RU2200315C2 - Facility analyzing liquid media by luminescent method - Google Patents

Facility analyzing liquid media by luminescent method Download PDF

Info

Publication number
RU2200315C2
RU2200315C2 RU2001113930A RU2001113930A RU2200315C2 RU 2200315 C2 RU2200315 C2 RU 2200315C2 RU 2001113930 A RU2001113930 A RU 2001113930A RU 2001113930 A RU2001113930 A RU 2001113930A RU 2200315 C2 RU2200315 C2 RU 2200315C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
parallel port
counter
multiplier
Prior art date
Application number
RU2001113930A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.Ф. Чалкин
В.А. Острожинский
В.С. Коршунов
Ю.Г. Самухин
Original Assignee
Чалкин Станислав Филиппович
Острожинский Владимир Александрович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чалкин Станислав Филиппович, Острожинский Владимир Александрович filed Critical Чалкин Станислав Филиппович
Priority to RU2001113930A priority Critical patent/RU2200315C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2200315C2 publication Critical patent/RU2200315C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

FIELD: study of aqueous media by physical methods, by bioluminescence method in particular. SUBSTANCE: facility includes light-insulated dish compartment for check and measured samples, register of weak glows based on photoelectron multiplier working under mode of count of anode pulses. Output of multiplier is connected to amplifier, comparator to which other input unit setting threshold value is connected. Output of comparator is connected to one of inputs of 2 AND gate, to which another input of generator of meander. 2 AND gate is connected to counting input of counter and its output is linked to parallel port. Parallel port is coupled to controlling input of counter. Data and address bus of parallel port is coupled to data and address bus of microprocessor. In addition parallel port is coupled to storage and series interface and through the latter to computer. EFFECT: linearization of characteristic " output signal-content of toxins ", enhanced noise immunity and reliability and reduced mass of facility. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к средствам для исследования водных сред физическими методами, в частности методами биолюминесценции, и может быть использовано для контроля содержания токсинов в бытовых и индустриальных сточных водах, жидких продуктах различного назначения, а также в биотехнологии и медицине. The invention relates to means for studying aqueous media by physical methods, in particular by bioluminescence methods, and can be used to control the content of toxins in domestic and industrial wastewater, liquid products for various purposes, as well as in biotechnology and medicine.

Методы биологического тестирования вод являются весьма перспективными при решении вопросов среды обитания не только за счет использования в качестве индикаторов живых биологических объектов (микроорганизмов, водорослей, беспозвоночных, рыб), но и за счет применения современных оптико-физических средств и приборов, позволяющих проводить мониторинг в режиме текущего времени и объективизировать регистрацию (Экологическая химия. Основы и концепции / Под ред. Ф. Корте. М.: Мир, 1997) [1]. При этом различают флуоресцентный метод и метод биолюминесценции, к которому относится настоящее изобретение. Methods of biological testing of waters are very promising when solving environmental issues, not only through the use of living biological objects (microorganisms, algae, invertebrates, fish) as indicators, but also through the use of modern optical-physical means and instruments that allow monitoring in current time mode and objectify registration (Ecological chemistry. Fundamentals and concepts / Edited by F. Corte. M .: Mir, 1997) [1]. This distinguishes between the fluorescence method and the bioluminescence method, to which the present invention relates.

Известны методы тестирования сред по гашению биолюминесценции светящихся бактерий. Для этого в исследуемую жидкую среду и контрольную среду вводят заданное количество суспензии специально подготовленных светящихся бактерий. Далее посредством люминометра регистрируют интенсивность свечения и динамику его изменения во времени, по которым рассчитывают показатель токсичности среды, например, по степени выживаемости бактерий LC50 (см. Гиль Т.А. и др. Метод биотестирования по гашению люминесценции светящихся бактерий // Методы биотестирования вод. Черноголовка, 1988, с.13-15) [2]. Люминометр включает темновую камеру для размещения исследуемой среды, оптически сопряженную с фотоприемником и систему регистрации. В качестве фотоприемника обычно используют высокочувствительный фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).Known methods for testing media to quench the bioluminescence of luminous bacteria. To do this, a predetermined amount of a suspension of specially prepared luminous bacteria is introduced into the studied liquid medium and the control medium. Then, with the help of a luminometer, the luminosity intensity and the dynamics of its change in time are recorded, according to which the environmental toxicity indicator is calculated, for example, according to the degree of survival of bacteria LC 50 (see Gil T.A. et al. Biotesting method for quenching luminescence of luminous bacteria // Biotesting methods vod. Chernogolovka, 1988, p.13-15) [2]. The luminometer includes a dark chamber for placing the test medium, optically coupled to a photodetector and a registration system. As a photodetector, a highly sensitive photomultiplier tube (PMT) is usually used.

Так, известно устройство для измерения хемилюминесценции и биолюминесценции жидкости, состоящее из темновой камеры с термостатируемой кюветой, имеющей светоотражающие внутренние стенки, ФЭУ, расположенного над кюветой и соединенного с блоком усиления и обработки электрического сигнала, в котором предусмотрено вращение кюветы для увеличения эффективности регистрации (SU 1400358 А1, БАГАЕВ и др. G 01 N 21/76, oпубл. 10.01.2000) [3]. Thus, it is known a device for measuring chemiluminescence and bioluminescence of a liquid, consisting of a dark chamber with a thermostatically controlled cell having reflective internal walls, a PMT located above the cell and connected to the amplification and processing unit of the electrical signal, in which the cell is rotated to increase the detection efficiency (SU 1400358 A1, BAGAEV et al. G 01 N 21/76, publ. 10.01.2000) [3].

Известен аппарат для измерения биолюминесценции в жидких средах, содержащий реакционную камеру и систему регистрации, включающую ФЭУ, блок питания, блоки усиления и вывода данных на внешние регистрирующие устройства. Блок питания подключен к элементам схемы регистрации, а сами элементы соединены последовательно (RU 2009466 С1, G 01 N 15/02, 15.03.1994) [4] (ближайший аналог). A known apparatus for measuring bioluminescence in liquid media, containing a reaction chamber and a registration system, including PMT, power supply, amplification units and output data to external recording devices. The power supply is connected to the elements of the registration circuit, and the elements themselves are connected in series (RU 2009466 C1, G 01 N 15/02, 03/15/1994) [4] (the closest analogue).

Однако аппарату [4] , как и другим устройствам аналогичного назначения [2, 3], свойственны недостатки. При увеличении интенсивности свечения пробы частота импульсов с выхода ФЭУ возрастает. Поскольку интервал между импульсами носит случайный характер, то при увеличении частоты импульсы начинают сливаться из-за конечной величины их длительности. В результате счетчик регистрирует меньшее число импульсов, чем имеется на самом деле, что приводит к ошибкам в оценке светимости пробы. However, the apparatus [4], as well as other devices of a similar purpose [2, 3], has disadvantages. With an increase in the luminescence intensity of the sample, the pulse frequency from the output of the PMT increases. Since the interval between pulses is random in nature, with increasing frequency, the pulses begin to merge due to the finite value of their duration. As a result, the counter registers a smaller number of pulses than there actually is, which leads to errors in estimating the luminosity of the sample.

Задачей изобретения является создание прибора с расширенным динамическим диапазоном и с линейной характеристикой, обеспечивающими регистрацию в режиме счета фотонов в диапазоне 103-107 имп/с, а также снижение веса и повышение надежности прибора.The objective of the invention is to provide a device with an extended dynamic range and with a linear characteristic, providing registration in the mode of counting photons in the range of 10 3 -10 7 impulses / s, as well as weight reduction and increased reliability of the device.

Технический результат, состоящий в линеаризации характеристики "выходной сигнал - содержание токсинов", повышении помехозащищенности и надежности прибора и снижении его веса достигается тем, что устройство для анализа жидких сред люминесцентным методом содержит реакционную камеру и систему регистрации люминесценции, включающую фотоэлектронный умножитель, подключенный к усилителю и блоку управления и вывода данных на внешние регистрирующие устройства, блок питания фотоэлектронного умножителя. The technical result, which consists in linearizing the characteristic “output signal - toxin content”, increasing the noise immunity and reliability of the device and reducing its weight, is achieved by the fact that the device for analyzing liquid media by the luminescent method contains a reaction chamber and a luminescence recording system including a photoelectron multiplier connected to an amplifier and a control unit and outputting data to external recording devices, a power supply unit of a photoelectronic multiplier.

Система регистрации люминесценции содержит средства для линеаризации выходной характеристики. Блок управления и вывода данных на внешние регистрирующие устройства содержит последовательно подключенные по сигнальным входам компаратор и логическую схему 2-И, к другому входу которой подключен генератор меандра, выходом подключенную к счетному входу счетчика, выход которого через параллельный порт по шине данных и адреса подключен к микропроцессору, блоку памяти и последовательному интерфейсу для подключения к персональному компьютеру. К другому входу компаратора подключен блок задания порогового уровня, при этом параллельный порт подключен к управляющему входу счетчика, блоку ввода и панели индикации. Средства для линеаризации выходной характеристики представляют введенную в блок памяти таблицу поправочных коэффициентов, вычисленных по результатам тарировки на эталонном источнике излучения. The luminescence recording system contains means for linearizing the output characteristic. The control unit and the data output to external recording devices contains a comparator and a 2-I logic circuit connected in series with the signal inputs, to the other input of which a meander generator is connected, with an output connected to the counter input of the counter, the output of which is connected via a parallel port via the data and address bus to microprocessor, memory unit and serial interface for connecting to a personal computer. A threshold level setting unit is connected to the other input of the comparator, while the parallel port is connected to the counter control input, input unit, and display panel. Means for linearizing the output characteristic represent a table of correction factors entered into the memory unit, calculated from the calibration results on a reference radiation source.

Устройство может характеризоваться тем, что блок питания фотоэлектронного умножителя выполнен по схеме блокинг-генератора и дополнительно снабжен умножителем напряжения, дросселем и компенсационной обмоткой, начало которой подключено через дроссель к плюсовой клемме питания и первому конденсатору, другой отвод которого подключен к земле, а конец - к концу обмотки трансформатора, подключенной к транзистору и второму конденсатору, другой отвод которого подключен к земле. Выходная обмотка трансформатора через умножитель напряжения подключена к клемме подключения к катоду фотоэлектронного умножителя и к одному отводу резистивного делителя напряжения, имеющему отводы для подключения к динодам фотоэлектронного умножителя, при этом другой отвод резистивного делителя связан с землей и корпусом умножителя напряжения. The device can be characterized in that the power supply unit of the photoelectronic multiplier is made according to the blocking generator circuit and is additionally equipped with a voltage multiplier, a choke and a compensation winding, the beginning of which is connected via a choke to the positive power terminal and the first capacitor, the other tap of which is connected to the ground, and the end to the end of the transformer winding connected to the transistor and the second capacitor, the other tap of which is connected to ground. The output winding of the transformer through a voltage multiplier is connected to a terminal to connect to the cathode of the photomultiplier tube and to one tap of the resistive voltage divider, which has taps for connecting to the dyno of the photomultiplier tube, while another tap of the resistive divider is connected to the ground and the housing of the voltage multiplier.

Устройство может характеризоваться также тем, что блок управления и вывода данных на внешние регистрирующие устройства содержит переключатель режимов работы: "ЛЮМИНОМЕТР", "КОНТРОЛЬ", "ПРОБА", "ТОКСИЧНОСТЬ", "РЕЖИМ". The device can also be characterized by the fact that the control unit and outputting data to external recording devices contains a switch of operating modes: "LUMINOMETER", "CONTROL", "SAMPLE", "TOXICITY", "MODE".

Анализ показывает, что в представленном виде патентуемое устройство удовлетворяет условию патентоспособности "новизна", поскольку в уровне техники не обнаружены средства, характеризующиеся идентичной с патентуемой совокупностью признаков. The analysis shows that, in the present form, the patented device satisfies the condition of patentability "novelty", since no means are found in the prior art that are identical to the patented combination of features.

Анализ соответствия патентуемого устройства условию "изобретательский уровень" показал, что известен регистратор световых сигналов, содержащий ФЭУ, подключенный к блоку развертки и к системе регистрации импульсов (SU 1343249 А1, G 01 J 1/44, 07.10.87) [5]. Система регистрации импульсов включает последовательно подключенные усилитель, амплитудный дискриминатор, формирователь импульсов, логический элемент И-НЕ, подключенные к счетчикам, сумматору и к вычислительному блоку. An analysis of the compliance of the patented device with the condition "inventive step" showed that a light signal recorder is known that contains a photomultiplier connected to a scan unit and to a pulse registration system (SU 1343249 A1, G 01 J 1/44, 07.10.87) [5]. The pulse registration system includes a series-connected amplifier, an amplitude discriminator, a pulse shaper, an AND-NOT logic element connected to counters, an adder, and to a computing unit.

Однако устройство [5] имеет иную логику работы, а именно оно рассчитано на измерение разности только двух практически совпадающих импульсов, и при этом схемотехнически более сложно. However, the device [5] has a different logic of operation, namely, it is designed to measure the difference of only two practically coincident pulses, and at the same time it is more complicated circuitry.

Патентуемое устройство не имеет ограничений на число импульсов. Иными словами, не установлена известность причинно-следственной связи "отличительные признаки - технический результат", что свидетельствует о наличии изобретательского уровня. The patented device has no restrictions on the number of pulses. In other words, the popularity of the causal relationship “distinctive features - technical result” has not been established, which indicates the presence of an inventive step.

Существо изобретения раскрывается нижеследующим описанием и поясняющими графическими материалами, где:
на фиг.1 представлена блок-схема устройства;
на фиг.2 - электрическая схема высоковольтного источника;
на фиг.3 - характеристика "выходной сигнал - светимость";
на фиг.4 показан алгоритм функционирования устройства.
The invention is disclosed in the following description and illustrative graphic materials, where:
figure 1 presents a block diagram of a device;
figure 2 is an electrical diagram of a high voltage source;
figure 3 - characteristic "output signal - luminosity";
figure 4 shows the algorithm of the device.

Устройство включает (см. фиг.1) светоизолированное кюветное отделение 10 для контрольной и измеряемой проб. В оптической связи с кюветным отделением 10 находится регистратор 11 слабых свечений на основе фотоэлектронного умножителя 12, работающего в режиме счета анодных импульсов. The device includes (see Fig. 1) a light-insulated cuvette compartment 10 for control and measured samples. In optical communication with the cuvette compartment 10, there is a dimmer recorder 11 based on a photoelectronic multiplier 12 operating in the anode pulse counting mode.

Выход фотоэлектронного умножителя 12 подключен к усилителю 14, выход которого подключен к одному из входов компаратора 16, к другому входу которого подключен блок 17 задания порогового уровня. Выход компаратора 16 подключен к одному из входов логической схемы 18 2-И, к другому входу которой подключен генератор 19 меандра. The output of the photoelectronic multiplier 12 is connected to an amplifier 14, the output of which is connected to one of the inputs of the comparator 16, to the other input of which a threshold level setting unit 17 is connected. The output of the comparator 16 is connected to one of the inputs of the logic circuit 18 2-I, to the other input of which a meander generator 19 is connected.

Выход логической схемы 18 2-И подключен к счетному входу счетчика 20. Выход счетчика 20 подключен по шине (1) к параллельному порту 21, при этом параллельный порт 21 по шине (2) связан с управляющим входом 23 счетчика 20. Параллельный порт 21 по шине (5) данных и адреса связан с шиной данных и адреса микропроцессора 22, по шине (3) с блоком 24 ввода и по шине (4) с панелью 26 индикации. Кроме того, параллельный порт 21 по шине (5) связан с блоком 28 памяти и последовательным интерфейсом 30 (RS 232), через который осуществляется подключение к компьютеру 32. Компьютер 32 выполняет функции средства для статистической обработки и вычисления сложных параметров исследуемых сред, оформления протоколов измерений, создания баз данных по токсичности сбросовых вод, фиксации графиков и файлов. The output of the logic circuit 18 2-I is connected to the counter input of the counter 20. The output of the counter 20 is connected via a bus (1) to the parallel port 21, while the parallel port 21 is connected via the bus (2) to the control input 23 of the counter 20. The parallel port 21 the data and address bus (5) is connected to the data bus and the microprocessor 22 address, via the bus (3) with the input unit 24 and via the bus (4) with the display panel 26. In addition, the parallel port 21 via bus (5) is connected to the memory unit 28 and the serial interface 30 (RS 232), through which it is connected to the computer 32. The computer 32 functions as a means for statistical processing and calculation of complex parameters of the studied environments, protocol design measurements, creation of databases on the toxicity of waste water, fixing graphs and files.

Панели 26 индикации могут быть реализованы на элементах светодиодного или жидкокристаллического типа. Питание фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) 12 осуществляется от высоковольтного источника 34. The display panels 26 may be implemented on LED or liquid crystal type elements. The power of the photomultiplier tube (PMT) 12 is provided from a high voltage source 34.

На фиг.2 представлена электрическая схема высоковольтного источника 34. В источнике 34 для получения высокого напряжения используется импульс обратного хода в схеме стандартного блокинг-генератора, что позволяет сократить габариты источника в целом. Figure 2 presents the electrical circuit of the high-voltage source 34. In the source 34 to obtain a high voltage, a reverse pulse is used in the circuit of a standard blocking generator, which reduces the overall dimensions of the source.

Трансформатор 300 содержит обмотки 301, 302, 303 и сердечник 304. Начало обмотки 302 подключено к базе транзистора 306, а конец - к резистору 307 и выходу блока 308 обратной связи, корпус которого подключен к земле. Начало обмотки 301 подключено к эмиттеру транзистора 306, коллектор которого подключен к земле. Конец обмотки 301 через конденсатор 309 подключен к земле, а также связан с концом обмотки 310, начало которой через дроссель 312 подключено к клемме 314 (+UПИТ). Клемма 314 подключена через конденсатор 316 к земле.The transformer 300 includes windings 301, 302, 303 and a core 304. The beginning of the winding 302 is connected to the base of the transistor 306, and the end is connected to the resistor 307 and the output of the feedback unit 308, the housing of which is connected to ground. The beginning of the coil 301 is connected to the emitter of the transistor 306, the collector of which is connected to the ground. The end of the winding 301 through a capacitor 309 is connected to the ground, and is also connected to the end of the winding 310, the beginning of which through the inductor 312 is connected to terminal 314 (+ U PIT ). Terminal 314 is connected through capacitor 316 to ground.

Начало обмотки 303 через конденсатор 318 и резистор 320 подключено к земле и управляющему входу 322 блока 308 обратной связи. Конец обмотки 303 через умножитель 324 напряжения подключен к клемме 326 для подключения к катоду ФЭУ 12 и к одному отводу резистивного делителя 328 напряжения, имеющему отводы 330 для подключения к динодам ФЭУ. Другой отвод резистивного делителя 328 связан с землей и по шине 325 с корпусом умножителя 324 напряжения. The beginning of the winding 303 through the capacitor 318 and the resistor 320 is connected to the ground and the control input 322 of the feedback unit 308. The end of the winding 303 through a voltage multiplier 324 is connected to a terminal 326 for connecting to the cathode of the PMT 12 and to one tap of the resistive voltage divider 328, having taps 330 for connecting to the PMT dynodes. Another tap of the resistive divider 328 is connected to the ground and via bus 325 to the housing of the voltage multiplier 324.

Известно (см. , например, Гусев В.В. и др. Основы импульсной и цифровой техники. М. : Сов. радио, 1975, с.247) [5], что напряжение обратного хода в стандартном блокинг-генераторе определяется нагрузкой и энергией, запасенной в обмотке 301. Энергия, в свою очередь, зависит от величины тока в обмотке 301 и индуктивности обмотки 301. Максимальное значение тока в конце прямого хода (когда транзистор 306 открыт) достигается в момент начала насыщения сердечника 304 трансформатора 300. При этом чем больше сечение магнитопровода (сердечника 304), тем позднее наступает насыщение сердечника. При наличии постоянной составляющей тока в обмотке 301 насыщение сердечника 304 наступает раньше. Компенсационная обмотка 310 имеет такое же число витков, что и обмотка 303, но ток в ней течет встречно. Дроссель 312, вследствие своей большой индуктивности, исключает влияние компенсационной обмотки 310 на функционирование блокинг-генератора, а конденсаторы 309 и 316 предотвращают возникновение пульсаций по цепи питания. В результате использования такой схемы в цикле формирования импульса обратного хода насыщение сердечника 304 наступает значительно позже. Это позволяет уменьшить сечение сердечника в 2 раза при той же мощности источника питания. Несмотря на то что вводится дополнительный элемент (дроссель 312), размеры блока 34 высоковольтного питания значительно снижаются. It is known (see, for example, Gusev V.V. et al. Fundamentals of pulsed and digital technology. M.: Sov. Radio, 1975, p. 247) [5] that the reverse voltage in a standard blocking generator is determined by the load and the energy stored in the winding 301. The energy, in turn, depends on the magnitude of the current in the winding 301 and the inductance of the winding 301. The maximum value of the current at the end of the forward stroke (when the transistor 306 is open) is reached when the core 304 of the transformer 300 begins to saturate. the larger the cross section of the magnetic core (core 304), the later we come core saturation. If there is a constant current component in the coil 301, core 304 saturates earlier. The compensation winding 310 has the same number of turns as the winding 303, but the current flows in opposite directions. The inductor 312, due to its large inductance, eliminates the influence of the compensation winding 310 on the functioning of the blocking generator, and the capacitors 309 and 316 prevent the occurrence of ripples in the power circuit. As a result of using such a circuit in the reverse pulse generation cycle, saturation of the core 304 occurs much later. This allows you to reduce the core cross-section by 2 times at the same power source. Although an additional element (inductor 312) is introduced, the dimensions of the high voltage power supply 34 are significantly reduced.

На резисторе 320 и конденсаторе 318 выделяется напряжение Uoc, пропорциональное току через резистивный делитель 328. Блок обратной связи, реагируя на это напряжение Uoc и регулируя ток базы транзистора 306, поддерживает Uoc постоянным. Блок 34 обеспечивает напряжение питания ФЭУ около 1000 В с высокой стабильностью 0,1%.A voltage U oc proportional to the current through the resistive divider 328 is allocated to the resistor 320 and capacitor 318. The feedback unit, responding to this voltage U oc and adjusting the base current of the transistor 306, keeps U oc constant. Block 34 provides a PMT supply voltage of about 1000 V with a high stability of 0.1%.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Объекты исследований (пробы воды или водных вытяжек, подготовленные с введением необходимых тест-объектов - люминесцентных бактерий в соответствии с рекомендациями [1]) помещают в кюветное отделение 10. Вследствие изменения биолюминесценции пропорционально содержанию токсинов в пробах сигнал с регистратора 11 слабых свечении также изменяется, что фиксируется ФЭУ 12. The objects of research (water samples or extracts prepared with the necessary test objects — luminescent bacteria in accordance with the recommendations [1]) are placed in the cell compartment 10. Due to the change in bioluminescence, the signal from the registrar 11 of low light also changes in proportion to the toxins in the samples, what is fixed PMT 12.

Сигнал с ФЭУ 12 в виде импульсов отрицательной полярности поступает на вход усилителя 14, а после усиления - на информационный вход компаратора 16. Компаратор 16 формирует импульсы со стандартными уровнями, устанавливаемыми устройством 17 порогового уровня. The signal from the PMT 12 in the form of pulses of negative polarity is fed to the input of amplifier 14, and after amplification, to the information input of comparator 16. Comparator 16 generates pulses with standard levels set by the threshold level device 17.

Эти импульсы поступают на счетный вход счетчика 20. Одновременно на второй вход логической схемы 18 2-И подается импульсный сигнал, период следования которого равен ожидаемой длительности (0,5-2 мкс) одиночного импульса с выхода компаратора 16. В результате этого сливающиеся импульсы (что характерно при высокой светимости испытуемого объекта) разделяются во времени, и счетчик 20 регистрирует истинное число импульсов, чем обеспечивается линейность выходной характеристики. These pulses are fed to the counting input of the counter 20. Simultaneously, a pulse signal is supplied to the second input of the logic circuit 18 2-I, the repetition period of which is equal to the expected duration (0.5-2 μs) of a single pulse from the output of the comparator 16. As a result, the merging pulses which is typical at high luminosity of the test object) are separated in time, and the counter 20 registers the true number of pulses, which ensures the linearity of the output characteristic.

Счетчик 20 подсчитывает количество импульсов за определенный, короткий, интервал времени, задаваемый микропроцессором 22, после чего обнуляется по сигналу управления, подаваемому на его управляющий вход 23. Интервал измерений Δt в режиме "ЛЮМИНОМЕТР" составляет 1 с, в режиме "КОНТРОЛЬ" - 10 с. В течение этого интервала счетчик 20 включается многократно на Δt, общее количество импульсов подсчитывается микропроцессором 22, в процессе чего вычисляется общая сумма импульсов за временной интервал Δt. В начале каждого интервала Δt счетчик 20 обнуляется. The counter 20 counts the number of pulses for a specific, short time interval specified by the microprocessor 22, and then is reset to zero by the control signal supplied to its control input 23. The measurement interval Δt in the LUMINOMETER mode is 1 s, in the CONTROL mode - 10 from. During this interval, the counter 20 is turned on repeatedly at Δt, the total number of pulses is calculated by the microprocessor 22, during which the total sum of pulses for the time interval Δt is calculated. At the beginning of each interval Δt, the counter 20 is reset to zero.

Далее, после подсчета количества импульсов в полученный результат из блока 28 памяти вводятся поправочные коэффициенты для линеаризации амплитудной характеристики "выходной сигнал - светимость", которая однозначно связана с характеристикой "светимость - содержание токсинов". Further, after counting the number of pulses, correction coefficients are introduced into the result from the memory unit 28 to linearize the amplitude characteristic "output signal - luminosity", which is uniquely related to the characteristic "luminosity - toxin content".

Принцип введения поправочных коэффициентов поясняется на фиг.3, где показаны идеальная (линейная) и реальная характеристики "выходной сигнал - светимость". Видно, что реальная характеристика (показана пунктиром) значительно нелинейна, поэтому определение поправочных коэффициентов и последующая линеаризации является резервом повышения достоверности регистрации. The principle of introducing correction factors is illustrated in figure 3, which shows the ideal (linear) and real characteristics of the "output signal - luminosity". It can be seen that the real characteristic (shown by a dotted line) is significantly nonlinear, therefore, the determination of correction coefficients and subsequent linearization is a reserve for increasing the reliability of registration.

В процессе калибровки устройства от эталонного источника весь интервал возможных значений числа импульсов (в реализованном случае 103-107 имп/с) разбивают на n диапазонов. В точках калибровки (на фиг.3 это: 10, 20, 30, 50, 75, 100 и т.д. единиц светимости, отн.ед.) определяют значения Un, соответствующие началу nго участка, значения bn, показывающие отклонение реальной характеристики от идеальной в точках калибровки, а также значения Кn, показывающие отклонение наклона реальной характеристики от 45o для n-го участка. Упомянутые поправочные коэффициенты (Un, bn, Кn) и соответствующие им номера интервалов заносят в блок 28 памяти. Эти коэффициенты учитываются в дальнейшем в процессе линеаризации характеристик выходного сигнала.In the process of calibrating the device from a reference source, the entire range of possible values of the number of pulses (in the realized case, 10 3 -10 7 pulses / s) is divided into n ranges. At calibration points (in FIG. 3, these are: 10, 20, 30, 50, 75, 100, etc. luminosity units, relative units), the values of U n corresponding to the beginning of the nth section, the values of b n showing the deviation real characteristics from ideal at calibration points, as well as K n values showing the deviation of the slope of the real characteristics from 45 o for the n-th section. The mentioned correction factors (U n , b n , K n ) and the corresponding interval numbers are entered into the memory unit 28. These coefficients are taken into account later in the process of linearizing the characteristics of the output signal.

Необходимо отметить, что точность коррекции зависит от числа хранящихся коэффициентов, т.е. от числа участков, которыми представляется вся характеристика. Установлено, что для практических целей достаточно n=17. It should be noted that the accuracy of the correction depends on the number of stored coefficients, i.e. of the number of plots that represent the entire characteristic. It is established that for practical purposes n = 17 is sufficient.

Поправочные коэффициенты устанавливаются индивидуально для каждого прибора экспериментальным путем с использованием калиброванного источника света и заносятся в программу микроконтроллера в виде таблицы, хранящейся в блоке 28 памяти. Приведенный алгоритм позволяет не только линеаризовать выходную характеристику, но и стандартизировать чувствительность устройства в целом, несмотря на разброс в параметрах используемых ФЭУ. Correction factors are set individually for each device experimentally using a calibrated light source and are entered into the microcontroller program in the form of a table stored in the memory unit 28. The above algorithm allows not only to linearize the output characteristic, but also to standardize the sensitivity of the device as a whole, despite the variation in the parameters of the PMTs used.

Программа микропроцессора 22 функционирует следующим образом (см. фиг. 4). The microprocessor program 22 operates as follows (see Fig. 4).

С началом работы (п.1.0) производится эмуляция портов, таймера, установка признаков режимов ПК (периодичность контроля), констант t, q, z, с; проводится установка n=10. Проводится контроль функционирования блока 28 памяти и выдача сообщения на индикатор 26 при отказе (п.2.0). With the beginning of work (p. 1.0), ports, a timer are emulated, signs of PC modes are set (monitoring frequency), t, q, z, s constants; setting n = 10 is performed. The functioning of the memory unit 28 is monitored and a message is sent to the indicator 26 in case of failure (Section 2.0).

На шаге (п.3.0) программы задается режим "ЛЮМИНОМЕТР". Проводится выдача измеренного значения числа импульсов на индикатор 26 через параллельный порт 21. At the step (item 3.0) of the program, the "LUMINOMETER" mode is set. The measured value of the number of pulses is transmitted to the indicator 26 through the parallel port 21.

Далее, на следующем шаге (п.4.0) определяется, нажата ли какая-либо из кнопок блока 24 ввода, а также каково состояние признака периодического контроля (ПК). При отрицательном результате и ПК=0 программа возвращается к шагу (п.3.0). При отрицательном результате и ПК=1, режим "ЛЮМИНОМЕТР" выключается. Проводится подсчет общего количества импульсов I0а N циклов (п. 4.11). Далее проводится коррекция значения I0 с учетом корректирующих коэффициентов, содержащихся в блоке 28 памяти (п.5.12).Further, in the next step (Section 4.0), it is determined whether any of the buttons of the input unit 24 is pressed, and also what is the status of the periodic monitoring indicator (PC). If the result is negative and PC = 0, the program returns to step (Section 3.0). If the result is negative and PC = 1, the "LUMINOMETER" mode is turned off. The total number of pulses I 0 and N cycles is calculated (paragraph 4.11). Next, the correction of the value of I 0 is carried out taking into account the correction coefficients contained in the block 28 of the memory (section 5.12).

Сначала определяется номер n интервала значений, в который попало значение I0, путем сравнения I0 с рядом значений Un из блока 28 памяти. Затем проводится считывание из блока 28 памяти коэффициентов Un, bn, Кn для найденного значения n.First, the number n of the interval of values into which the value of I 0 falls is determined by comparing I 0 with a series of values of U n from the block 28 of the memory. Then, the coefficients U n , b n , K n are read from the memory unit 28 for the found value n.

После этого вычисляется скорректированное значение I10 по формуле:
I0I=Kn(I0-Un)+(bn+Un) (1)
и проводится выдача скорректированного значения I11 в последовательный интерфейс 30 и через параллельный порт 21 на индикатор 26. Кроме того, проводится установка признаков режимов и коэффициентов q=0, c=1 (п.4.13).
After that, the adjusted value of I 10 is calculated by the formula:
I 0 I = K n (I 0 -U n ) + (b n + U n ) (1)
and the corrected value I 1 1 is sent to the serial interface 30 and through the parallel port 21 to the indicator 26. In addition, the signs of the modes and coefficients q = 0, c = 1 are set (section 4.13).

При положительном результате шага п.4.0 ("ДА") программа переходит на следующий шаг (п.5.0), на котором проводится анализ вида нажатой кнопки. If the result of step p.0.0 ("YES") is positive, the program proceeds to the next step (p.5.0), which analyzes the appearance of the pressed button.

В соответствии с выбранной схемой патентуемого устройства предусматривается, что может быть активирована только одна кнопка из 5-ти имеющихся: "ЛЮМИНОМЕТР", "КОНТРОЛЬ", "ПРОБА", "ТОКСИЧНОСТЬ", "РЕЖИМ". In accordance with the selected scheme of the patented device, it is provided that only one button out of 5 available can be activated: "LUMINOMETER", "CONTROL", "SAMPLE", "TOXICITY", "MODE".

Если активирована кнопка "ЛЮМИНОМЕТР" (п.5.1), то программа возвращается к шагу (п.3.0). If the "LUMINOMETER" button is activated (section 5.1), the program returns to step (section 3.0).

Если активирована кнопка "КОНТРОЛЬ" (п.5.2), то производится выдача синхроимпульсов N раз (по умолчанию N=10) для запуска режима "ЛЮМИНОМЕТР", вследствие чего режим "ЛЮМИНОМЕТР" выключается. If the "CONTROL" button is activated (Section 5.2), then the clock pulses are issued N times (by default N = 10) to start the "LUMINOMETER" mode, as a result of which the "LUMINOMETER" mode is turned off.

Далее программа работает аналогично шагам п. 4.11-4.13. Проводится подсчет общего количества импульсов I0 за N циклов (п.5.21). Далее проводится коррекция значения I0 с учетом корректирующих коэффициентов, содержащихся в блоке 28 памяти (п.5.22).Further, the program works similarly to steps 4.11-4.13. The total number of pulses I 0 for N cycles is calculated (Section 5.21). Next, the correction of the value of I 0 is carried out taking into account the correction factors contained in the block 28 of the memory (p.5.22).

Сначала определяется номер n интервала значений, в который попало значение I0 путем сравнения I0 с рядом значений Un из блока 28 памяти. Затем проводится считывание из блока 28 памяти коэффициентов Un, bn, Kn для найденного значения n.First, the number n of the range of values is determined, into which the value of I 0 falls by comparing I 0 with a series of values of U n from the block 28 of the memory. Then, the coefficients U n , b n , K n are read from the memory unit 28 for the found value n.

После этого вычисляется скорректированное значение I01 no формуле (1) и проводится выдача скорректированного значения I01 в последовательный интерфейс 30 и через параллельный порт 21 на индикатор 26. Кроме того, проводится установка признаков режимов, коэффициентов q=0, c=1 (п.5.23).After that, the corrected value of I 0 1 no is calculated by formula (1) and the corrected value of I 0 1 is output to the serial interface 30 and through the parallel port 21 to the indicator 26. In addition, the setting of mode signs, coefficients q = 0, c = 1 (Clause 5.23).

Если активирована кнопка "ПРОБА" (п.5.3), то производится выдача синхроимпульсов для режима "ЛЮМИНОМЕТР" N раз (по умолчанию N=10). Проводится подсчет общего количества IП импульсов за N циклов (п.5.31). Далее проводится коррекция значения IП с учетом корректирующих коэффициентов, содержащихся в блоке 28 (п.5.32), по формуле
IП1=Kn(IП-Un)+(bn+Un) (2)
и выдача скорректированного значения I1П в последовательный интерфейс 30 и через параллельный порт 21 на индикатор 26. Проводится установка коэффициентов q=0, с=1 (п.5.33).
If the “TEST” button is activated (Section 5.3), then synchronization pulses are issued for the “LUMINOMETER” mode N times (by default N = 10). The total number of I P pulses is calculated for N cycles (Section 5.31). Next, the correction of the value of I P is carried out taking into account the correction coefficients contained in block 28 (p.5.32), according to the formula
I P 1 = K n (I P -U n ) + (b n + U n ) (2)
and the issuance of the adjusted value of I 1 P to the serial interface 30 and through the parallel port 21 to the indicator 26. The coefficients q = 0, c = 1 are set (paragraph 5.33).

Если активирована кнопка "ТОКСИЧНОСТЬ" (п.5.4), то проводится анализ значения признака режима q=? (п.5.41). При q=0 (п.5.42) проводится вычисление токсичности Пt по формуле:
Пt=(I01-IП1)/I01•100, (3)
где t - номер отсчета П.
If the "TOXICITY" button is activated (Section 5.4), then the value of the characteristic of the mode q =? (Clause 5.41). When q = 0 (Section 5.42), the toxicity P t is calculated by the formula:
P t = (I 0 1 -I P 1 ) / I 0 1 • 100, (3)
where t is the reference number P.

Затем проводят увеличение номера отсчета t на 1 (если t>3, то t=0). Затем осуществляется выдача значения Пt на индикатор 26 и в последовательный интерфейс 30 (п.5.43) и операция инвертирования признака q, установка коэффициентов с=1, 2=0 (п.5.44).Then, the reference number t is increased by 1 (if t> 3, then t = 0). Then, the value П t is output to the indicator 26 and to the serial interface 30 (item 5.43) and the operation of inverting the attribute q, setting the coefficients c = 1, 2 = 0 (item 5.44).

При q=1 (п.5.45) проводят вычисление гамма-функции Г по формуле
Г=(I01-IП1)/IП1 (4)
и выдачу вычисленного значения Г на индикатор 26 и в последовательный интерфейс 30 (п.5.46). Проводят установку коэффициентов: z=1, c=1, а также инвертирование значения q (п.5.47).
At q = 1 (Section 5.45), the gamma function G is calculated by the formula
G = (I 0 1 -I P 1 ) / I P 1 (4)
and the issuance of the calculated value of G to the indicator 26 and to the serial interface 30 (section 5.46). The coefficients are set: z = 1, c = 1, as well as the inversion of the q value (Section 5.47).

Если активирована кнопка "РЕЖИМ" (п.6.0) проводится анализ предыдущих состояний и анализ признаков режимов t, z, с (п.6.1). If the "MODE" button is activated (Section 6.0), an analysis of previous states and analysis of the signs of the t, z, s modes (Section 6.1) are performed.

На шаге п.6.11 программы при с=1, t=3 проводится вычисление усредненной токсичности Пср по формуле Пср= (П123): 3. Затем производится выдача значения Пср на индикатор 26 и в последовательный интерфейс (п.6.12) и установка z=0, q=0, t=0 (п.6.13).At step 6.11 of the program with c = 1, t = 3, the average toxicity P cf is calculated by the formula P cf = (P 1 + P 2 + P 3 ): 3. Then, the value of P cf is output to indicator 26 and to the serial interface (clause 6.12) and setting z = 0, q = 0, t = 0 (clause 6.13).

На шаге п.6.2 программы при с=0 проводится увеличение числа N в 2 раза (при N= 1280, то N=10) и выдача значения N на индикатор 26. In step 6.2 of the program, with c = 0, an increase in the number N is performed by a factor of 2 (for N = 1280, then N = 10) and the value N is displayed on indicator 26.

На шаге п.6.3 программы при значениях признаков режимов с=1, z=0, t=1 и при ПК=1 проводится переход на режим "ПЕРИОДИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ" и возврат программы на шаг 4.11. In step 6.3 of the program, with the values of the signs of the modes c = 1, z = 0, t = 1 and with PC = 1, the system switches to the "PERIODIC MONITORING" mode and returns the program to step 4.11.

В результате испытаний патентуемого изобретения в люминометрах серии "БИОТОКС" установлено, что в результате коррекции выходная характеристика прибора приближается к линейной с высокой точностью (не хуже 1,0% в диапазоне до 10000 ед. по показаниям прибора LKB (Финляндия)), а сам люминометр характеризуется повышенной помехозащищенностью, надежностью и меньшим весом. As a result of testing the patented invention in the BIOTOX series luminometers, it was found that as a result of the correction, the output characteristic of the device approaches linear with high accuracy (no worse than 1.0% in the range up to 10,000 units according to the testimony of the LKB device (Finland)), and The luminometer is characterized by increased noise immunity, reliability and lower weight.

Промышленная применимость. В качестве фотоэлектронного умножителя может быть использован прибор типа ФЭУ 86, усилитель может быть реализован, например, на микросхеме типа К574УД1А. В качестве микропроцессора может быть использован микроконтроллер типа Z80 фирмы "Zilog" или другой аналогичный с параметрами: тактовая частота ≥4 МГц, число разрядов шины данных ≥8, число разрядов адресной шины ≥16. Industrial applicability. As a photomultiplier tube, a PMT 86 type device can be used; an amplifier can be implemented, for example, on a K574UD1A type microcircuit. As a microprocessor, a Zilog type Z80 microcontroller or another similar one with the following parameters can be used: clock frequency ≥4 MHz, number of bits of the data bus ≥8, number of bits of the address bus ≥16.

Блок памяти 28 может быть реализован на микросхемах типа 2764 или аналогичных. В качестве компьютера 32 может быть использован любой IBМ совместимый компьютер с СОМ портом (интерфейсом RS232). The memory unit 28 can be implemented on chips of type 2764 or similar. As the computer 32, any IBM compatible computer with a COM port (RS232 interface) can be used.

Claims (3)

1. Устройство для анализа жидких сред люминесцентным методом, содержащее реакционную камеру и систему регистрации люминесценции, включающую фотоэлектронный умножитель, подключенный к усилителю и блоку управления и вывода данных на внешние регистрирующие устройства, блок питания фотоэлектронного умножителя, отличающееся тем, что система регистрации люминесценции содержит средства для линеаризации выходной характеристики, блок управления и вывода данных на внешние регистрирующие устройства содержит последовательно подключенные по сигнальным входам компаратор и логическую схему 2-И, к другому входу которой подключен генератор меандра, выходом подключенную к счетному входу счетчика, выход которого через параллельный порт по шине данных и адреса подключен к микропроцессору, блоку памяти и последовательному интерфейсу для подключения к персональному компьютеру, к другому входу компаратора подключен блок задания порогового уровня, при этом параллельный порт подключен к управляющему входу счетчика, блоку ввода и панели индикации, а средства для линеаризации выходной характеристики содержат введенную в блок памяти таблицу поправочных коэффициентов, вычисленных по результатам тарировки на эталонном источнике излучения. 1. A device for analyzing liquid media by the luminescent method, comprising a reaction chamber and a luminescence recording system, including a photoelectronic multiplier connected to an amplifier and a control unit and outputting data to external recording devices, a photoelectric multiplier power supply unit, characterized in that the luminescence recording system contains means for linearization of the output characteristic, the control unit and data output to external recording devices contains series-connected via comparator and 2-I logic circuit, to the other input of which the meander generator is connected, with an output connected to the counter input of the counter, the output of which is connected via a parallel port via the data and address bus to the microprocessor, memory unit and serial interface for connecting to a personal computer, a threshold level setting unit is connected to the other input of the comparator, while the parallel port is connected to the control input of the counter, the input unit and the display panel, and the means for linearizing the output characteristics contain a table of correction coefficients entered into the memory unit, calculated according to the results of calibration on a reference radiation source. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок питания фотоэлектронного умножителя выполнен по схеме блокинг-генератора и дополнительно снабжен умножителем напряжения, дросселем и компенсационной обмоткой, начало которой подключено через дроссель к плюсовой клемме питания и первому конденсатору, другой отвод которого подключен к земле, а конец - к концу обмотки трансформатора, подключенной к транзистору и второму конденсатору, другой отвод которого подключен к земле, а выходная обмотка трансформатора через умножитель напряжения подключена к клемме подключения к катоду фотоэлектронного умножителя и к одному отводу резистивного делителя напряжения, имеющему отводы для подключения к динодам фотоэлектронного умножителя, при этом другой отвод резистивного делителя связан с землей и корпусом умножителя напряжения. 2. The device according to claim 1, characterized in that the power supply unit of the photoelectronic multiplier is made according to the blocking generator circuit and is additionally equipped with a voltage multiplier, a choke and a compensation winding, the beginning of which is connected via a choke to the positive power terminal and the first capacitor, the other tap of which is connected to the ground, and the end to the end of the transformer winding connected to the transistor and the second capacitor, the other tap of which is connected to the ground, and the output winding of the transformer through the voltage multiplier is connected It is connected to the terminal connecting to the cathode of the photomultiplier tube and to one tap of the resistive voltage divider, which has taps for connecting to the dynodes of the photomultiplier tube, while the other tap of the resistive divider is connected to the ground and the housing of the voltage multiplier. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что блок управления и вывода данных на внешние регистрирующие устройства содержит переключатель режимов работы: "ЛЮМИНОМЕТР", "КОНТРОЛЬ", "ПРОБА", "ТОКСИЧНОСТЬ", "РЕЖИМ". 3. The device according to p. 1 or 2, characterized in that the control unit and outputting data to external recording devices contains a mode switch: "LUMINOMETER", "CONTROL", "SAMPLE", "TOXICITY", "MODE".
RU2001113930A 2001-05-25 2001-05-25 Facility analyzing liquid media by luminescent method RU2200315C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001113930A RU2200315C2 (en) 2001-05-25 2001-05-25 Facility analyzing liquid media by luminescent method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001113930A RU2200315C2 (en) 2001-05-25 2001-05-25 Facility analyzing liquid media by luminescent method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2200315C2 true RU2200315C2 (en) 2003-03-10

Family

ID=20249922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001113930A RU2200315C2 (en) 2001-05-25 2001-05-25 Facility analyzing liquid media by luminescent method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2200315C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452937C1 (en) * 2011-02-15 2012-06-10 Яков Тимофеевич Шатров Apparatus for analysing chemi- and bioluminescence of liquid media
RU2700284C1 (en) * 2019-03-11 2019-09-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" Cavitation intensity recording device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452937C1 (en) * 2011-02-15 2012-06-10 Яков Тимофеевич Шатров Apparatus for analysing chemi- and bioluminescence of liquid media
RU2700284C1 (en) * 2019-03-11 2019-09-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" Cavitation intensity recording device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3249820B2 (en) Modular measurement system for high-speed digital signal processing of luminescence
US7470917B1 (en) Submersible apparatus for measuring active fluorescence
US7564046B1 (en) Method and apparatus for measuring active fluorescence
CN1055993C (en) Electromagnetic flowmeter
CN109164141A (en) Photoelectric detection system, system and method
US4847483A (en) Device for measuring light intensity received by a photosensor
US9976956B2 (en) Method for determining a variable of a sample
RU2200315C2 (en) Facility analyzing liquid media by luminescent method
US3903422A (en) Digital fluorometer
US3093734A (en) Radiation dosimeter reader
RU19584U1 (en) DEVICE FOR ANALYSIS OF LIQUID MEDIA BY LUMINESCENT METHOD
CN107991275A (en) A kind of optical fiber dissolved oxygen detection method and device based on fluorescent quenching
CN201607408U (en) ATP fluorescence detection device
CN111373286B (en) System and method for simulating scintillation events using an electronic test source
Pajusalu et al. Open-source sensor for measuring oxygen partial pressures below 100 microbars
CN107389640B (en) Two-point integral type fluorescent life rapid detection system
CN2646699Y (en) Equipment for deducting shifting and pulsing of light source for atomic fluorescence spectrometer
CN209416924U (en) Front end circuit and multichannel atomic fluorescence detector including the front end circuit
CN103438996B (en) A kind of self-correcting testing circuit of utmost point faint optical signal
Chen et al. Dissolved oxygen detection based on light-to-frequency conversion
Xiao et al. Photon statistics measurement by use of single photon detection
CN117955434B (en) ATP fluorescence detection device and method
CN220171263U (en) Gamma-ray detector device with automatic peak stabilizing function
Zhao et al. The research about detection of dissolved oxygen in water based on C8051F040
Schroeder et al. A new electronic time resolution system for direct reading spectrometers and some applications in the diagnosis of spark and laser radiations

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070526