一种适用于过敏反应测试仪的荧光检测系统及其测量方法技术方案

技术编号:19509218 阅读:13 留言:0更新日期:2018-11-21 06:34
本发明专利技术涉及一种适合过敏反应检测仪的荧光检测系统及其测量方法,其荧光检测系统包括光学子系统及电学子系统,其电学子系统包括电源电路及光电测量子系统,其光电测量子系统包括紫外激发光强度调节模块、光电流放大模块、MCU电路以及RS485通信模块,其中其光电流放大模块包括电流电压转换与信号放大电路、高通滤波器与比较器电路、低通滤波器与ADC电路,过敏反应后的荧光信号经电流电压转换与信号放大电路放大后分出两路信号,一路进入所述低通滤波器与ADC电路,另一路进入所述高通滤波器与比较器电路,从而实现荧光的大范围连续测量。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于过敏反应测试仪的荧光检测系统及其测量方法
本专利技术属于医疗器械领域,具体涉及一种适用于过敏反应测试仪的荧光检测系统及其测量方法。
技术介绍
过敏性疾病是一类影响面最广的临床免疫性疾病,被WHO列为21世纪4大非感染性疾病(心脑血管、肿瘤、肥胖、过敏)之一,过敏还是哮喘等重大疾病的重要致病根源。因此加强过敏性疾病的诊疗仪器具有非常重要的意义。在过敏反应测试中,需要抽取被测试人的血液样本来培养过敏原测量试剂,并与不同类型的过敏原进行反应,通过检测生成物中组胺的含量来确定过敏反应的程度。在组胺含量测量过程中,通过化学反应机理对测试液进行处理,使其中含有与组胺浓度成正比的强荧光反应物。充分了解其激发光谱和发射光谱后,利用荧光反应机理,将所产生的荧光反应的光强精确测出。将数据发送给上位机,上位机通过特定的算法对患者是否对此疑似过敏原过敏做出判断,得到过敏反应定量数据。就过敏反应检测仪器而言,荧光检测子系统是它的核心部分。目前,国内尚无成熟的过敏反应检测仪器,专利技术一种适合全自动过敏反应测试仪的荧光检测系统,在测量过程中,产生一定光强激发光、检测发射光强、大范围测量的数据转换,并根据一定的通信协议与上位机进行数据传输和接收上位机的命令与参数配置,为了保证测量精度,除了需要有抗干扰的总体方案外,还需要精心设计测量电路和电源电路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前现有技术的不足,至少提供如下技术方案:一种适用于过敏反应测试仪的荧光检测系统,其包括:光学子系统及电学子系统,其特征在于,所述电学子系统包括电源电路及光电测量子系统,所述光电测量子系统包括紫外激发光强度调节模块、光电流放大模块、MCU电路以及RS485通信模块,所述紫外激发光强度调节模块输出端与所述紫外激光光源连接,其输入端与所述MCU电路连接,所述光电流放大模块与所述MCU电路以及所述光电倍增管连接,所述RS485通信模块与所述MCU电路连接,所述电源电路为整个系统供电;其中,所述光电流放大模块包括电流电压转换与信号放大电路、高通滤波器与比较器电路、低通滤波器与ADC电路,过敏反应后的荧光信号经电流电压转换与信号放大电路放大后分出两路信号,一路进入所述低通滤波器与ADC电路,另一路进入所述高通滤波器与比较器电路,从而实现荧光的大范围连续测量。进一步的,所述紫外激发光强度调节模块包括紫外DAC及其隔离电路、可调电流源电路,所述紫外DAC及其隔离电路与所述MCU电路连接,所述紫外DAC的输出端与所述可调电流源电路连接,所述可调电流源电路与所述紫外激光光源连接。进一步的,所述光电流放大模块还包括倍增器DAC及其隔离电路、可调光电倍增管高压电源电路、脉冲隔离电路、ADC接口及其隔离电路,所述倍增器DAC及其隔离电路、脉冲隔离电路、ADC接口及其隔离电路分别与所述MCU电路连接,所述倍增器DAC及其隔离电路的输出端与所述可调光电倍增管高压电源电路连接,所述可调光电倍增管高压电源电路输出端与所述光电倍增管连接,所述光电倍增管输出端与所述电流电压转换与信号放大电路连接,所述电流电压转换与信号放大电路分别与所述高通滤波器与比较器电路、低通滤波器与ADC电路连接,所述高通滤波器与比较器电路与所述脉冲隔离电路连接,所述低通滤波器与ADC电路连接与所述ADC接口及其隔离电路连接。进一步的,所述荧光检测系统还包括RS485通信协议,所述RS485通信协议兼容现有RS485应用层协议的数据包格式和与荧光检测系统通信的具体功能数据包,所述包格式为同步、起始、站地址、序列、数据、结束及校验码。进一步的,所述电源电路包括隔离降压变压器、整流滤波、DC/DC转换以及LDO,以为整个系统提供电能。采用隔离变压器为每个区域提供电源,供电区域相互不共地。进一步的,所述电源电路分为4个隔离电源区,光电倍增器供电和光电信号测量为模拟电源区1、紫外电路部分为模拟电源区2、MCU电路为数字电源区1、RS485通信电路为数字电源区2。模拟电源区1由隔离降压变压器输出、整流滤波、DC/DC转换器(LMZ14201H)、负电源电荷泵DC/DC芯片TC7662B和LDO(LP38798和TPS7A30)电路组成,获得+12V、+4V和-4V电压;模拟电源区2由隔离降压变压器输出、整流滤波、DC/DC转换器(LMZ14201H)和LDO(LP38798)电路组成,获得+12V和+4V电压;数字电源区1由隔离降压变压器输出、整流滤波、DC/DC转换器(LMZ14201H)和LDO(SPX1117)电路组成,获得+3.3V电压;数字电源区2与数字电源1共用隔离降压变压器输出、整流滤波和DC/DC转换器(LMZ14201H),在此基础上再采用DC/DC(DCV010505P)实现+5V电压隔离输出。荧光检测系统的电学子系统的RS485通信接口及其隔离电路采用RS485通信芯片SP485和数字隔离器件ADuM1301,实现与上位机(如PLC)的通信。MCU采用低功耗芯片STM32L433RCT6,MCU通过其片上外设USART实现RS485通信,通过多个片上外设SPI接口设置紫外激光器工作电流、设置光电倍增管高压工作电压、读取荧光电流放大电路中的ADC输出值;MCU通过脉冲隔离电路获得光子脉冲输入,通过其片上32-bit计数器进行计数,实现光子计数器功能。MCU通过紫外DAC及其隔离电路、可调电流源电路给过敏反应测量设置紫外光强。过敏反应后的荧光信号通过光电倍增管进行第1级放大后,经过电流电压转换与信号放大电路进行第2级放大后,电流电压转换器采用高输入阻抗、高带宽、低噪声和低偏置放大器OPA659,信号放大器采用高带宽放大器OPA2690。当被测荧光强度较大时,信号为幅值较大而波动较小的直流信号,光强与幅值成正比;当被测荧光强度较小时,光子稀疏地通过光电倍增管,信号为分离的各个脉冲。第2级放大后分出两路信号,一路进入适合强过敏反应的低通滤波器与ADC电路,实现信号的电平测量,另一路进入适合弱过敏反应的高通滤波器与比较器电路,配置MCU内部32-bit计算器实现信号的脉冲计数测量,从而实现大范围过敏反应的荧光检测。配置低通滤波器的截止频率fL大于高通滤波器的截止频率fH使得光子计数荧光检测方法和荧光电平检测方法有较大的同时适用的交叉区域从而实现大范围连续测量。采用ADC测量无荧光反应时的背景噪声水平,正式荧光测试时减去该背景噪声来提高测量精度,同时通过设置比较电路的参考电压为背景噪声水平的2倍,采用与噪声成比例的动态参考电压提高了脉冲计数的精度和适应能力。所述ADC电路采用24位ADS1246,内含按照2倍递增从1至128倍的8级可编程放大器PGA,可实现强过敏反应的宽范围测量。比较器采用高速比较器ADCMP601,可以实现10MHz脉冲处理。所述荧光检测系统的RS485通信协议兼容现有的过敏原检测仪其它RS485通信协议,使得整个过敏原检测仪内部只需要一个RS485网络,新RS485协议在应用层上兼容现有RS485应用层协议。本专利技术还提供一种用于适合过敏反应检测仪的荧光检测系统的测量方法,其包括以下步骤:MCU上电复位,程序开始执行;将按照缺省值设置倍增器DAC、紫外DAC输出,完成ADC的偏移校准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于过敏反应测试仪的荧光检测系统,其包括:光学子系统及电学子系统,其特征在于,所述电学子系统包括电源电路及光电测量子系统,所述光电测量子系统包括紫外激发光强度调节模块、光电流放大模块、MCU电路以及RS485通信模块,所述紫外激发光强度调节模块输出端与所述紫外激光光源连接,其输入端与所述MCU电路连接,所述光电流放大模块与所述MCU电路以及所述光电倍增管连接,所述RS485通信模块与所述MCU电路连接,所述电源电路为整个系统供电;其中,所述光电流放大模块包括电流电压转换与信号放大电路、高通滤波器与比较器电路、低通滤波器与ADC电路,过敏反应后的荧光信号经电流电压转换与信号放大电路放大后分出两路信号,一路进入所述低通滤波器与ADC电路,另一路进入所述高通滤波器与比较器电路,从而实现荧光的大范围连续测量。

【技术特征摘要】
1.一种适用于过敏反应测试仪的荧光检测系统,其包括:光学子系统及电学子系统,其特征在于,所述电学子系统包括电源电路及光电测量子系统,所述光电测量子系统包括紫外激发光强度调节模块、光电流放大模块、MCU电路以及RS485通信模块,所述紫外激发光强度调节模块输出端与所述紫外激光光源连接,其输入端与所述MCU电路连接,所述光电流放大模块与所述MCU电路以及所述光电倍增管连接,所述RS485通信模块与所述MCU电路连接,所述电源电路为整个系统供电;其中,所述光电流放大模块包括电流电压转换与信号放大电路、高通滤波器与比较器电路、低通滤波器与ADC电路,过敏反应后的荧光信号经电流电压转换与信号放大电路放大后分出两路信号,一路进入所述低通滤波器与ADC电路,另一路进入所述高通滤波器与比较器电路,从而实现荧光的大范围连续测量。2.根据权利要求1的所述荧光检测系统,其特征在于,所述紫外激发光强度调节模块包括紫外DAC及其隔离电路、可调电流源电路,所述紫外DAC及其隔离电路与所述MCU电路连接,所述紫外DAC的输出端与所述可调电流源电路连接,所述可调电流源电路与所述紫外激光光源连接。3.根据权利要求1的所述荧光检测系统,其特征在于,所述光电流放大模块还包括倍增器DAC及其隔离电路、可调光电倍增管高压电源电路、脉冲隔离电路、ADC接口及其隔离电路,所述倍增器DAC及其隔离电路、脉冲隔离电路、ADC接口及其隔离电路分别与所述MCU电路连接,所述倍增器DAC及其隔离电路的输出端与所述可调光电倍增管高压电源电路连接,所述可调光电倍增管高压电源电路输出端与所述光电倍增管连接,所述光电倍增管输出端与所述电流电压转换与信号放大电路连接,所述电流电压转换与信号放大电路分别与所述高通滤波器与比较器电路、低通滤波器与ADC电路连接,所述高通滤波器与比较器电路与所述脉冲隔离电路连接,所述低通滤波器与ADC电路连接与所述ADC接口及其隔离电路连接。4.根据权利要求1的所述荧光检测系统,其特征在于,所述荧光检测系统还包括RS485通信协议,所述RS485通信协议兼容现有RS485应用层协议的数据包格式和与荧光检测系统通信的具体功能数据包,所述包...

【专利技术属性】
技术研发人员:李向阳许铭杰
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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