一种基于光学方法的生化物质检测仪器与流程

本实用新型涉及一种生化物质检测仪器，特别是涉及一种基于光学方法的生化物质检测仪器，属于生化物质检测技术领域。

背景技术：

许多化学物质具有颜色，有些无色的化合物也可以和显色剂作用而生成有色物质，事实证明，当有色溶液的浓度改变时，颜色的深浅也随着改变，浓度越大，颜色越深；浓度越小，颜色越浅，因此，可以通过比较溶液颜色深浅的方法来确定有色溶液的浓度，对溶液中所含的物质进行定量分析，如纳氏管比色法，它是按浓度由高到低，配好一系列标准浓度管，然后拿待测样品和标准管逐个比较，看和哪一个标准管的颜色最相近，便读取该标准管的浓度值为待测样品的浓度值，这就是目视比色法。

后来改用光电检测元件代替目视来测量被测溶液中物质的含量，这种方法叫光电比色法，所以本实用新型也是基于光电比色法的改进优化进行专利申请提出，目前的仪器，由于性能受限，在样品浓度很高或很低的情况下，测不准或者无法给出样本中的生化指标，原因主要有两个方面：

其一是采用光源、光强检测器件的限制，光源在某些波长尤其是短波长频段有缺失，检测器件在某些频段灵敏度低。这会造成某些波长下无法检测或者检测效果很差。

其二是光源采用恒定光强输出方式，只能针对中等浓度状态下优化，测量动态范围小，样品浓度低，接收检测器件易饱和，样品浓度高，受限于灵敏度，难以分辨。

因此，为了解决以上两个问题，需要提出一种基于光学方法的生化物质检测仪器。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是为了提供一种基于光学方法的生化物质检测仪器，是基于物质对光的选择性吸收，单色器将光源发出的复色光分成单色光，特定波长的单色光通过盛有样品溶液的比色池，光电转换器将透射光转换为电信号后送入信号处理系统进行分析。

本实用新型的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种基于光学方法的生化物质检测仪器，包括MCU芯片及分别与所述MCU芯片连接用于进行电机驱动的电机驱动器和用于LED驱动的LED驱动器，所述MCU芯片通过所述电机驱动器与步进电机连接，所述步进电机与转盘滤光片连接，所述MCU芯片通过所述LED驱动器与白光LED连接，所述白光LED也与所述转盘滤光片连接，所述转盘滤光片通过光纤与样品盒连接，所述样品盒通过光敏二极管连接有开关，所述光敏二极管通过所述开关与可变增益放大电路连接，所述可变增益放大电路通过ADC采集器与所述MCU芯片连接。

优选的，所述白光LED为全光谱白光LED，所述全光谱白光LED覆盖测试所需的全部波长，且每个波长下都有足够的发光强度。

优选的，所述光敏二极管为检测器件，为所述全光谱白光LED所需各波长下灵敏度均高的OSD1226型光敏二极管，用于保证测试所需各波长的光均可有效发射和接收。

优选的，通过改变驱动所述全光谱白光LED的电流来调节光源的输出亮度。

优选的，所述LED驱动器采用恒定电流来驱动全光谱白光LED，所述LED驱动器的最大驱动电流为1.3A。

优选的，所述步进电机通过所述电机驱动器驱动，使所述步进电机转动来旋转装有四种波长滤光片的所述转盘滤光片。

优选的，所述光敏二极管将透过样品盒的光信号转化成电信号，该电信号经过所述可变增益放大电路放大后被所述ADC采集器采集到，所述ADC采集器将采集的结果传输到所述MCU芯片进行数据分析。

本实用新型的有益技术效果：本实用新型提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，采用全光谱的LED光源、其恒流驱动的大小、接收端增益可以程控切换；光强检测器件选择了高性能的OSD-1226光敏传感器，以保证对特定波长光的灵敏度；通过有四个波长的滤光片可以选择，以及发射、接收电路动态范围的调整，来适应各种不同浓度的被测样样品。

附图说明

图1为按照本实用新型的基于光学方法的生化物质检测仪器的一优选实施例的结构原理图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，包括MCU芯片及分别与MCU芯片连接用于进行电机驱动的电机驱动器和用于LED驱动的LED驱动器，MCU芯片通过电机驱动器与步进电机连接，步进电机与转盘滤光片连接，MCU芯片通过LED驱动器与白光LED连接，白光LED也与转盘滤光片连接，转盘滤光片通过光纤与样品盒连接，样品盒通过光敏二极管连接有开关，光敏二极管通过开关与可变增益放大电路连接，可变增益放大电路通过ADC采集器与MCU芯片连接。

在本实施例中，如图1所示，白光LED为全光谱白光LED，全光谱白光LED覆盖测试所需的全部波长，且每个波长下都有足够的发光强度，光敏二极管为检测器件，为全光谱白光LED所需各波长下灵敏度均高的OSD1226型光敏二极管，用于保证测试所需各波长的光均可有效发射和接收，通过改变驱动全光谱白光LED的电流来调节光源的输出亮度。

在本实施例中，如图1所示，LED驱动器采用恒定电流来驱动全光谱白光LED，LED驱动器的最大驱动电流为1.3A，步进电机通过电机驱动器驱动，使步进电机转动来旋转装有四种波长滤光片的转盘滤光片，光敏二极管将透过样品盒的光信号转化成电信号，该电信号经过可变增益放大电路放大后被ADC采集器采集到，ADC采集器将采集的结果传输到MCU芯片进行数据分析。

在本实施例中，如图1所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器的检测方法，包括如下步骤：

检测仪器在自校正后得到在没有样品放入的情况下，全光谱LED经过滤光片后的空载值，并记录下来；

当被测样本放入后，检测仪器得到在有样品放入情况下，全光谱LED经过滤光片后，再经过被测样本后的有载值；

最后通过计算吸光度的公式得出被测样品的吸光度，以此来判定被测样品的生化指标。

在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，针对会造成某些波长下无法检测或者检测效果很差的缺点，光源选用全光谱的LED，覆盖测试所需的全部波长，且每个波长下都有足够的发光强度，检测器件光敏二极管，同样选用所需各波长下灵敏度均高的型号OSD1226，这保证了测试所需的各个波长的光均可有效发射和接收。

在本实施例中，如图1所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，针对测量动态范围小，样品浓度低、接收检测器件易饱和、样品浓度高、受限于灵敏度、难以分辨的缺点，光源的输出亮度改为可调节形式，通过改变驱动LED光源的电流来实现，接收电路通过可变增益放大电路，来适应大动态范围的信号接收，通过发射、接收电路动态范围的调整，来适应各种不同浓度的被测，低浓度(高透过率)样品，光源调节为低光强，使得检测光敏二极管不饱和；高浓度(低透过率)样品，光源调节为高光强，使检测光敏二极管获得尽可能大的信号输出，增加检测灵敏度。

在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，采用恒定电流可控的电路来驱动全光谱白光LED，此驱动电路外围器件少，成本低，其驱动电流大，最大能达到1.3A，远远能满足要求，当被测样品吸光度高，选择驱动电流大的量程，当被测样品吸光度低，选择驱动电流小的量程，通过驱动步进电机转动来旋转装有四种波长滤光片的转盘，以此来选择特定波长的滤光片，这对于被测样品浓度过高或者过低的情况，能测出比较准确的数据。

在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，光敏二极管能将透过样品的光信号转化成电信号，该电信号经过放大电路以后能被ADC采集到，最后ADC能将采集的结果传输到MCU进行数据分析。

在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，其工作原理如下：检测仪器在自校正后得到在没有样品放入情况下，全光谱LED经过滤光片后的空载值，并记录下来，当被测样本放入后，检测仪器得到在有样品放入情况下，全光谱LED经过滤光片后，再经过被测样本后的有载值，最后通过计算吸光度的公式得出被测样品的吸光度，以此来判定被测样品的生化指标。

在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，采用全光谱的LED光源、其恒流驱动的大小、接收端增益可以程控切换。

在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，光强检测器件选择了高性能的OSD-1226光敏传感器，以保证对特定波长光的灵敏度。

在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，通过有四个波长的滤光片可以选择，以及发射、接收电路动态范围的调整，来适应各种不同浓度的被测样样品。

在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，是基于物质对光的选择性吸收，即分光光度法原理，单色器将光源发出的复色光分成单色光，特定波长的单色光通过盛有样品溶液的比色池，光电转换器将透射光转换为电信号后送入信号处理系统进行分析，即利用光电比色的原理来分析样本中的生化指标。

综上所述，在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，因为发射端和接收端可进行程控调整，本测试样品浓度的范围会有所扩大，过高或者过低的样品浓度都能较为准确的测出，选用的光敏传感器性能好，对于仪器设计中的四种特定波长的光较为敏感，这对于测试结果的准确性尤为重要。

以上所述，仅为本实用新型进一步的实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型所公开的范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型的保护范围。