CS263743B1

CS263743B1 - Measuring device for reflection photometric signals

Info

Publication number: CS263743B1
Application number: CS878193A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Vojtek; Jiri Janda
Original assignee: Jiri Ing Vojtek; Jiri Janda
Priority date: 1987-11-16
Filing date: 1987-11-16
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS819387A1

Abstract

Podstatou řešení je vyhodnocení reflexních fotometrických signálů reagenčních diagnostických proužků z hlediska minimalizace rušivých vlivů k dosažení co nejvyšší přesnosti měření. Zařízení používá filtr, spojený na jedné straně se zesilovačem stejnosměrného napětí, a na druhé straně připojený k převodníku A/D, který je připojen k procesoru.The essence of the solution is the evaluation of reflective photometric signals of diagnostic reagent strips in terms of minimizing interference to achieve the highest possible measurement accuracy. The device uses a filter connected on one side to a DC voltage amplifier, and on the other side connected to an A/D converter, which is connected to the processor.

Description

(54) Měřící zařízení pro vyhodnocování reflexních fotometrických signálů(54) Measuring device for evaluation of reflective photometric signals

Podstatou řešení je vyhodnocení reflexních fotometrických signálů reagenčních diagnostických proužků z hlediska minimalizace rušivých vlivů k dosažení co nejvyšší přesnosti měření. Zařízení používá filtr, spojený na jedné straně se zesilovačem stejnosměrného napětí, a na druhé straně připojený k převodníku A/D, který je připojen k procesoru.The essence of the solution is to evaluate the reflective photometric signals of the reagent diagnostic strips in terms of minimizing interferences to achieve the highest measurement accuracy. The device uses a filter connected on one side to a DC amplifier and on the other side connected to an A / D converter, which is connected to the processor.

26J74326J743

-iVynález se týká vyhodnocení reflexních fot©metrických signálů reagenčních diagnostických proužků především z hlediska minimalizace rušivých vlivů k dosažení co nejvyšší přesnosti měření jednoduchými prostředky, s výhodou použitelný pro malé reflexní fotometry.The invention relates to the evaluation of reflective photometric signals of reagent diagnostic strips, in particular from the point of view of minimizing interferences to achieve the highest measurement accuracy by simple means, preferably applicable to small reflex photometers.

Reflexní fotometry pracují na principu měření sytosti zabarvení reagenční zóny diagnostických proužků vlivem aplikovaného roztoku dané koncentrace. Podobně jako klasická absorbční fotometrie srovnává reflexní fotometrie intenzitu difužního odraženého světla s dopadajícím světlemReflective photometers work on the principle of measuring the saturation of the reagent zone of the diagnostic strips due to the applied solution of a given concentration. Similar to classical absorption photometry, reflective photometry compares the intensity of diffuse reflected light with incident light

R °'o = ^IoDR^/IDOP * ¹⁰⁰ i kde R označuje difuzní reflektanci. Poměr těchto intenzit je úměrný poměru difuzní reflexe testovaného zbarveného povrchu reagenční zóny a difuzní reflexe referenčního povrchu a je tedy úměrný i poměru napětí získaných měřením testovaného povrchu a referenčního povrchu ^{R = U}ZB ^UREF .R ° '= ^I of ODR ^{/ I} DOP * ¹⁰⁰ wherein R denotes diffuse reflectance. The ratio of these intensities is proportional to the ratio of the diffuse reflection of the test stained surface of the reagent zone and the diffuse reflection of the reference surface and is therefore proportional to the ratio of stresses obtained by measuring the test surface and reference surface ^{R = U} ZB ^U REF.

Závislost difuzní reflektance R na koncentraci aplikovaného roztoku lze vyjádřit vztahem τ» k. CThe dependence of the diffuse reflectance R on the concentration of the applied solution can be expressed by the relation τ »k

R = A + B.exp i kde A, B, k jsou parametry a C je koncentrace.R = A + B.exp i where A, B, k are parameters and C is concentration.

Odražené difuzní světlo od reagenční zóny bývá měřeno fotodiodou, ve které jsou vlivem nízkých světelných intenzit vybuzeny nepatrné proudy, řádově nA, Navíc musí být spolehlivě měřeny změny těchto proudů, řádově pA, způsobené rozdílností zbarvení reagenční zóny při různých koncentracích měřeného roztoku. Při vyhodnocování takto nízkých proudů se začínají uplatňovat šuraový proud fotodiody, drifty vstupních zesilovačů, nízkofrekvenční střídavá napětí, k tomu přistupují rušení typická pro optická měření - zbytkové a rušivé světlo a temný proud fotodiody,Reflected diffuse light from the reagent zone is measured by a photodiode in which low currents of the order of nA are excited due to low light intensities. When evaluating such low currents, the photodiode's surge current, input amplifier drifts, low-frequency alternating voltages are beginning to apply, in addition to the interference typical of optical measurements - residual and disturbing light, and dark photodiode current,

K potlačeni těchto rušivých vlivů bylo vypracováno mnoho více či méně účinných metod, ověřených a použitelných zejména u větších fotometrických zařízení. Některé reflexněfotometrické systémyMany more or less effective methods have been developed to suppress these interferences, proven and applicable especially to larger photometric devices. Some reflex-photometric systems

2S3 7432S3 743

přesnosti bud dvou zdrojů světla nebo dvou fotodetektorů. Tyto systémy jsou náročné na výběr daných dvojic, neboť musí být zajištěna souběžnost změn vlastností obou prvků /teplotní závislosti, linearity, průběhu stárnutí/. Úkolem zůstává způsob potlačení všech uvedených rušivých vlivů a zajištění maximální přesnosti při požadavku jednoduchého obvodového řešení celého měřícího zařízení.accuracy of either two light sources or two photodetectors. These systems are demanding on the selection of given pairs, because it is necessary to ensure concurrent changes of properties of both elements (temperature dependence, linearity, aging course). The task remains the way of suppressing all the above mentioned disturbances and ensuring maximum accuracy when a simple circuit solution of the whole measuring device is required.

Shora uvedené nedostatky odstraňuje měřící zařízení pro vyhodnocování reflexních fotometrických signálů a postup činnosti zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že filtr spojený na jedné straně se zesilovačem stejnosměrného napětí je na druhé straně připojen k převodníku A/D, který je připojen k procesoru.The aforementioned drawbacks are eliminated by a measuring device for evaluating reflective photometric signals and by a method of operation of the device according to the invention, which consists in that the filter connected on one side with a DC amplifier is connected on the other side to an A / D converter connected to the processor .

Výhodou měřícího zařízení podle vynálezu je skutečnost, že analogový signál získaný z fotodetektorů je po předchozím převodu a zesílení upraven ve filtru s delší časovou konstantou, n-násobně vzorkován jak užitečný signál, tak temný signál, a to při měření testovaného vzorku i referenčního vzorku a za zprúměrněných hodnot užitečných signálů i temných signálů je vypočten poměr, který je dle určitého vztahu přepočten na výslednou hodnotu koncentrace v požadovaných jednotkách.The advantage of the measuring device according to the invention is that the analog signal obtained from the photodetectors is after the previous conversion and amplification adjusted in the filter with a longer time constant, n-sampled both the useful signal and the dark signal when measuring the test sample and reference sample. For averaged values of both useful signals and dark signals, a ratio is calculated, which is, according to a certain relationship, converted to the resulting concentration value in the required units.

Měřící zařízení podle vynálezu je schématicky znázorněno na připojených výkresech, kde na obr, 1 je zapojení měřícího zařízení a na obr, 2 jsou časové průběhy.The measuring device according to the invention is shown schematically in the accompanying drawings, in which FIG. 1 is a wiring of the measuring device and in FIG. 2 are time courses.

Měřící zařízení sestává z řídícího procesoru 1, k němuž je přes spínač 2 připojen zdroj 3 konstantního proudu, spojený přes optickou komůrku Jí s převodníkem £ proud/napětí. K optické komůrce b je přiložena testovaná nebo referenční zóna 5. Převodník 6 proud/napětí je spojen se zesilovačem 7 stejnosměrného napětí, který přes filtr 8 a převodník A/D 9 je spojen s řídícím procesorem Procesor £ je dále spojen se zobrazovačera 10.The measuring device consists of a control processor 1, to which a constant current source 3 is connected via a switch 2, connected via an optical chamber 11 to a current / voltage converter 6. The test or reference zone 5 is attached to the optical chamber b. The current / voltage converter 6 is connected to a DC voltage amplifier 7 which, via a filter 8 and the A / D converter 9, is connected to a control processor.

Zdroj světla /LED/, napájený ze zdroje konstantního proudu 3, osvětluje měřenou zónu a odražené difuzní světlo od této zóny dopadá na citlivou vrstvu fotodetektorů /FD/, kde vyvolává proudovou odezvu, V převodníku 6 proud/napětí je proud převeden oa napětí a v zesilovači 7 stejnosměrného napětí zesílen na požadovanou úroveň. Napětový signál dále prochází filtrem 8 typu dolní propust s takovou časovou konstantou , že jsou eliminovány vysokofrekvenční šumy a externí síťové rušení.The light source (LED) supplied from the constant current source 3 illuminates the measured zone and the reflected diffuse light from this zone impinges on the sensitive layer of photodetectors (FD) where it produces a current response. DC voltage amplifiers 7 amplified to the desired level. The voltage signal further passes through a low pass filter 8 with a time constant such that high-frequency noise and external line noise are eliminated.

Tento signál je v převodníku A/D 9, převeden do digitální formy, ve které se dostává do řídícího procesoru £ k dalšímu zpracování. Užitečný signál z fotodetektoru je analogově měřen po celou dobu svitu zdroje světla T_{T Rnt} ale vlastní A/D převod se uskutečňuje pouze v době T^, po ustálení teplotní setrvačnosti substrátu LED a přechodových dějů v přijímací části. Pro eliminaci vlivu rušivých impulsů je digitalizace analogového signálu v době provedena n-krát a každý tento vzorek je uložen v paměti řídícího procesoru 1, Zde je z n-hodnot zanedbána nejvyšší a z n-2 hodnot je vypočtena průměrná hodnota užitečného signálu U, Pro eliminaci vlivů způsobených pomalými teplotními změnami během provozu přístroje, rozdílným stárnutím konstrukčních prvků přístroje a dalších pomalých vlivů je před každým měřením užitečného signálu měřena i hodnota nulového temného signálu ze tmy U_Q a tato hodnota je od užitečného signálu odečtena, opět v podobě TJ , Temný signál je tedy měřen dvakrát, těsně před každým měřením užitečného signálu. Referenční signál, i temný signál měřený těsně před ním nejsou měřeny ihned po zapnutí přístroje, ale z důvodů teplotního ustálení systému až po době i to jest těsně před otřením a vložením osušeného reagenčního proužku, jehož ustalování probíhá ještě v době T _o. Výsledný poměr difuzních reflexí zbarveného a re agreferenčního vzorku je pak získán výpočtemIn the A / D converter 9, this signal is converted into a digital form in which it reaches the control processor 6 for further processing. The useful signal from the photodetector is measured analogously for the entire duration of the light source T _{T Rnt} but the actual A / D conversion takes place only at the time T 4, after stabilizing the thermal inertia of the LED substrate and the transient events in the receiving portion. To eliminate the influence of interfering pulses, the digitization of the analog signal is performed n times and each sample is stored in the memory of the control processor 1. Here, the highest value of n-values is neglected and the average value of U is calculated from n-2 values. influences caused by slow temperature changes during instrument operation, different aging of instrument components and other slow influences the value of zero dark signal from darkness U _Q is measured before each useful signal measurement and this value is subtracted from the useful signal, again as TJ, Dark signal thus, it is measured twice, just before each measurement of the useful signal. The reference signal and the dark signal measured just before are not measured immediately after switching on, but for reasons of thermal balance of the system to the time and that is immediately before wiping inserting osušeného reagent strip, which fixing takes place even at the time T _o. The resulting diffuse reflection ratio of the stained and re-agreferenced sample is then obtained by calculation

TEST - ^u02 R - u.TEST - 02 R ^u - u.

REFREF

Tento poměr je potom dalším postupem přepočten na koncentraci daného roztoku a výsledná hodnota je zobrazena v příslušných jednotkách /ramol/l nebo rag/dl/.This ratio is then recalculated to the concentration of the solution and the resulting value is displayed in units (ramol / l or rag / dl).

Uvedeným zařízením jsou podstatně eliminovány jak vlivy vysokofrekvenčního rušení a šumů, nízkofrekvenčního a náhodného rušení, tak i vlivy teploty a stárnutí měřících prvků systému a tím je zajištěna dlouhodobá stabilita výsledků měření.By means of this device, the effects of high-frequency disturbances and noise, low-frequency and accidental disturbances as well as the effects of temperature and aging of the measuring elements of the system are substantially eliminated, thus ensuring long-term stability of the measurement results.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Measuring device for evaluating reflection photometric signals, consisting of a control processor, a constant current source, an optical cell, a current / voltage converter, a DC voltage amplifier, a filter and an A / D converter, characterized in that the filter (8) is connected on one side the DC voltage amplifier (7) on the other hand is connected to an A / D converter (9) which is connected to the processor (1).