微型双光谱检测生化分析仪制造技术

本发明专利技术属于光电光谱探测和光谱生物化学分析技术领域；包括通过光学元件依次连接在同一光路中的自适应可调光源、光学衰减器、第一样品室、第一集成光学微光谱仪以及第一模数转换器，还包括通过光学元件与该光学衰减器连接在另一光路中的第二样品室、第二集成光学微光谱仪以及第二模数转换器；分别连于该两个模数转换器、所说的光学衰减器及自适应可调光源的计算机数据处理系统。本发明专利技术可扩大光电光谱探测的动态范围、实现自适应动态调整、系统自标定、实时误差校正等功能。这种微型双光谱检测生化分析仪系统可用于常规生化检测、现场生化分析。在生物医疗、环境监测、材料分析等许多领域都有潜在的应用。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电光谱探测和光谱生物化学分析
；特别涉及光谱检测生化分析仪的结构设计。
技术介绍
普通生化仪和分光光度计类似的仪器均只有一套单色仪系统，有的系统具有两套单色仪，但探测器为两路共用且不具备线阵探测器的性能。一种作为颜色传感器的双光谱仪系统(USP5,793,486)是作为纸张颜色测量的仪器。系统采用了两个光谱仪。一个对准纸面的高反射区(白区)，另一个对准纸面的高吸收区(黑区)。两个光谱仪分别同时测量两个区域的全光谱。这个系统适合于在线测量运动纸张的颜色及与颜色相关的特性。系统进行反衬度比率反射测量，提供不透明物体的全光谱的实时校正。由于这种系统的结构所限不能采用共光路结构，同时测量的是样品不同区域的光谱。缺少校准系统基线和噪声自动消除的功能。因此这种系统不适合于进行生物样品的测量和生化分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种微型双光谱检测生化分析仪，可扩大光电光谱探测的动态范围、实现自适应动态调整、系统自标定、实时误差校正等功能。本专利技术提出的一种微型双光谱检测生化分析仪，其特征在于，包括通过光学元件依次连接在同一光路中的自适应可调光源、光学衰减器、第一样品室、第一集成光学微光谱仪以及第一模数转换器，还包括通过光学元件与该光学衰减器连接在另一光路中的第二样品室、第二集成光学微光谱仪以及第二模数转换器；分别连于该两个模数转换器、所说的光学衰减器及自适应可调光源的计算机数据处理系统。本专利技术的自适应可调光源中的光源可以采用发射出宽谱光束的卤素灯等宽谱灯；可控制电源可以通过调节输出电压改变输出功率，使光源获得不同电压和功率的电源供应产生不同的亮度。降温装置可采用风扇，安装在光源附近，通过强制通风使光源发出的热量及时散发，降低环境温度。温度探测器、光谱探测器、光强探测器及光源控制器均可采用常规产品，其中，温度探测器安装在光源附近，将探测到的温度转换成电信号送给控制器。光强探测器安装在光源背面，将探测到的光强信号送给控制器。光谱探测器对特定谱线进行检测，将探测信号送给控制器。光源控制器接收的温度探测器、光强探测器和光谱探测器送来的测量信号后，通过电路反馈降低或升高电源和风扇的电压，增加和减小其功率输入，达到控制亮度和温度的目的。例如当探测器测量到系统中环境温度过高时，控制器提高风扇输入功率增加排风量，降低光源功率减少发热，使环境温度降低。当探测器测量到亮度过高时，控制器会降低光源电源功率，降低亮度。当光谱探测器测量到谱线饱和信噪比太低时，控制器会降低和提高光源功率，或发出警报提示用户更换新灯泡等备件。也可以根据测量样品的要求设定光源的控制参数，如给定电压、功率等。通过全量程动态范围优化、光强/光谱对应点量程优化、其他优化准则，使测量系统始终处于最佳状态。避免了因饱和无法得到峰值数据，同时也避免了因信噪比太差淹没了有用的信号。这种自适应反馈控制提高了测量灵敏度和扩大测量动态范围。所说的光学衰减器的连续或阶梯变化透射率光学元件可以是矩形玻璃采用公知技术镀上不均匀的渐变的金属膜层，其透光率也是渐变。光束照到不同位置具有不同的光透过率。通过机械调节机构，如采用已知的微型移动台移动连续或阶梯变化透射率光学元件，则可以实现光束的透过率和衰减变化。同样连续或阶梯变化透射率光学元件也可以制成圆形盘状连续渐变透过率分布。将装在一个具有转轴的机械调节机构的转轴上，光束射到光衰减盘上，当光衰减盘旋转时，透过率发生变化，实现了对光束的调节。若本专利技术是由其他光电、声光、光学偏振等元器件构成的光学衰减器。通过改变起偏器和检偏器相对角度等，可以使光束通过光学衰减器的衰减系数发生变化。其调节机构可通过控制器受到检测信号的反馈控制，通过机械移动、转动、声光调制器频率调节、光学偏振器件相对角度改变调整光透过率，实现对光强进行特定参数或实时的调节。本专利技术采用的集成光学微光谱仪是光电光谱基础部件，光束经光纤耦合进入光谱仪后射向衍射色散光栅，经色散光栅散射形成连续光谱的光强分布到达阵列光电接收器表面。接收器的每个单元对应不同的谱线成份，探测到对应的谱线强度信号。通常采用256单元的阵列探测器。光谱分辨率优于7nm。动态范围优于104。一个微光谱仪用于测量样品光谱分布，另一个微光谱仪用于测量对比样品。对比样品可以是真空、空气、标准样品和其他参照样品等。参考信号被用于进行实时反馈控制、系统自标定、误差校正等。也可以用两个微光谱仪同时测量一个样品。取得多谱线数据进行数据处理，实现降低噪声等功能。所说的数据处理系统可以是一台通用微型计算机及存储在其中的采用常规技术专门设计的生化指标的探测、分析、评价计算机软件系统。并具备必要的参数和样品数据库。能够进行实时检测、测量数据处理、生化指标分析、智能化数据诊断与评价、文档管理等。本专利技术的工作原理如下宽谱光源发出的光被耦合进入光学系统。光束穿过样品被样品吸收、散射和反射。经过样品盒的光束经光纤耦合进入光谱仪。光束经微型光谱仪色散元件的散射到达探测器阵列表面，阵列探测器接收光谱分布，将光谱信号转变成电信号。光束进入样品室前穿过光学衰减器。这个光学衰减器由连续或阶梯变化透射率光学元件和机械调节机构组成。也可由其他光电、声光、学学偏振等元器件组成。光学衰减器使进入样品室的光束受到一定的衰减。调节机构受到检测信号的反馈控制，对透过光强进行特定参数或实时的调节。一方面样品不同，其透过率不同；另一方面各个谱线的强度差异很大，而探测器的动态范围有限。为适应各种光强的探测和将所有谱线表征清楚，根据吸收光谱的变化和谱线的强度调整光学衰减器，使到达探测器强度令其始终工作在最佳动态范围。本专利技术的测量方法与基于同样原理的分光光度计双波长测量法相同。普通单、双光束分光光度计不能消除非特征吸收信号的影响，因而引起测量误差。双波长测量法在测量高浓度试样和浑浊试样以及多组分混合样品的定量分析时提高了灵敏度和准确度。双波长分光光度计原理如下来自同一光源的光分为两束，分别经过两个单色器，得到两束具有不同波长(λ1、λ2)的单色光，利用切光器使两束光以一定的时间间隔交替的照射到同一样品池。测量到的两束光的吸光度差ΔA＝A12-A11。只要λ1、λ2选择得适当，即一个波长为吸收物质最大，另一个波长为吸收很少或不吸收，ΔA为消除了非特征吸收影响的吸收光度(扣除了“背景吸收”)。设在双波长测量中，入射到样品池的两束光强相同，对应波长分别为λ1和λ2，两种样品的吸光度课表示为A11＝ε11Cb+As1A12＝ε12Cb+As2式中As为背景吸收。ε11和ε12为摩尔吸收系数，当溶液浓度以摩尔浓度(mol/L)为单位时，透光厚度以cm为单位，吸收定律表示为A＝εCb。ε表示溶液浓度为1mol/L，透光层厚度1cm时该物质的吸光度，ε越大表示这种物质吸光能力越强。C为溶液浓度，b为透光液层厚度。若λ1和λ2，选择适当，则可认为Asi＝AS2＝AS，即背景吸收相同，透射样品池的两束光的吸收度差值为ΔA＝A12-A11＝(ε12-ε11)Cb显然ΔA∝C。这就是双波长分光光度法定量分析的依据。本专利技术的微型生化仪由两个结构和性能相同的集成光学微光谱仪组成。一个微光谱仪用于测量样品的光谱分布，将光谱信号转化成电信号，送入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型双光谱检测生化分析仪，其特征在于，包括通过光学元件依次连接在同一光路中的自适应可调光源、光学衰减器、第一样品室、第一集成光学微光谱仪以及第一模数转换器，还包括通过光学元件与该光学衰减器连接在另一光路中的第二样品室、第二集成光学微光谱仪以及第二模数转换器；分别连于该两个模数转换器、所说的光学衰减器及自适应可调光源的计算机数据处理系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周向前，王佳，
申请(专利权)人：周向前，王佳，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]