角安装折光镜片104，沿竖直方向安装耦合透镜105、发射滤光片106；

将荧光探头107安装在荧光接收电路板108上，荧光接收电路板108安装在探测器主体1上；

将散热片109安装在光源101的后方；

将光源101、荧光接收电路板108与主控板2通过导线进行电气连接；

探测器主体1前部安装光纤转接组件3；

将上述步骤已安装好的部件整体放入探测器底壳5内并固定；

准直聚焦器4内部安装准直聚焦透镜组401；

光纤324的一端安装在光纤转接组件3上，另一端安装在准直聚焦器4上；

安装探测器盖6。

一些实施例中，主控板2包括MCU微控制器、ADC电路模块、低通滤波电路模块、前置放大电路模块、信号传送电路模块、信号接口模块、数控DAC恒流模块和程控输出模块。

信号接口模块通过信号传送电路模块与MCU微控制器通信连接，荧光接收电路板108依次通过前置放大电路模块、低通滤波电路模块和ADC电路模块与MCU微控制器通信连接，光源101通过程控输出模块与数控DAC恒流模块通信连接，程控输出模块和数控DAC恒流模块与MCU微控制器通信连接。

如图3所示，荧光接收电路板108，将荧光光信号转化为电信号。在主控板2上，经过前置放大电路、低通滤波电路、ADC电路模块，转换为数字量的荧光信号，送至MCU微控制器中进行数据处理。处理后的数据经过信号传送电路模块，传送至信号接口模块。

通过信号接口模块、信号传送电路模块，传输控制信号给MCU微控制器，控制数控DAC恒流模块输出所需的电流，再控制程控输出模块输出相应的恒流至光源101，进而控制光源101的发光或关断。

至此，完成整个荧光信号采集、激发光源控制的过程。在此过程中，电源接口通过电路滤波电路模块，得到较为纯净的电源，为各电路提供电能。

其中，MCU微控制器设置为STM32或DSP单片机。信号传送电路模块设置为RS232或RS485电路模块。

需要说明的是，本文所表述的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本文的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本申请提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，但可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种高性能光纤荧光探测器，其特征在于，包括：

探测器主体(1)，所述探测器主体(1)内部设置有第一光传输路径和第二光传输路径，所述第一光传输路径垂直交汇于所述第二光传输路径的中部；

光源(101)、准直透镜(102)和激发滤光片(103)，沿靠近所述第二光传输路径的方向依次设置于所述第一光传输路径；

折光镜片(104)，设置于所述第一光传输路径和所述第二光传输路径的交汇处，并与所述第一光传输路径形成45度夹角；

光纤转接组件(3)和荧光探头(107)，分别设置于所述第二光传输路径的两端，所述折光镜片(104)和所述光纤转接组件(3)之间设置耦合透镜(105)，折光镜片(104)和所述荧光探头(107)之间设置发射滤光片(106)；

荧光接收电路板(108)，与所述荧光探头(107)相对应；

准直聚焦器(4)，通过光纤(324)与所述光纤转接组件(3)光学连接；

主控板(2)，与所述光源(101)和所述荧光接收电路板(108)电气连接。

2.根据权利要求1所述的高性能光纤荧光探测器，其特征在于，还包括有探测器底壳(5)和探测器盖(6)，所述探测器主体(1)设置于所述探测器底壳(5)和所述探测器盖(6)围成的空间内。

3.根据权利要求1所述的高性能光纤荧光探测器，其特征在于，所述光源(101)远离所述第二光传输路径的一侧设置有散热片(109)。

4.根据权利要求1所述的高性能光纤荧光探测器，其特征在于，所述准直聚焦器(4)内部设置有准直聚焦透镜组(401)。

5.根据权利要求1所述的高性能光纤荧光探测器，其特征在于，所述折光镜片(104)设置为分光镜或者二向色镜。

6.根据权利要求1所述的高性能光纤荧光探测器，其特征在于，所述荧光探头(107)为PD光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管、SiPM光电管或者CMOS探测器。

7.根据权利要求1所述的高性能光纤荧光探测器，其特征在于，所述光源(101)为LED光源(101)、激光或者卤钨灯泡。

8.根据权利要求1所述的高性能光纤荧光探测器，其特征在于，所述主控板(2)包括MCU微控制器、ADC电路模块、低通滤波电路模块、前置放大电路模块、信号传送电路模块、信号接口模块、数控DAC恒流模块和程控输出模块，所述信号接口模块通过所述信号传送电路模块与所述MCU微控制器通信连接，所述荧光接收电路板(108)依次通过所述前置放大电路模块、所述低通滤波电路模块和所述ADC电路模块与所述MCU微控制器通信连接，所述光源(101)通过所述程控输出模块与所述数控DAC恒流模块通信连接，所述程控输出模块和所述数控DAC恒流模块与所述MCU微控制器通信连接。

9.根据权利要求8所述的高性能光纤荧光探测器，其特征在于，所述MCU微控制器设置为STM32或DSP单片机。

10.根据权利要求8所述的高性能光纤荧光探测器，其特征在于，所述信号传送电路模块设置为RS232或RS485电路模块。

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