一种荧光传感器的制作方法

本实用新型涉及传感器领域，尤其涉及一种荧光传感器。

背景技术：

微痕量荧光爆炸物检测仪器相比较传统的爆炸物检测仪器，有灵敏度高，响应速度快的特点，在地铁，机场等重要安检场所有广泛的应用前景。作为此类仪器的核心，荧光传感器的性能(稳定性，灵敏度，可靠性)直接决定了整机的性能。传统的传感模块的输出为0-3V的模拟电压信号，信号容易受到外部电磁辐射干扰，稳定性差，另外模拟信号输出又要求外部有高精度数模转化器(ADC)将模拟信号转化为数字信号，然后CPU才能进行处理，器件又有模拟滤波的要求，操作复杂，稳定性差。

技术实现要素：

为了解决现有技术的上述问题，有必要提供一种稳定性和可靠性高的荧光传感器。

本实用新型解决技术问题提供的技术方案是：

一种荧光传感器，包括LED光源、LED驱动模块、光敏传感器、信号链模块、电源模块和MCU，所述LED光源与所述光敏传感器相邻设置，所述电源模块分别与所述MCU、所述信号链模块和所述LED光源相连接，所述LED驱动模块连接于所述MCU和所述LED光源之间，所述信号链模块连接于所述光敏传感器和所述MCU之间。

本实用新型实施例中，所述MCU包括脉宽调制模块、模数转化器和通用异步通讯口。

本实用新型实施例中，所述脉宽调制模块与所述LED驱动模块相连接。

本实用新型实施例中，所述信号链模块连接于所述光敏传感器和所述MCU的模数转化器之间。

本实用新型实施例中，所述LED驱动模块为采用稳压器D2、NPN三极管Q3、NTC电阻和MOS开关管Q4搭建的恒流源。

本实用新型实施例中，所述信号链模块是由i-V转化器和比例放大器组成的两级放大单元。

本实用新型实施例中，所述i-V转化器包括光敏二极管D1、运算放大器U4、电容C3、C6和电阻R3、R10，光敏二极管D1的正极与运算放大器U4的反相输入端相连接，电容C3和电阻R3分别连接于运算放大器U4的反相输入端和输出端之间，光敏二极管D1的负极和运算放大器U4的同相输入端相连接后接地，运算放大器U4的输出端通过电阻R10接地，运算放大器U4的正极电源接入端接5V高电平，并且通过电容C6接地，运算放大器U4的负极电源接入端接地。

本实用新型实施例中，所述比例放大器包括电阻R4、R5、R9、电容C10和运算放大器U5，运算放大器U5的反相输入端通过电阻R4接地，并且通过电阻R9与运算放大器U5的输出端相连接，运算放大器U5的同相输入端通过电阻R5与运算放大器U4的输出端相连接，运算放大器U5的正极电源接入端接5V高电平，并且通过电容C10接地，运算放大器U5的负极电源接入端接地。

与现有技术相比较，本实用新型的荧光传感器将荧光传感头模块化和数字化，用户只需要按照固定的命令通过串口读取信号即可，省去了对ADC和外部滤波的使用要求，抗干扰性更强，使仪器的稳定，可靠性和易用性有很大提升，也使仪器的集成度更好，更能适应各种复杂环境，更容易安装，调试和生产，也易于售后进行维护和维修。

附图说明

图1是本实用新型的荧光传感器的结构示意图。

图2是图1中的信号链模块的电路图。

图3是图1中的LED驱动模块的电路图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的荧光传感器包括LED光源、LED驱动模块、光敏传感器、信号链模块、电源模块和MCU。所述电源模块分别与所述MCU、所述信号链模块和所述LED光源相连接，分别为所述MCU、所述信号链模块和所述LED光源相提供3.3V、5V和12V的直流电源。所述MCU包括脉宽调制模块(PWM)、模数转化器(ADC)和通用异步通讯口(UART)。所述LED驱动模块连接于所述MCU的脉宽调制模块和所述LED光源之间，所述LED驱动模块用于根据所述脉宽调制模块输出的控制信号来驱动所述LED光源发出恒定的激发光源。所述信号链模块连接于所述光敏传感器和所述MCU的模数转化器之间。所述光敏传感器与所述LED光源相邻设置，所述光敏传感器接收荧光辐照，输出电流信号，电流信号的大于和接收到的荧光信号成正比例关系，在光源恒定的情况下，而被检测物质可以淬灭膜片上的荧光，使荧光信号变小，同时检测物质的浓度和淬灭的荧光量也存在正相关性。所述信号链模块用于将光敏传感器输出的微弱电流信号放大,变换成模数转化器可以处理的电压信号。所述MCU采用C8051F351，负责信号的采集处理，然后通过所述通用异步通讯口将采集数据发送出去。

所述信号链模块、所述LED驱动模块和所述MCU整体采用小封装IC，阻容器件为0402封装，以保证本实用新型的荧光传感器的整体外形尺寸L<48mm,W<18mm，保证可以安装在传感头内部，由于传感头是金属壳体，所以保证了对整体电路的屏蔽作用，使信号更加稳定。所述光敏传感器接收荧光辐照，输出电流信号，电流信号的大于和接收到的荧光信号成正比例关系，在光源恒定的情况下，而被检测物质可以淬灭膜片上的荧光，使荧光信号变小，同时检测物质的浓度和淬灭的荧光量也存在正相关性。所述信号链模块负责将光敏传感器输出的微弱电流信号放大,变换成模数转化器可以处理的电压信号。

如图2所示，所述信号链模块是由高性能运算放大器搭建的两级放大单元，第一级将是i-V转化器，将电流信号转化为电压信号，第二级是比例放大器，将第一级输出的电压信号进一步放大，最后输出至模数转化器进行处理。所述i-V转化器包括光敏二极管D1、运算放大器U4、电容C3、C6和电阻R3、R10。光敏二极管D1的正极与运算放大器U4的反相输入端相连接。电容C3和电阻R3分别连接于运算放大器U4的反相输入端和输出端之间。光敏二极管D1的负极和运算放大器U4的同相输入端相连接后接地。运算放大器U4的输出端通过电阻R10接地。运算放大器U4的正极电源接入端接5V高电平，并且通过电容C6接地，运算放大器U4的负极电源接入端接地。所述比例放大器包括电阻R4、R5、R9、电容C10和运算放大器U5。运算放大器U5的反相输入端通过电阻R4接地，并且通过电阻R9与运算放大器U5的输出端相连接。运算放大器U5的同相输入端通过电阻R5与运算放大器U4的输出端相连接。。运算放大器U5的正极电源接入端接5V高电平，并且通过电容C10接地，运算放大器U5的负极电源接入端接地。

所述LED光源发射激发光源，在同等条件下，荧光的光强和激发光源也成正比例关系，但光强受电流，温度等因素的影响，任何的波动都会造成光强的变化，而光强的变化又会造成荧光的变化，这样会导致检测系统的不稳定，降低仪器性能，因此恒定的激发光源也是荧光检测系统的关键。通常LED的光强(W)受LED的发光效率(μ)和通过的电流(i)影响，W＝μ*i。

如图3所示，本实用新型中，所述LED驱动模块为采用稳压器D2、NPN三极管Q3、NTC电阻和MOS开关管Q4搭建的恒流源。恒流源的暂态电流受NTC电阻的大小控制，起到温度补偿的作用。当温度升高后LED的发光效率μ会变低，但同时NTC电阻的的阻值会变小，NTC电阻的阻值和电流i成反比例关系，这样LED通过的电流i会变大，保证光强W不变。此外，荧光的辐射强度Q又受LED光强W和荧光膜片的发光效率影响，由于荧光膜片涂覆物质多少的不同，个体的发光效率也会有差异，在同等激发光W辐照下，Q会有所差异，有的会表现出大于2倍的差异，为了满足ADC数据采集的要求，需要将Q控制在一个合理的范围内，这就要求对激发光W进行调制来补偿发光效率的不同。因此MCU采用10KHZ的PWM脉冲来控制脉宽W的大小，当发光效率偏小时，增加PWM的占空比，W就会变大；反之亦然。最终达到一个合理的Q值。

综上所述，本实用新型的荧光传感器将荧光传感头模块化和数字化，用户只需要按照固定的命令通过串口读取信号即可，省去了对ADC和外部滤波的使用要求，抗干扰性更强，使仪器的稳定，可靠性和易用性有很大提升，也使仪器的集成度更好，更能适应各种复杂环境，更容易安装，调试和生产，也易于售后进行维护和维修。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。