前置电路及包括该前置电路的多通道原子荧光仪制造技术

本实用新型专利技术提供一种前置电路及包括该前置电路的多通道原子荧光仪，该前置电路用于将微弱电流信号转换为大幅度的电压信号，包括电阻反馈型I‑V转换电路、反相电路和运放型放大电路；所述I‑V转换电路为电阻反馈型I‑V转换电路，I‑V转换电路的输出与反馈电阻R4成正比；放大电路的负反馈电阻R3为可调电阻，用以调节放大电路的增益。本实用新型专利技术前置电路将微弱电流信号转换为大幅度电压信号，在不增加检测器中PMT的负高压情况下，大幅度提高检测器的检测灵敏度；多通道原子荧光仪采用单个检测器时间片轮换工作模式实现多种元素的同时检测，简化了仪器结构，又避免了多个检测通道之间的干扰，提高了检测数据的可靠性和准确性。

Pre-circuit and multi-channel atomic fluorescence spectrometer including the pre-circuit

【技术实现步骤摘要】
前置电路及包括该前置电路的多通道原子荧光仪
本技术涉及原子光谱分析
中的电子电路系统，具体涉及一种适用于微弱信号检测的前置电路及包括该前置电路的多通道原子荧光仪。
技术介绍
目前，原子荧光仪是常用的光谱类分析仪器，其工作原理是使用激发光源照射含有一定浓度的待测元素的原子蒸汽，使得基态原子跃迁至激发态，发出原子荧光，测定原子荧光的强度即可计算得到待测样品中该元素的含量，即将测量得到的荧光信号强度和一系列已知的该元素标准含量的荧光信号强度值对比，计算得到被测元素的含量。原子荧光检测灵敏度和检出限是反映原子荧光仪性能的两个关键指标，要提高原子荧光仪的检测灵敏度、降低其检出限，通常采取的方式一是采用更强的光源，而是采用更好的原子化器，三是适当增加检测器中光电倍增管(PMT)的负高压来提高放大增益。由于杂散光的存在，采取上述方法并不能有效去除杂散光的影响，例如，通过增加检测器中PMT的负高压来提高放大增益时，在放大有效原子荧光信号的同时，杂散光也将被放大，同时，由于电路的电信号放大和模拟电信号到数字电信号的转换范围受器件本身和电路设计的限制不可能有很宽的动态范围，这种放大增益的方法效果是非常有限的。按照原子荧光仪通道数目，原子荧光仪可以分为单通道原子荧光仪和多通道原子荧光仪。现有的多通道原子荧光仪通常是设置多个相互独立的通道，即多个激发光源通道都设有与之对应的检测通道，使用时，单个通道测量一个元素，各通道相互独立。这样，原子荧光仪结构上比较复杂，且多个检测通道之间易发生干扰，从而影响检测数据的可靠性和准确性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供一种前置电路，该前置电路适用于微弱信号的检测。本技术的上述目的是由以下技术方案来实现的：一种前置电路，用于将微弱电流信号转换为大幅度的电压信号，包括I-V转换电路、反相电路(032)和放大电路，所述I-V转换电路为电阻反馈型I-V转换电路(031)，I-V转换电路(031)的输出与反馈电阻R4成正比；放大电路为运放型放大电路(033)，其增益Af大小与负反馈电阻R3和分压电阻R5的比值成正比，放大电路的负反馈电阻R3为可调电阻，用以调节放大电路(033)的增益。上述前置电路中，所述I-V转换电路(031)与反相电路(032)之间设置有电容C2和电阻R1形成的隔直流电路。上述前置电路中，所述放大电路(033)设置有偏移量调整电路，以调整输出信号的直流偏移量。本技术还提供一种具有上述前置电路的多通道原子荧光仪，该一种多通道原子荧光仪包括多路激发光源(02)和用于捕获、检测荧光信号的检测器，所述检测器包括光电倍增管(05)、主板(01)和信号处理电路(04)，主板(01)上集成有处理器(011)、数模转换模块(012)、模数转换模块(014)和接口模块(013)，所述检测器还包括上述前置电路(03)，前置电路(03)的输出信号经信号处理电路(04)的处理，经模数转换模块(014)转换为数字信号发送至处理器(011)。上述多通道原子荧光仪中，所述信号处理电路(04)包括滤波电路(041)和峰值取样电路(042)，滤波电路(041)为低通滤波器，用于对前置电路(03)输出的信号进行滤波和平滑；峰值取样电路(042)用于完成在预定取样时间内取样操作。上述多通道原子荧光仪中，前置电路(03)单独集成于一前置电路板上，并与光电倍增管(05)的输出连接，前置电路板与光电倍增管(05)密封封装在一起。上述多通道原子荧光仪还包括一显示触摸屏(00)，显示触摸屏(00)通过接口模块(013)接入处理器(011)。采用以上技术手段，本技术取得以下技术效果：本技术前置电路采用电阻反馈型I-V转换电路、反相电路和放大电路组合形成两级放大电路，将pA级的电流信号转换为mV级的电压信号，可实现在不增加检测器中PMT的负高压的情况下，大幅度提高检测器的检测灵敏度；本技术多通道原子荧光仪采用单个检测器时间片轮换工作模式实现多种元素的同时检测，既简化了仪器结构，又避免了多个检测通道之间的干扰，从而提高了检测数据的可靠性和准确性。附图说明图1是本技术多通道原子荧光仪的检测器的结构框图；图2是检测器中光电倍增管所形成的电脉冲信号图；图3是本技术前置电路的电路原理图；图4是现有的前置电路的电路原理图；图5是本技术双通道原子荧光仪的检测过程的流程图；图6是采用本技术原子荧光仪得到的荧光检测结构截图。图中附图标记表示为：00：显示触摸屏；01：主板，011：处理器(MCU)，012：数模转换模块(DAC)，013：接口模块，014：模数转换电路(ADC)；02：激发光源(灯管)；03：前置电路，031：I-V转换电路，032：反相电路，033：放大电路；U1：第一运算放大器，U2：第二运算放大器，U3：第三运算放大器；04：信号处理电路，041：滤波电路，042：峰值取样电路；05：光电倍增管(PMT)，9：PMT接地管脚；11：PMT负压管脚；10：PMT输出管脚；06：脉冲恒流源；Ip：PMT输出电流；Vp：I-V转换后的电压脉冲峰值；Af：第三运算放大器的增益；Vop：前置电路的输出脉冲电压峰值。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本技术前置电路及具有该前置电路的多通道原子荧光仪进行详细说明。如图1所示，本技术多通道原子荧光仪包括一检测器，检测器用于对捕获到的原子荧光信号进行分析处理计算得到被测元素的含量，包括光电倍增管(PMT)05、主板01、前置电路03和信号处理电路04，其中：主板01上集成有处理器(MCU)011、数模转换模块(DAC)012、模数转换模块(ADC)014和接口模块013，MCU为检测器的核心，是整个检测器的大脑，负责检测器各部分电路的管理与时序控制，MCU内置有计算模块，数模转换模块(DAC)012输出一定占空比、预设幅度的电脉冲经接口模块013中的模拟输出接口作为一高压的脉冲恒流源06的控制脉冲信号，脉冲恒流源06在控制脉冲信号的作用下输出30mA-150mA的电脉冲至激发光源(灯管)02，使激发光源02发射待检测元素的激发光。同时，MCU控制信号处理电路04处理PMT捕获到的该元素的荧光信号。光电倍增管(PMT)05捕获到的原子荧光信号形成如图2所示的电脉冲信号，该信号为10-9A(pA)范围的微弱电流信号，检测过程中，通常需要将该电流信号转换为电压信号，然后进行相应的方法、滤波等处理，目前常用的I-V转换电路如图4所示，该电路的缺陷是电阻R9等消耗了相当大一部分微弱电流，导致I-V转换灵敏度降低，使得检测器整体检出限增高。如图3所示，本技术前置电路03采用简洁的电阻反馈型I-V转换电路031将PMT输出的微弱电流脉冲信号转换为大幅度的电压脉冲信号，并通过反相电路032将正向脉冲转换为负极性脉冲，再经一级放大电路033将正向脉冲进一步放大，前置电路03采用两级放大电路，增加了检测器的灵敏度。图3所示的实施例中，I-V转换电路031中的第二运算放大器U2选用具有低输入偏置电流的运算放大器CA3140，选用5.1M的反馈电阻R4，转换后的电压脉冲的峰值为：Vp＝Ip×R4(1)反相电路032中的第一运算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种前置电路，用于将微弱电流信号转换为大幅度的电压信号，包括I‑V转换电路、反相电路(032)和放大电路，其特征在于，所述I‑V转换电路为电阻反馈型I‑V转换电路(031)，I‑V转换电路(031)的输出与反馈电阻R4成正比；放大电路为运放型放大电路(033)，其增益Af大小与负反馈电阻R3和分压电阻R5的比值成正比，放大电路的负反馈电阻R3为可调电阻，用以调节放大电路(033)的增益。

【技术特征摘要】
1.一种前置电路，用于将微弱电流信号转换为大幅度的电压信号，包括I-V转换电路、反相电路(032)和放大电路，其特征在于，所述I-V转换电路为电阻反馈型I-V转换电路(031)，I-V转换电路(031)的输出与反馈电阻R4成正比；放大电路为运放型放大电路(033)，其增益Af大小与负反馈电阻R3和分压电阻R5的比值成正比，放大电路的负反馈电阻R3为可调电阻，用以调节放大电路(033)的增益。2.根据权利要求1所述的前置电路，其特征在于，所述I-V转换电路(031)与反相电路(032)之间设置有电容C2和电阻R1形成的隔直流电路。3.根据权利要求1或2所述的前置电路，其特征在于，所述放大电路(033)设置有偏移量调整电路，以调整输出信号的直流偏移量。4.一种多通道原子荧光仪，包括多路激发光源(02)和用于捕获、检测荧光信号的检测器，所述检测器包括光电倍增管(05)、主板(01)和信号处理电路(04)，主板(01)上集成有处理器(011)...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚大顺，龚治湘，杨梅，
申请(专利权)人：重庆民泰新农业科技发展集团有限公司，
类型：新型
国别省市：重庆,50