CN2854577Y - 反射式光纤生化传感模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种反射式光纤生化传感模块，针对血红蛋白(HB)和谷丙转氨酶(ALT)生化传感试条在不同波段的特征吸收，利用测量反射光强可实现对上述两个生化参数的测量。本模块由光源/探测部分，光路部分及试条加载架部分组成，三者通过螺孔与螺钉连接并精确定位。本实用新型的三个组成模块相互独立，既便于系统各部分的元件更换及维护，也便于该装置与其他检测单元结合组成完整的传感模块器或仪表；另外，光路部分采用光纤，光源与光纤及光纤与光电探测器之间均直接耦合，未使用微透镜等分立光学元件，使光路的调节更简便、灵活且具有高的稳定性。本实用新型整体设计体积小，灵活性高，在基于光反射原理基础上的传感领域具有广泛应用。

Description

反射式光纤生化传感模块

技术领域

本实用新型涉及光学传感器技术领域，特别涉及了一种反射式光纤传感模块，结合不同生化试条传感器，可实现对血红蛋白(HB)和谷丙转氨酶(ALT)等生化参数的测量。

背景技术

光学传感器具有相应速度快，灵敏度高，抗电磁干扰能力强等特点，是传感器领域内的重要分支。反射式光学传感器的基本测量原理是待检测物质对某一特定波长的光波具有特征吸收，待检测物经对应波段的光照射后，其浓度不同，对光波的吸收程度不同，造成光反射强度随检测物浓度变化，利用光电敏感元件，将光强变化转换为电信号变化，根据特定关系即可反推待检测物的浓度。

血红蛋白(HB)和谷丙转氨酶(ALT)是人体两个重要的生化参数，其浓度测定具有广泛意义。医院一般采用大型生化分析仪，其缺点是仪器贵重，操作复杂，不便于携带等。目前，便携式光学生化分析仪器的研究与开发倍受关注，并有相关产品面世，但仍存在一些不足：

1.多数小型仪表的光路部分采用发光二极管(LED)和积分球结合，优点是光分布均匀，且利于同时监测光源稳定性；但缺点是照射到试条敏感区的光强减弱，使检测灵敏度下降，且光源与光电探测器集成于积分球内，如有损坏，不易更换，而且由于采用积分球，使生产成本增高。

2.部分仪表采用微型光学元件，包括微透镜，微分束镜等对光波进行汇聚和分束，优点是结构简单；缺点是光路稳定性差，且灵敏度低。

实用新型内容

针对上述分析，本实用新型的目的是提供一种小型，稳定且灵活性、灵敏度高的反射式光纤传感模块，其结合相应生化试条传感器，可对人体血红蛋白(HB)和谷丙转氨酶(ALT)等生化参数进行快速测量。

为达上述目的，本实用新型的技术解决方案是提供一种反射式光纤生化传感模块，为三个相互独立的功能部分组成，分别为光源/探测部分，光路部分和试条加载架部分，其光源/探测部分位于光路部分的正上方，光路部分位于试条加载架部分的正上方，三者叠加后，通过螺钉连接，并对光电耦合定位；其：

光源/探测部分，由壳体，发光二极管，光电探测器组成，其中，倒置的T形壳体，从底面向上开有四个盲孔，四个盲孔可任意排列，从左至右，各盲孔内顺序装设有光电探测器、发光二极管、发光二极管和光电探测器，发光二极管和光电探测器各自的导线从上方伸出，与相关部件电连接；

光路部分，包括第二壳体，复数根光纤和相对应的复数个光纤探头，其中，第二壳体为封闭的柱体，柱体内有空腔，其上端面开有四孔，孔的大小与位置，和光源/探测部分的壳体的四个盲孔相适配；其下端面开有两孔；第二壳体的空腔内设有六路光纤，第二壳体的上、下端面的孔内固设有光纤探头，其中，第二壳体端面左侧的探头连接耦合有第一光纤上端，第二壳体上端面中间的第一探头连接耦合有第二光纤、第三光纤上端，中间的第二探头连接耦合有第四光纤、第五光纤上端，第二壳体上端面右侧的探头连接耦合有第六光纤上端；其中，第一、第二、第四光纤下端与下端面的左侧光纤探头耦合相连，第三、第五、第六光纤下端与下端面的右侧光纤探头耦合相连，下端面的右侧光纤探头下方，在开孔下口内壁固设有全反镜；

试条加载架部分，由第三壳体和检测槽组成，平板状的第三壳体左端与光路部分的第二壳体左侧平齐相配，右端凸出于第二壳体右侧，第三壳体上表面开有水平的检测槽，检测槽右端敞口，敞口与生化试条传感器的待测物储槽相连，检测槽位于第二壳体下端面两孔的下方，且从下方覆盖于两孔下口。

所述的反射式光纤生化传感模块，其所述两个发光二极管，为同中心波长或不同中心波长的发光二极管。

所述的反射式光纤生化传感模块，其所述两个光电探测器，型号完全相同，为光敏电阻或光电二、三极管，其中之一用于测量传感器试条的反射光信号，其中之二用于监测光源及整个装置的稳定性。

所述的反射式光纤生化传感模块，其所述第二壳体下端面的右侧光纤探头内，两路入射光纤随机排列，并被反射光纤在外周圈包围；第二壳体上端面中间的第一、第二探头内，两路光纤随机排列。

所述的反射式光纤生化传感模块，其所述第二壳体上端面开的四个通孔，与第一壳体上的四个盲孔中心对齐。

所述的反射式光纤生化传感模块，其所述发光二极管、光纤、光电探测器相互之间的连接，均采用直接耦合方式。

所述的反射式光纤生化传感模块，其所述三个部分的壳体材料皆为聚四氟乙烯。

所述的反射式光纤生化传感模块，其所述光纤为多模光纤，纤芯的材料为石英玻璃。

本实用新型反射式光纤传感模块，LED与光纤及光纤与光电探测器均采用直接耦合方式，这种方式具有最高的耦合效率，保证光路稳定性的同时，也提高了检测的灵敏度。

本实用新型采用光纤作为传光及分光元件，使系统更易调节；采用发光二极管作为光源，保证了系统的小型化；采用集成模块化结构，使本实用新型更具灵活性。

综上所述，本实用新型的特点是体积小，灵敏度高，且具有模块化特点，使整套装置具有更高的灵活性和实用性。

附图说明

图1为本实用新型反射式光纤生化传感模块结构示意图；

图2为本实用新型中光纤结构示意图；

图3为本发明中光纤探头内光纤纤芯排列示意图，其中：

图3(a)为入射光纤随机排列，反射光纤包围入射光纤；

图3(b)为信号光纤与参考光纤随机排列；

图4为使用本实用新型模块的传感器对全血中血红蛋白浓度测试结果示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型反射式光纤生化传感模块，为三个相互独立的功能部分组成，分别为光源/探测部分1，光路部分2和试条加载架部分3，其光源/探测部分1位于光路部分2的正上方，光路部分2位于试条加载架部分3的正上方，三者叠加后，通过螺钉连接，并对光电耦合定位。光源/探测部分1，由壳体1a，发光二极管(LED)4、5，光电探测器6、7组成，其中，倒置的T形壳体1a，从底面向上开有四个盲孔，四个盲孔可任意排列，图1中四盲孔为一字形排列。从左至右，各盲孔内顺序装设有光电探测器6、发光二极管4、发光二极管5和光电探测器7，盲孔底部有二个通孔，光电探测器6、发光二极管4、发光二极管5和光电探测器7各自的电极导线15从上方通孔伸出，与相关部件电连接。两个光电探测器6、7的型号完全相同，其中光电探测器6用于测量传感器试条的反射光信号，光电探测器7用于监测光源及整个装置的稳定性。

光路部分2，包括壳体2a，复数根光纤8和相对应的复数个光纤探头，其中，壳体2a为封闭的柱体，可为方形、圆形、多边形柱体，柱体内有空腔16，其上端面开有四孔，孔的大小与位置，和光源/探测部分1的壳体1a的四个盲孔相适配，且共一中心轴；其下端面开有两孔。壳体2a的空腔16内设有复数根光纤8，图1所示为采用六路光纤。壳体2a的上、下端面的孔内固设有光纤探头，其中，壳体2a上端面左侧的探头12连接耦合有光纤8a上端，壳体2a上端面中间的两个探头11、13分别连接耦合有光纤8b、8c和光纤8d、8e上端，壳体2a上端面右侧的探头14连接耦合有光纤8f上端。六根光纤8的下端，分别与壳体2a下端面的两个孔内的光纤探头耦合相连，其中，光纤8a、8b、8d下端与左侧光纤探头10耦合相连，光纤8c、8e、8f下端与右侧光纤探头9耦合相连。右侧光纤探头9下方，在开孔下口内壁固设有全反镜9a，参见图2。

光纤探头10内，两路入射光纤随机排列，并被反射光纤在外周圈包围，如图3(a)所示；光纤探头11、13内，两路光纤随机排列，如图3(b)所不。

试条加载架部分3，由壳体3a和检测槽3b组成，平板状的壳体3a左端与光路部分2的壳体2a左侧平齐相配，右端凸出于壳体2a右侧，壳体3a上表面开有水平的检测槽3b，检测槽3b右端敞口，敞口与生化试条传感器的待测物储槽相连，检测槽3b位于光路部分2壳体2a下端面两孔的下方，且从下方覆盖于两孔下口。

上述壳体1a、2a、3a的材料皆为聚四氟乙烯；光纤8a、8b、8c、8d、8e、8f为多模光纤，纤芯的材料为石英玻璃。

采用上述结构方式，可方便的对各功能部分进行单独维护，不影响其他部分的正常工作和精度，从而使整个光纤生化传感模块具有很高的灵活性。

本实用新型的反射式光纤传感模块，根据血红蛋白(HB)和谷丙转氨酶(ALT)不同的吸收特性，选择两款具有不同中心波长的发光二极管(LED)4、5作为光源，光电探测器则完全相同以准确反映光源及系统的不稳定性。

本实用新型的实施例是测量全血中血红蛋白的浓度。

检测反应原理如方程式(1)描述。全血中血红蛋白与铁氰化钾发生氧化反应，生成高铁血红蛋白。

     (1)

利用光谱仪获得高铁血红蛋白在整个可见光波段的反射光谱，分析发现高铁血红蛋白对570nm附近的光具有最大反射率，其反射光强随血红蛋白浓度变化具有最大的梯度变化。因此本实用新型选取中心波长为570nm的发光二极管(LED)作为光源。

测量时，在传感器试条敏感区滴加全血后，插入本实用新型试条加载架模块3中。发光二极管4、5发出中心波长为570nm的黄绿光，经光纤探头11或13直接耦合进光纤8b、8c、8d、8e。耦合光被分为两路，其中一路光纤8b、8d的光波，经反射式光纤探头10入射到传感器试条的敏感区，光纤探头10同时采集试条反射光，并由光电探测器6记录，此即为样品信号光；另一路光纤8c、8e的光波，经光纤探头9至全反镜9a反射后，经光纤探头14与光电探测器7耦合，此为参考光信号。参考信号光路与样品信号光路完全对称，光电传感器亦完全相同，因此参考信号能够实时监测光源及整个系统，利用差分原理，消除各方面的不稳定因素，提高系统的稳定性及灵敏度。差分信号强度值与全血中血红蛋白浓度成特定函数关系，因此根据获得的差分信号即可反推全血中血红蛋白的浓度。附图4为使用本实用新型获得的全血中血红蛋白的浓度与实际浓度相关度关系。

以上针对血红蛋白测试为实例说明。本实用新型包括两个发光二极管4、5，选取不同的波长，结合不同传感试条，可同时测量两种不同的生化参数，并不限与血红蛋白浓度测量；另外，由于本系统采用模块化设计，发光二极管4、5易于更换，因此选用其他不同波长发光二极管可在不影响整个系统稳定性的基础上，实现更多参数的测量，使本实用新型更具灵活性。

Claims (8)

1.一种反射式光纤生化传感模块，为三个相互独立的功能部分组成，分别为光源/探测部分，光路部分和试条加载架部分，其光源/探测部分位于光路部分的正上方，光路部分位于试条加载架部分的正上方，三者叠加后，通过螺钉连接，并对光电耦合定位；其特征在于，

光源/探测部分1，由壳体，发光二极管，光电探测器组成，其中，倒置的T形壳体，从底面向上开有四个盲孔，四个盲孔可任意排列，从左至右，各盲孔内顺序装设有光电探测器、发光二极管、发光二极管和光电探测器，发光二极管和光电探测器各自的导线从上方伸出，与相关部件电连接；

光路部分，包括第二壳体，复数根光纤和相对应的复数个光纤探头，其中，第二壳体为封闭的柱体，柱体内有空腔，其上端面开有四孔，孔的大小与位置，和光源/探测部分的壳体的四个盲孔相适配；其下端面开有两孔；第二壳体的空腔内设有六路光纤，第二壳体的上、下端面的孔内固设有光纤探头，其中，第二壳体端面左侧的探头连接耦合有第一光纤上端，第二壳体上端面中间的第一探头连接耦合有第二光纤、第三光纤上端，中间的第二探头连接耦合有第四光纤、第五光纤上端，第二壳体上端面右侧的探头连接耦合有第六光纤上端；其中，第一、第二、第四光纤下端与下端面的左侧光纤探头耦合相连，第三、第五、第六光纤下端与下端面的右侧光纤探头耦合相连，下端面的右侧光纤探头下方，在开孔下口内壁固设有全反镜；

试条加载架部分，由第三壳体和检测槽组成，平板状的第三壳体左端与光路部分的第二壳体左侧平齐相配，右端凸出于第二壳体右侧，第三壳体上表面开有水平的检测槽，检测槽右端敞口，敞口与生化试条传感器的待测物储槽相连，检测槽位于第二壳体下端面两孔的下方，且从下方覆盖于两孔下口。

2.如权利要求1所述的反射式光纤生化传感模块，其特征在于，所述两个发光二极管，为同中心波长或不同中心波长的发光二极管。

3.如权利要求1所述的反射式光纤生化传感模块，其特征在于，所述两个光电探测器，型号完全相同，为光敏电阻或光电二、三极管，其中之一用于测量传感器试条的反射光信号，其中之二用于监测光源及整个装置的稳定性。

4.如权利要求1所述的反射式光纤生化传感模块，其特征在于，所述第二壳体下端面的右侧光纤探头内，两路入射光纤随机排列，并被反射光纤在外周圈包围；第二壳体上端面中间的第一、第二探头内，两路光纤随机排列。

5.如权利要求1所述的反射式光纤生化传感模块，其特征在于，所述第二壳体上端面开的四个通孔，与第一壳体上的四个盲孔中心对齐。

6.如权利要求1所述的反射式光纤生化传感模块，其特征在于，所述发光二极管、光纤、光电探测器相互之间的连接，均采用直接耦合方式。

7.如权利要求1所述的反射式光纤生化传感模块，其特征在于，所述三个部分的壳体材料皆为聚四氟乙烯。

8.如权利要求1所述的反射式光纤生化传感模块，其特征在于，所述光纤为多模光纤，纤芯的材料为石英玻璃。

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