專利名稱：一種基于時(shí)域法的測(cè)量熒光壽命的通用光電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于時(shí)域法的測(cè)量熒光壽命的通用光電裝置，屬于分 析儀器的設(shè)計(jì)制造與分析測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熒光分析方法具有靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，所以近年來(lái)基于熒光法的氧測(cè)量、溫 度測(cè)量等得到了廣泛的研究與應(yīng)用。熒光檢測(cè)技術(shù)有兩類， 一類是基于熒光強(qiáng) 度的分析， 一類是基于熒光壽命的分析，而后者具有信號(hào)穩(wěn)定、免校正等優(yōu)點(diǎn)。 熒光壽命的測(cè)量技術(shù)有兩種， 一種是時(shí)域法， 一種是頻域法(也稱相敏法)。 時(shí)域法一般要求有短脈沖激光做激發(fā)光源，而頻域法需要精密的高頻光電調(diào)制 器件與寬帶檢測(cè)器。作為傳統(tǒng)的熒光檢測(cè)設(shè)備，儀器構(gòu)成復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理量大， 成本高，儀器售價(jià)高達(dá)十幾萬(wàn)元至幾十萬(wàn)元。而近年來(lái)開發(fā)的基于頻域法的熒 光檢測(cè)設(shè)備，存在硬件成本高(單塊數(shù)據(jù)采集卡成本就超過(guò)一萬(wàn)元)，數(shù)學(xué)運(yùn) 算復(fù)雜，設(shè)備笨重，不利于這種檢測(cè)平臺(tái)的小型化以及推廣使用?；陬l域法
熒光壽命檢測(cè)設(shè)備，比如發(fā)明專利200610010535. 2的基于頻域法的熒光測(cè)量 裝置，需要的數(shù)學(xué)運(yùn)算包括信號(hào)放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換、以及復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理如傅立 葉變換等，硬件方面則需要數(shù)字處理芯片等。類似的基于頻域法的報(bào)道比如 『基于相敏檢測(cè)技術(shù)的光纖氧傳感器』，《傳感器技術(shù)》，2001， 20， 9以及『高 性能熒光淬滅式光纖氧傳感器』，《傳感器技術(shù)》2002， 21， 11，則需要復(fù)雜的 鎖相放大技術(shù)，要求高帶寬數(shù)字放大電路，同時(shí)需要復(fù)雜昂貴的鎖相放大器， 成本高，體積大，這就極大地限制了該類光電裝置的小型化、集成化，從而不 能用于分析儀器的系統(tǒng)集成，也很難用于便攜式的現(xiàn)場(chǎng)、野外檢測(cè)。類似的報(bào) 道如Qc^icsJ /j.Z er pixies /or /7〃ore5"ce/ ce Z ssec/ c^/^e/ se/7si/^ P. A. S. Jorge， et al. 6"e/3sars 3/^ A^"Wors， B， 2004， 103, 290-299，也是基于 相敏檢測(cè)技術(shù)，存在同樣的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有熒光壽命檢測(cè)設(shè)備的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型將提供一種基于時(shí)域法的 測(cè)量熒光壽命的通用光電裝置，這種通用光電裝置應(yīng)以相對(duì)簡(jiǎn)便的時(shí)域法為理 論基礎(chǔ)，以發(fā)光二極管為激發(fā)光源，以波通濾光片為濾光元件，雪崩光電二極管做檢測(cè)器，虛擬示波器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，可以準(zhǔn)確、方便地檢測(cè)熒光壽命。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 一種基于時(shí)域法的測(cè)量 熒光壽命的通用光電裝置，它主要包括一個(gè)光源、濾光片和一個(gè)撿測(cè)器，此外， 它還包括一個(gè)樣品池、 一個(gè)具有二次軟件幵發(fā)功能的虛擬示波器和一個(gè)USB數(shù) 據(jù)接口 。所述光源有一個(gè)一定頻率和脈沖寬度的方波調(diào)制電源和一個(gè)發(fā)光二極 管，所述濾光片有一個(gè)短波通濾光片和長(zhǎng)波通濾光片，所述檢測(cè)器有一個(gè)雪崩 光電二極管。
所述方波調(diào)制電源、發(fā)光二極管的激發(fā)光經(jīng)短波通濾光片照射到樣品池 上，再經(jīng)濾掉短波長(zhǎng)部分激發(fā)光的長(zhǎng)波通濾光片，剩余的熒光到達(dá)雪崩光電二 極管，產(chǎn)生的電信號(hào)由虛擬示波器采集，并通過(guò)USB數(shù)據(jù)接口與微型計(jì)算機(jī)
連接。所述USB數(shù)據(jù)接口設(shè)置在虛擬示波器上。所述方波調(diào)制電源和發(fā)光二極
管、短波通濾光片、樣品池、長(zhǎng)波通濾光片、雪崩光電二極管和虛擬示波器依 次集成安裝在儀器外殼內(nèi)，發(fā)光二極管與方波調(diào)制電源成電氣連接，雪崩光電
二極管與虛擬示波器成電氣連接，虛擬示波器與USB數(shù)據(jù)接口成電氣連接。
' 該測(cè)量熒光壽命的通用光電裝置使用了時(shí)域法作為儀器的理論測(cè)定基礎(chǔ)， 所以數(shù)據(jù)的處理量小，使用了發(fā)光二極管作為激發(fā)光源，使用第一個(gè)短波通濾 光片濾掉發(fā)光二極管的長(zhǎng)波區(qū)域的光，并且通過(guò)長(zhǎng)波通濾光片濾掉信號(hào)中的短 波部分，使到達(dá)檢測(cè)器雪崩光電二極管的光信號(hào)中只含有熒光(磷光)信號(hào)。 該通用光電裝置的信號(hào)收集與處理使用具有二次軟件開發(fā)功能的虛擬示波器， 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)潔的指數(shù)衰減擬合計(jì)算，可以方便地將得到的熒光壽命顯示在微機(jī)上。
本實(shí)用新型的有益效果是由于這種通用光電裝置采用時(shí)域法測(cè)定熒光材
料的熒光壽命，以廉價(jià)的發(fā)光二極管替代傳統(tǒng)的氙燈、激光器作為激發(fā)光源， 結(jié)合兩種濾光片的使用，有效降低了干擾光，以高靈敏、高速雪崩光電二極管 做檢測(cè)器，結(jié)合虛擬示波器，方便有效地解決了數(shù)據(jù)采集與運(yùn)算的問(wèn)題。該光 電裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、造價(jià)低、性能可靠、體積小便于攜帶使用以及
維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，既可以通過(guò)USB數(shù)據(jù)接口與微機(jī)連接進(jìn)行使用，又可以作為
嵌入式系統(tǒng)集成到其它分析儀器中，可以在多種分析過(guò)程中得到應(yīng)用，如基于 熒光壽命測(cè)定的氧氣傳感、溫度測(cè)定等。


圖1是一種基于時(shí)域法的測(cè)量熒光壽命的通用光電裝置示意圖。
圖中1、發(fā)光二極管，2、短波通濾光片，3、樣品池，4、長(zhǎng)波通濾光片，5、雪崩光電二極管，6、虛擬示波器，7、微機(jī)，8、儀器外殼。
圖2是利用該裝置測(cè)量的某熒光氧傳感材料在氮?dú)庵械臒晒馑p曲線。 圖中橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是熒光強(qiáng)度。在氮?dú)庵袩晒鈴腶點(diǎn)衰減到b
點(diǎn)的壽命是50微秒，。
圖3是利用該裝置測(cè)量的某熒光氧傳感材料在氧氣中的熒光衰減曲線。 圖中橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是熒光強(qiáng)度。在氧氣中熒光從c點(diǎn)衰減到d
點(diǎn)的壽命是8微秒。
具體實(shí)施方式
圖1示出了一種測(cè)量熒光(磷光)壽命的通用光電裝置，其理論基礎(chǔ)是利 用時(shí)域法測(cè)定熒光(磷光)壽命。方波調(diào)制電源、發(fā)光二極管1、短波通濾光
片2、樣品池3、長(zhǎng)波通濾光片4、雪崩光電二極管5和虛擬示波器6依次集成 安裝在儀器外殼8內(nèi)，USB數(shù)據(jù)接口設(shè)置在虛擬示波器6上。發(fā)光二極管1與 方波調(diào)制電源成電氣連接，雪崩光電二極管5與虛擬示波器6成電氣連接，虛 擬示波器6與USB數(shù)據(jù)接口成電氣連接。
以方波調(diào)制電源供電的高亮發(fā)光二極管1作為激發(fā)光源，激發(fā)光經(jīng)短波通 濾光片2濾掉長(zhǎng)波部分以防止對(duì)后面的熒光檢測(cè)造成干擾，激發(fā)光照射到樣品 池3上，透射光包含了熒光和部分激發(fā)光，再經(jīng)長(zhǎng)波通濾光片4濾掉短波長(zhǎng)部 分的激發(fā)光，剩余的熒光到達(dá)雪崩光電二極管5，產(chǎn)生的電信號(hào)由虛擬示波器 6采集，并通過(guò)USB數(shù)據(jù)接口與微型計(jì)算機(jī)7連接，通過(guò)微機(jī)顯示熒光(磷光) 壽命。
本光電裝置可用于基于熒光壽命測(cè)定的各種在線檢測(cè)過(guò)程，如利用熒光法 測(cè)定氧氣濃度等。其特點(diǎn)是靈敏性高，可逆性強(qiáng)，響應(yīng)速度快，適于作為熒光 (磷光)壽命測(cè)量的通用平臺(tái)。
圖2所示的衰減曲線是某氧傳感材料在氮?dú)庵袩晒鈮勖臏y(cè)定結(jié)果。將某 氧傳感材料放置到樣品池中，開啟光電裝置的電源，通入高純氮?dú)猓^察熒光 材料的壽命，熒光從a點(diǎn)衰減到b點(diǎn)的壽命為50微秒左右。圖3所示的衰減 曲線是某氧傳感材料在氧氣中熒光壽命的測(cè)定結(jié)果。將某氧傳感材料放置到樣 品池中，開啟光電裝置的電源，通入高純氧氣時(shí)，熒光從c點(diǎn)衰減到d點(diǎn)的壽 命為8微秒左右。在不同氣體切換時(shí)，響應(yīng)時(shí)間小于10秒。表明該光電裝置 具有優(yōu)良的整體性能，已經(jīng)能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。
權(quán)利要求1、一種基于時(shí)域法的測(cè)量熒光壽命的通用光電裝置，它主要包括一個(gè)光源、濾光片和一個(gè)檢測(cè)器；其特征在于它還包括一個(gè)樣品池(3)、一個(gè)具有二次軟件開發(fā)功能的虛擬示波器(6)和一個(gè)USB數(shù)據(jù)接口；所述光源有一個(gè)一定頻率和脈沖寬度的方波調(diào)制電源和一個(gè)發(fā)光二極管(1)，所述濾光片有一個(gè)短波通濾光片(2)和長(zhǎng)波通濾光片(4)，所述檢測(cè)器有一個(gè)雪崩光電二極管(5)；所述方波調(diào)制電源和發(fā)光二極管(1)、短波通濾光片(2)、樣品池(3)、長(zhǎng)波通濾光片(4)、雪崩光電二極管(5)和虛擬示波器(6)依次集成安裝在儀器外殼(8)內(nèi)，發(fā)光二極管(1)與方波調(diào)制電源成電氣連接，雪崩光電二極管(5)與虛擬示波器(6)成電氣連接，虛擬示波器(6)與USB數(shù)據(jù)接口成電氣連接。
2、 據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)域法的測(cè)量熒光壽命的通用光電裝置； 其特征在于所述方波調(diào)制電源、發(fā)光二極管(1)的激發(fā)光經(jīng)短波通濾光片(2)照射到樣品池(3)上，再經(jīng)濾掉短波長(zhǎng)部分激發(fā)光的長(zhǎng)波通濾光片(4)， 剩余的熒光到達(dá)雪崩光電二極管(5)，產(chǎn)生的電信號(hào)由虛擬示波器(6)采集， 并通過(guò)USB數(shù)據(jù)接口與微型計(jì)算機(jī)(7)連接。
3、 據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)域法的測(cè)量熒光壽命的通用光電裝置; 其特征在于所述USB數(shù)據(jù)接口設(shè)置在虛擬示波器(6)上。
專利摘要一種基于時(shí)域法的測(cè)量熒光壽命的通用光電裝置，屬于分析儀器的設(shè)計(jì)制造與分析測(cè)量領(lǐng)域。這種通用光電裝置除包括一個(gè)光源、濾光片和一個(gè)檢測(cè)器外，還包括一個(gè)樣品池、一個(gè)具有二次軟件開發(fā)功能的虛擬示波器和一個(gè)USB數(shù)據(jù)接口；光源有一個(gè)一定頻率和脈沖寬度的方波調(diào)制電源和一個(gè)發(fā)光二極管，濾光片有一個(gè)短波通濾光片和長(zhǎng)波通濾光片，檢測(cè)器有一個(gè)雪崩光電二極管。該光電裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、造價(jià)低、性能可靠、體積小便于攜帶使用以及維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，既可以通過(guò)USB數(shù)據(jù)接口與微機(jī)連接進(jìn)行使用，又可以作為嵌入式系統(tǒng)集成到其它分析儀器中，可以在多種分析過(guò)程中得到應(yīng)用，如基于熒光壽命測(cè)定的氧氣傳感、溫度測(cè)定等。
文檔編號(hào)H05B37/00GK201252656SQ20082001036
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者吳玉波, 周富科, 婷 張, 楊玉斌, 梁曉芬, 籍少敏, 趙建章, 趙泰洋 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)