一种光源系统、控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光源系统，包括若干波段的光源、驱动装置、传感器、控制器、上位机；光源用于输出光刺激细胞产生光生物学效应，驱动装置用于生成驱动信号驱动光源输出光，传感器用于测量光源输出光的辐照度值；上位机用于实时显示传感器测量的辐照度值及用户设定的光的波长、频率、脉冲宽度、目标辐照度值，控制器用于根据传感器测量的辐照度值和用户设定的目标辐照度值调节驱动装置生成的驱动信号。本发明专利技术还涉及一种光源控制方法、光源装置；本发明专利技术采用控制器对光源输出光的辐照度进行精确且快速的跟踪，实现精确控制输出光的辐照度，提高光的生物学效应研究实验结论的准确性。

A Light Source System, Control Method and Device

The invention provides a light source system, including a light source, a driving device, a sensor, a controller and a host computer of several bands; a light source is used to output light to stimulate cells to produce photobiological effects; a driving device is used to generate driving signals to drive the light source output; a sensor is used to measure the irradiance value of the light source output; a host computer is used to display the irradiance value measured by a sensor in real time. The controller is used to adjust the driving signal generated by the driving device according to the irradiance value measured by the sensor and the target irradiance value set by the user. The invention also relates to a light source control method and a light source device, which adopts a controller to track the irradiance of the light source output accurately and rapidly, to achieve accurate control of the irradiance of the output light, and to improve the accuracy of the experimental conclusion of the biological effect of light.

【技术实现步骤摘要】
一种光源系统、控制方法及装置
本专利技术属于光源控制
，是一种用于光的生物学效应实验研究或光治疗的一种光源系统、控制方法及装置。
技术介绍
光的生物学效应是光子作用于细胞或生物组织后产生的代谢、信号传导通路、细胞因子等的一系列变化，是深入研究低强度光治疗的必要理论基础。而低强度光治疗是一种无痛无毒副作用的物理治疗手段，可以治疗包括皮肤病、消炎、镇痛、杀菌在内的多种疾病。因此，研究光的生物学效应具有重要意义。研究光的生物学效应需要特别设计的光源系统。产生生物学效应的光通常是波长在390-1000nm之间，能量密度(0.04～50J/cm2)和功率密度(<100mW/cm2)相对较低。这种情况下，光在细胞内主要产生生物学效应，而不产生明显的热效应。光的生物学效应研究实验通常采用两种形式的光源。第一种是导光式，即光源内置于光源箱内，光通过光纤导出，常用于激光光源。这种方式产生的光斑较小，光束集中；因此，辐照度相对也比较大。第二种是直下式，即光源独立外置，而其驱动控制信号由电控箱通过电线导出，常用于LED光源。这种方式产生的光斑较大，光束分散；因此，辐照度相对也比较低。光的生物学效应研究实验采用的光源存在一个主要问题，即光参数不准确，光的辐照度无法精确控制，导致实验结论的不确定性。这是因为光的辐照度值对光的生物学效应研究或光治疗结果有决定性作用。光的辐照度值通常要在一个特定的范围内才有效，太低或太高都有可能无效，太高的辐照度甚至会产生毒副作用。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出的一种光源控制方法，解决了现有光的生物学效应研究实验采用的光源存在光参数不准确，光的辐照度无法精确控制，导致实验结论的不确定性的问题。本专利技术提供一种光源系统，包括若干波段的光源、驱动装置、传感器、控制器、上位机；所述光源用于输出光刺激细胞产生光生物学效应，所述驱动装置用于生成驱动信号驱动所述光源输出光，所述传感器用于测量所述光源输出光的辐照度值；所述上位机用于实时显示所述传感器测量的辐照度值及用户设定的光的波长、频率、脉冲宽度、目标辐照度值，所述控制器用于根据所述传感器测量的辐照度值和用户设定的目标辐照度值调节所述驱动装置生成的驱动信号。进一步地，所述光源由LED芯片阵列构成，所述光源的光谱半波宽不超过30nm。进一步地，所述驱动装置包括微处理器、恒流驱动器，所述恒流驱动器输出恒流电流驱动所述光源，所述微处理器输出脉冲宽度调制信号调节所述恒流驱动器输出的恒流电流幅值；还包括恒压驱动器，所述恒压驱动器用于将交流电压转换成直流电压给所述微处理器、所述恒流驱动器供电。进一步地，所述传感器为光电二极管、光电三极管、光敏电阻或光电倍增管。一种光源控制方法，包括以下步骤：S0、驱动光源，通过驱动信号驱动光源输出光刺激细胞产生光生物学效应；S1、测量辐照度值，根据传感器的输出电压和定标系数计算辐射度值，得到测量辐照度值；S2、反馈控制光源，采用控制算法根据所述测量辐照度值和用户设定的目标辐照度值计算控制信号，通过所述控制信号调节所述驱动信号。进一步地，在步骤S0中，所述驱动信号为恒流电流，在步骤S0中还包括通过脉冲宽度调制信号调节所述恒流电流的幅值。进一步地，在步骤S1中，记录在所述光源与所述传感器的若干垂直位置上所述传感器的输出电压和标准光功率计测量的辐照度值，采用最小二乘法计算所述定标系数。进一步地，在步骤S2中，所述控制算法为PID控制算法或鲁棒控制算法。一种光源装置，包括：处理器；存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行光源控制方法。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种光源系统，包括若干波段的光源、驱动装置、传感器、控制器、上位机；光源用于输出光刺激细胞产生光生物学效应，驱动装置用于生成驱动信号驱动光源输出光，传感器用于测量光源输出光的辐照度值；上位机用于实时显示传感器测量的辐照度值及用户设定的光的波长、频率、脉冲宽度、目标辐照度值，控制器用于根据传感器测量的辐照度值和用户设定的目标辐照度值调节驱动装置生成的驱动信号。本专利技术还涉及一种光源控制方法、光源装置；本专利技术采用控制器对光源输出光的辐照度进行精确且快速的跟踪，实现精确控制输出光的辐照度，提高光的生物学效应研究实验结论的准确性。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本专利技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的光源系统示意图；图2为本专利技术的大功率LED光源的电驱动原理示意图；图3为本专利技术的光源控制方法流程图；图4为本专利技术的传感器定标流程图；图5为本专利技术的LED光源输出光辐照度的闭环控制原理示意图。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。一种光源系统，如图1所示，包括若干波段的光源、驱动装置、传感器、控制器、上位机；光源用于输出光刺激细胞产生光生物学效应，驱动装置用于生成驱动信号驱动光源输出光，传感器用于测量光源输出光在某一点的辐照度值；上位机用于实时显示传感器测量的辐照度值及用户设定的光的波长、频率、脉冲宽度、目标辐照度值，供用户查看实验中实际的辐照度值。控制器用于根据传感器测量的辐照度值和用户设定的目标辐照度值调节驱动装置生成的驱动信号，通过调节后的驱动信号驱动光源输出不同辐照度的光。优选地，每一种波段的光源由一种相同的波段的大功率LED芯片阵列构成，光源的光谱半波宽不超过30nm，保证光的单色性和光谱的相对唯一性。常用于光的生物效应研究及光治疗的波段如紫外光210nm和358nm，可见光如450nm、630nm、660nm，以及近红外光810nm等，本实施例中，光源还包括光学透镜、保护罩以及散热装置等结构，散热装置对光源进行散热，保护罩保护光源，光源发射的光通过光学透镜输出至细胞上。由于LED芯片阵列构成的光源是一种电流器件，应使用恒流电源对其进行驱动，以保证电流幅值的稳定性。如图2所示，优选地，驱动装置包括微处理器、DCDC恒流驱动器，DCDC恒流驱动器输出恒流电流驱动光源，微处理器输出一定占空比的PWM信号以调节DCDC恒流驱动器输出的恒流电流幅值，占空比与恒流电流幅值成正比。还包括ACDC恒压驱动器，ACDC恒压驱动器用于将交流电压(如220V交流电压)转换成直流电压给微处理器、DCDC恒流驱动器供电。优选地，传感器为覆盖紫外光、可见光、近红外光范围内常用波段的光电二极管、光电三极管、光敏电阻或光电倍增管等。传感器测量的辐照度值由传感器的实测输出电压与标准精密光功率计定标得出，即满足以下线性关系：Ee＝a*R其中，Ee表示辐照度(mW/cm2)，R表示传感器的输出电压经AD转换后的读出值，a为定标系数，定标系数a可使用多次测量的传感器的输出电压R和标准功率计测量的辐照度值E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光源系统，其特征在于：包括若干波段的光源、驱动装置、传感器、控制器、上位机；所述光源用于输出光刺激细胞产生光生物学效应；所述驱动装置用于生成驱动信号驱动所述光源输出光，所述传感器用于测量所述光源输出光的辐照度值；所述上位机用于实时显示所述传感器测量的辐照度值及用户设定的光的波长、频率、脉冲宽度、目标辐照度值；所述控制器用于根据所述传感器测量的辐照度值和用户设定的目标辐照度值调节所述驱动装置生成的驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种光源系统，其特征在于：包括若干波段的光源、驱动装置、传感器、控制器、上位机；所述光源用于输出光刺激细胞产生光生物学效应；所述驱动装置用于生成驱动信号驱动所述光源输出光，所述传感器用于测量所述光源输出光的辐照度值；所述上位机用于实时显示所述传感器测量的辐照度值及用户设定的光的波长、频率、脉冲宽度、目标辐照度值；所述控制器用于根据所述传感器测量的辐照度值和用户设定的目标辐照度值调节所述驱动装置生成的驱动信号。2.如权利要求1所述的一种光源系统，其特征在于：所述光源由LED芯片阵列构成，所述光源的光谱半波宽不超过30nm。3.如权利要求2所述的一种光源系统，其特征在于：所述驱动装置包括微处理器、恒流驱动器，所述恒流驱动器输出恒流电流驱动所述光源，所述微处理器输出脉冲宽度调制信号调节所述恒流驱动器输出的恒流电流幅值；还包括恒压驱动器，所述恒压驱动器用于将交流电压转换成直流电压给所述微处理器、所述恒流驱动器供电。4.如权利要求1所述的一种光源系统，其特征在于：所述传感器为光电二极管、光电三极管、光敏电阻或光电倍增管。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：董建飞，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32