CN218823929U - 一种可连续使用荧光薄膜传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可连续使用荧光薄膜传感器，包括流体泵、荧光检测单元、流体入口、流体出口、电控滑轨、多个联通装置和多个荧光薄膜细管，多个所述荧光薄膜细管通过与多个所述联通装置通过交替联通实现顺次串联，所述流体泵设置在所述流体出口处并提供负压，所述电控滑轨沿所述荧光薄膜细管的排列方向铺设，所述荧光检测单元安装在所述电控滑轨上并可沿所述电控滑轨往复移动，所述荧光检测单元的发光模块朝向所述荧光薄膜细管，所述流体入口可通过所述联通装置向任意所述荧光薄膜细管通入待检测流体。从而可以大幅度降低固体荧光敏感材料更换频率。

Description

一种可连续使用荧光薄膜传感器

技术领域

本实用新型属于荧光传感器技术领域，具体涉及一种可连续使用荧光薄膜传感器。

背景技术

荧光类传感器具有灵敏度高、选择性高、体积小、成本低等优势，近年来成为了一种被广为使用的传感器设计原理，其核心原理是设计具有特异选择性的荧光材料，当这些材料与目标物质接触后可产生特定的荧光光谱变化。因此可以通过监测荧光材料的光谱变化确定是否有目标检测物质。当被检测物质为流体时，为了提高响应速度和检测效率，往往使用固体荧光材料对其进行检测。为了进一步提高灵敏度，往往会通过材料工程手段将检测材料纳米化以提供更高的比表面积以利于与流体接触。

附图1中提供了荧光类传感器的工作原理，对于需要监测的流体中的目标物质，常见的敏感材料与流体接触的装置如下：平面涂抹荧光敏感膜再将流体垂直流过的方式会导致流体遇到薄膜后受到阻挡，各个方向的流向不确定性，从而降低了重复性。平面涂抹荧光敏感膜再将流体水平流过的方式会导致有一侧的流体没有被利用。而将荧光敏感材料涂抹于细管或者毛细管内壁再使流体流过毛细管的装置具有诸多优势，首先管路很细可以充分利用流体多接触各个方向的侧壁，并且由于管的限制效果流体有明确的流向与流速，使传感器具有更好重现性。

但是荧光敏感材料的荧光强度和灵敏度随使用时间衰减较快，原因包含多个方面，在实际使用中很难避免。首先，某些荧光材材料通过化学反应的手段使光谱变化，因此对于使用过一段时间的材料其灵敏度会逐步下降直至完全失效，因此需要更换。第二，由于荧光传感器在使用过程中需要使用激发光使材料进入激发态，而激发态分子的电子处于高能级容易与流体中的水、氧气等物质发生作用从而变质，导致灵敏度降低。第三，随着多次检测过程，来自于空气中或者液体中的固体粉尘颗粒往往也会随着流体与传感材料表面接触进而产生不可逆的吸附，降低灵敏度。这种灵敏度衰减效应在通过加热等方法是固体物质气化后检测其蒸气的应用上尤其明显。因此，虽然可以从材料设计、激发光选择、荧光探测设备工作模式优化等方面改进材料的寿命，但是需要经常性更换传感器元件的需求依然存在而人为更换在需要长期检测的领域上带来不便。而使用机械结构模拟人的动作更换荧光敏感材料或其载体则需要较为复杂的设备和较大的设备体积。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可连续使用荧光薄膜传感器，从而可以大幅度降低固体荧光敏感材料更换频率，对于需要使用荧光材料长期监测的应用领域具有较高的实用价值。

为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：一种可连续使用荧光薄膜传感器，包括流体泵、荧光检测单元、电控滑轨、多个联通装置和多个荧光薄膜细管，多个所述荧光薄膜细管通过与多个所述联通装置交替分布并顺次串联，形成荧光薄膜细管管组，所述联通装置为两向流体通路，所述两向流体通路的第一和第二通路分别与其相邻的两个所述荧光薄膜细管联通，所述荧光薄膜细管管组的一端设有流体出口，另一端插入有伸入其内部的细针，所述细针插入所述荧光薄膜细管管组内部的部分可在所述荧光薄膜细管管组的两端之间移动，所述细针插入所述荧光薄膜细管管组内部的针头处构成流体入口，所述流体泵设置在所述流体出口处并提供负压，所述电控滑轨沿所述荧光薄膜细管的排列方向铺设，所述荧光检测单元安装在所述电控滑轨上并可沿所述电控滑轨往复移动，所述荧光检测单元的发光模块朝向所述荧光薄膜细管。

本实用新型提供的上述可连续使用荧光薄膜传感器的装置，其采用多个荧光薄膜细管串联的方式，进行流体检测时，通过流体入口控制流体最先进入靠近流体泵的荧光薄膜细管进行检测，当靠近流体泵的荧光薄膜细管检测灵敏度下降或者需要更换时，仅需改变流体入口通过的串联荧光薄膜细管至远离流体泵的下一个荧光薄膜细管进行检测即可，所述荧光检测单元沿电控滑轨移动到相应的荧光薄膜细管处进行荧光检测，当多个串联的荧光薄膜细管完全使用完毕，失去使用价值后，更换整体串联的多个荧光薄膜细管。上述方案的有益效果是通过流体泵负压端驱动流体，使流体按照到流体泵的最短路径运动，从而只通过正在被使用的荧光薄膜细管和已经弃用的荧光薄膜细管，流体不流过未使用的荧光薄膜细管。通过采用上述可连续使用荧光薄膜传感器的装置最终实现了大幅降低敏感元件更换频率的目的。上述装置通过细针实现将流体引入任意一个荧光薄膜细管的作用。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。

具体的，所述流体泵的进口设有过滤膜。所述流体泵用于驱动被检测流体进入所述荧光薄膜细管的流动方向，其负压端接入所述荧光薄膜传感器装置。

具体的，所述荧光检测单元，包括激发光模块、二向色镜和荧光探测器，所述激光发光模块通过二向色镜向所述荧光薄膜细管发射激发光，所述荧光探测器用于接收所述荧光薄膜细管产生的荧光。具体的，所述激发光模块为LED光源或者激光光源，所述荧光探测器为光强探测器或者荧光光谱仪。该激发光通过二向色镜反射射入荧光薄膜细管，其内部的敏感物质薄膜产生荧光，所述荧光探测器连续监测荧光信号，从而确定荧光信号变化。

具体的，所述荧光薄膜细管为内壁涂有荧光敏感材料薄膜的细管，所述细管为玻璃管、石英管或塑料管。具体的，所述荧光敏感材料为纳米材料。可选的，荧光敏感材料为零维纳米材料(三个维度均为纳米级别)，一维纳米材料(两个维度为纳米级别，例如纳米线，纳米纤维网等)，二维纳米材料(一个维度为纳米级别，例如纳米片，纳米薄膜等)。

具体的，所述联通装置与荧光薄膜细管的连接处设有弹性密封垫圈。所述弹性密封垫圈可以例如硅胶圈、橡胶圈、特氟龙圈等，上述设置使荧光薄膜细管外侧密封。所述联通装置的流通通路内径不大于所述荧光薄膜细管的流通通路内径，从而令所述联通装置两端具有阻隔所述荧光薄膜细管在所述激发光模块照射后在内部产生光波导随后跨越所述联通装置传播激发光的物理结构，可选方案也可以为所述联通装置的敏感元件细管接触面的壁厚不小于敏感元件细管单侧壁厚，用以隔绝细管壁中光波导跨越所述联通装置使激发光进入未使用的荧光薄膜细管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的上述可连续使用荧光薄膜传感器的装置，通过串联多个荧光薄膜细管提高荧光薄膜传感器的检测寿命，避免了频繁更换一个元件带来的不变。设计上逐级依次使用荧光薄膜细管，可动结构少，共用荧光检测单元、流体泵和流体通路，流体通路不影响未使用的荧光薄膜细管，从而解决了共用流体通路交叉污染的问题，通过联通装置隔离多个荧光薄膜细管，从而避免激发光波导导致未使用的敏感元件寿命下降的问题，提高整个系统稳定性。

附图说明

图1是现有的荧光薄膜传感器的工作原理示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的可连续使用荧光薄膜传感器的装置结构示意图。

1、流体泵；2、流体出口；3、联通装置；4、荧光检测单元；5、荧光薄膜细管；7、细针；8、电控滑轨。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图及具体实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本实用新型提供了一种可连续使用荧光薄膜传感器，包括流体泵1、荧光检测单元4、电控滑轨8、多个联通装置3和多个荧光薄膜细管5，多个所述荧光薄膜细管5通过与多个所述联通装置3交替分布并顺次串联形成荧光薄膜细管管组，所述联通装置3为两向流体通路，所述两向流体通路的第一和第二通路分别与其相邻的两个所述荧光薄膜细管5联通，所述荧光薄膜细管管组的一端设有流体出口2，另一端插入有伸入其内部的细针7，所述细针7插入所述荧光薄膜细管管组内部的部分可在所述荧光薄膜细管管组的两端之间移动，所述细针7插入所述荧光薄膜细管管组内部的针头处构成流体入口，所述流体泵1设置在所述流体出口2处并提供负压，所述电控滑轨8沿所述荧光薄膜细管5的排列方向铺设，所述荧光检测单元4安装在所述电控滑轨8上并可沿所述电控滑轨8往复移动，所述荧光检测单元4的激发光模块朝向所述荧光薄膜细管5。

本实用新型提供的上述可连续使用荧光薄膜传感器的装置，其采用多个荧光薄膜细管5串联的方式，进行流体检测时，通过流体入口控制流体最先进入靠近流体泵1的荧光薄膜细管5进行检测，当靠近流体泵1的荧光薄膜细管5检测灵敏度下降或者需要更换时，仅需改变流体入口通过的串联荧光薄膜细管5至远离流体泵的下一个荧光薄膜细管5进行检测即可，所述荧光检测单元4沿电控滑轨8移动到相应的荧光薄膜细管5处进行荧光检测，当多个串联的荧光薄膜细管5完全使用完毕，失去使用价值后，更换整体串联的多个荧光薄膜细管。上述方案的有益效果是通过流体泵1负压端驱动流体，使流体按照到流体泵的最短路径运动，从而只通过正在被使用的荧光薄膜细管和已经弃用的荧光薄膜细管，流体不流过未使用的荧光薄膜细管。通过采用上述可连续使用荧光薄膜传感器的装置最终实现了大幅降低敏感元件更换频率的目的。上述装置通过细针实现将流体引入任意一个荧光薄膜细管的作用。

具体的，所述流体泵1的进口设有过滤膜。所述流体泵1用于驱动被检测流体进入所述荧光薄膜细管的流动方向，其负压端接入所述荧光薄膜传感器装置。

具体的，所述荧光检测单元4，包括激发光模块、二向色镜和荧光探测器，所述激光发光模块通过二向色镜向所述荧光薄膜细管发射激发光，所述荧光探测器用于接收所述荧光薄膜细管产生的荧光。具体的，所述激发光模块为LED光源或者激光光源，所述荧光探测器为光强探测器或者荧光光谱仪。该激发光通过二向色镜反射射入荧光薄膜细管，其内部的敏感物质薄膜产生荧光，所述荧光探测器连续监测荧光信号，从而确定荧光信号变化。

具体的，所述荧光薄膜细管5为内壁涂有荧光敏感材料薄膜的细管，所述细管为玻璃管、石英管或塑料管。具体的，所述荧光敏感材料为纳米材料。可选的，荧光敏感材料为零维纳米材料(三个维度均为纳米级别)，一维纳米材料(两个维度为纳米级别，例如纳米线，纳米纤维网等)，二维纳米材料(一个维度为纳米级别，例如纳米片，纳米薄膜等)。

具体的，所述联通装置3与荧光薄膜细管5的连接处设有弹性密封垫圈。所述弹性密封垫圈可以例如硅胶圈、橡胶圈、特氟龙圈等，上述设置使荧光薄膜细管外侧密封。所述联通装置3的流通通路内径不大于所述荧光薄膜细管5的流通通路内径，从而令所述联通装置两端具有阻隔所述荧光薄膜细管在所述激发光模块照射后在内部产生光波导随后跨越所述联通装置传播激发光的物理结构，可选方案也可以为所述联通装置的敏感元件细管接触面的壁厚不小于敏感元件细管单侧壁厚，用以隔绝细管壁中光波导跨越所述联通装置使激发光进入未使用的荧光薄膜细管。

实施例

如图2所示，本实用新型提供了一种可连续使用荧光薄膜传感器，采用多个荧光薄膜细管5串联的结构实现了大幅降低敏感元件更换频率的目的。检测路径组成包括流体泵1、荧光薄膜细管5、可移动的细针7、双向流体通路的联通装置3。当某个荧光薄膜细管5需要放弃使用时，荧光检测单元4在滑轨8上移动到下一个荧光薄膜细管5位置，细针7移动至该荧光薄膜细管5对应的进口处。此外双向流体通路的联通装置3具有通过待检测流体、通过细针7、固定荧光薄膜细管5、保证荧光薄膜细管5密封、隔绝荧光薄膜细管5中激发光波导等作用。荧光薄膜细管5的使用顺序为从靠近流体泵1端到远离流体泵1端，由流体泵1对流体的驱动，没有被启用的敏感元件不会有流体流过，而双向流体通路的联通装置3通过遮挡荧光薄膜细管5的方式避免了激发光进入临近未使用的荧光薄膜细管5，从而保证其在使前灵敏度没有受到影响。该设计对于每个荧光薄膜细管5得流量一致，从而保证了检测效果得一致性。使用时，流体出口2、联通装置3、荧光薄膜细管5作为一个更换单元统一更换，并将细针7的位置和荧光检测单元4的位置至于初始值即可。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可连续使用荧光薄膜传感器，其特征在于，包括流体泵(1)、荧光检测单元(4)、电控滑轨(8)、多个联通装置(3)和多个荧光薄膜细管(5)，多个所述荧光薄膜细管(5)通过与多个所述联通装置(3)交替分布并顺次串联，形成荧光薄膜细管管组，所述联通装置(3)为两向流体通路，所述两向流体通路的第一和第二通路分别与其相邻的两个所述荧光薄膜细管(5)联通，所述荧光薄膜细管管组的一端设有流体出口(2)，另一端插入有伸入其内部的细针(7)，所述细针(7)插入所述荧光薄膜细管管组内部的部分可在所述荧光薄膜细管管组的两端之间移动，所述细针(7)插入所述荧光薄膜细管管组内部的针头处构成流体入口，所述流体泵(1)设置在所述流体出口(2)处并提供负压，所述电控滑轨(8)沿所述荧光薄膜细管(5)的排列方向铺设，所述荧光检测单元(4)安装在所述电控滑轨(8)上并可沿所述电控滑轨(8)往复移动，所述荧光检测单元(4)的激发光模块朝向所述荧光薄膜细管(5)。

2.根据权利要求1所述的可连续使用荧光薄膜传感器，其特征在于：所述流体泵(1)的进口设有过滤膜。

3.根据权利要求1所述的可连续使用荧光薄膜传感器，其特征在于：所述荧光检测单元(4)包括激发光模块、二向色镜和荧光探测器，激光发光模块通过二向色镜向所述荧光薄膜细管发射激发光，荧光探测器用于接收荧光薄膜细管产生的荧光信号变化。

4.根据权利要求3所述的可连续使用荧光薄膜传感器，其特征在于：所述激发光模块为LED光源或者激光光源。

5.根据权利要求1-3任一项所述的可连续使用荧光薄膜传感器，其特征在于：所述荧光薄膜细管(5)为内壁涂有荧光敏感材料薄膜的细管，所述细管为玻璃管、石英管或塑料管。

6.根据权利要求1-3任一项所述的可连续使用荧光薄膜传感器，其特征在于：所述联通装置(3)与荧光薄膜细管(5)的连接处设有弹性密封垫圈。

7.根据权利要求1-3任一项所述的可连续使用荧光薄膜传感器，其特征在于：所述联通装置(3)的流通通路内径不大于所述荧光薄膜细管(5)的流通通路内径。

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