专利名称：一种基于时域法的测量荧光寿命的通用光电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于时域法的测量荧光寿命的通用光电装置，属于分 析仪器的设计制造与分析测量领域。
背景技术：
荧光分析方法具有灵敏度高等优点，所以近年来基于荧光法的氧测量、温 度测量等得到了广泛的研究与应用。荧光检测技术有两类， 一类是基于荧光强 度的分析， 一类是基于荧光寿命的分析，而后者具有信号稳定、免校正等优点。 荧光寿命的测量技术有两种， 一种是时域法， 一种是频域法(也称相敏法)。 时域法一般要求有短脉冲激光做激发光源，而频域法需要精密的高频光电调制 器件与宽带检测器。作为传统的荧光检测设备，仪器构成复杂，数据处理量大， 成本高，仪器售价高达十几万元至几十万元。而近年来开发的基于频域法的荧 光检测设备，存在硬件成本高(单块数据采集卡成本就超过一万元)，数学运 算复杂，设备笨重，不利于这种检测平台的小型化以及推广使用。基于频域法
荧光寿命检测设备，比如发明专利200610010535. 2的基于频域法的荧光测量 装置，需要的数学运算包括信号放大、数模转换、以及复杂的数学处理如傅立 叶变换等，硬件方面则需要数字处理芯片等。类似的基于频域法的报道比如 『基于相敏检测技术的光纤氧传感器』，《传感器技术》，2001， 20， 9以及『高 性能荧光淬灭式光纤氧传感器』，《传感器技术》2002， 21， 11，则需要复杂的 锁相放大技术，要求高带宽数字放大电路，同时需要复杂昂贵的锁相放大器， 成本高，体积大，这就极大地限制了该类光电装置的小型化、集成化，从而不 能用于分析仪器的系统集成，也很难用于便携式的现场、野外检测。类似的报 道如Qc^icsJ /j.Z er pixies /or /7〃ore5"ce/ ce Z ssec/ c^/^e/ se/7si/^ P. A. S. Jorge， et al. 6"e/3sars 3/^ A^"Wors， B， 2004， 103, 290-299，也是基于 相敏检测技术，存在同样的缺点。
发明内容
针对现有荧光寿命检测设备的缺点，本实用新型将提供一种基于时域法的 测量荧光寿命的通用光电装置，这种通用光电装置应以相对简便的时域法为理 论基础，以发光二极管为激发光源，以波通滤光片为滤光元件，雪崩光电二极管做检测器，虚拟示波器进行数据采集处理，可以准确、方便地检测荧光寿命。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是 一种基于时域法的测量 荧光寿命的通用光电装置，它主要包括一个光源、滤光片和一个捡测器，此外， 它还包括一个样品池、 一个具有二次软件幵发功能的虚拟示波器和一个USB数 据接口 。所述光源有一个一定频率和脉冲宽度的方波调制电源和一个发光二极 管，所述滤光片有一个短波通滤光片和长波通滤光片，所述检测器有一个雪崩 光电二极管。
所述方波调制电源、发光二极管的激发光经短波通滤光片照射到样品池 上，再经滤掉短波长部分激发光的长波通滤光片，剩余的荧光到达雪崩光电二 极管，产生的电信号由虚拟示波器采集，并通过USB数据接口与微型计算机
连接。所述USB数据接口设置在虚拟示波器上。所述方波调制电源和发光二极
管、短波通滤光片、样品池、长波通滤光片、雪崩光电二极管和虚拟示波器依 次集成安装在仪器外壳内，发光二极管与方波调制电源成电气连接，雪崩光电
二极管与虚拟示波器成电气连接，虚拟示波器与USB数据接口成电气连接。
' 该测量荧光寿命的通用光电装置使用了时域法作为仪器的理论测定基础， 所以数据的处理量小，使用了发光二极管作为激发光源，使用第一个短波通滤 光片滤掉发光二极管的长波区域的光，并且通过长波通滤光片滤掉信号中的短 波部分，使到达检测器雪崩光电二极管的光信号中只含有荧光(磷光)信号。 该通用光电装置的信号收集与处理使用具有二次软件开发功能的虚拟示波器， 经过简洁的指数衰减拟合计算，可以方便地将得到的荧光寿命显示在微机上。
本实用新型的有益效果是由于这种通用光电装置采用时域法测定荧光材
料的荧光寿命，以廉价的发光二极管替代传统的氙灯、激光器作为激发光源， 结合两种滤光片的使用，有效降低了干扰光，以高灵敏、高速雪崩光电二极管 做检测器，结合虚拟示波器，方便有效地解决了数据采集与运算的问题。该光 电装置具有结构简单、寿命长、造价低、性能可靠、体积小便于携带使用以及
维护简单等优点，既可以通过USB数据接口与微机连接进行使用，又可以作为
嵌入式系统集成到其它分析仪器中，可以在多种分析过程中得到应用，如基于 荧光寿命测定的氧气传感、温度测定等。
图1是一种基于时域法的测量荧光寿命的通用光电装置示意图。
图中1、发光二极管，2、短波通滤光片，3、样品池，4、长波通滤光片，5、雪崩光电二极管，6、虚拟示波器，7、微机，8、仪器外壳。
图2是利用该装置测量的某荧光氧传感材料在氮气中的荧光衰减曲线。 图中横坐标是时间，纵坐标是荧光强度。在氮气中荧光从a点衰减到b
点的寿命是50微秒，。
图3是利用该装置测量的某荧光氧传感材料在氧气中的荧光衰减曲线。 图中横坐标是时间，纵坐标是荧光强度。在氧气中荧光从c点衰减到d
点的寿命是8微秒。
具体实施方式
图1示出了一种测量荧光(磷光)寿命的通用光电装置，其理论基础是利 用时域法测定荧光(磷光)寿命。方波调制电源、发光二极管1、短波通滤光
片2、样品池3、长波通滤光片4、雪崩光电二极管5和虚拟示波器6依次集成 安装在仪器外壳8内，USB数据接口设置在虚拟示波器6上。发光二极管1与 方波调制电源成电气连接，雪崩光电二极管5与虚拟示波器6成电气连接，虚 拟示波器6与USB数据接口成电气连接。
以方波调制电源供电的高亮发光二极管1作为激发光源，激发光经短波通 滤光片2滤掉长波部分以防止对后面的荧光检测造成干扰，激发光照射到样品 池3上，透射光包含了荧光和部分激发光，再经长波通滤光片4滤掉短波长部 分的激发光，剩余的荧光到达雪崩光电二极管5，产生的电信号由虚拟示波器 6采集，并通过USB数据接口与微型计算机7连接，通过微机显示荧光(磷光) 寿命。
本光电装置可用于基于荧光寿命测定的各种在线检测过程，如利用荧光法 测定氧气浓度等。其特点是灵敏性高，可逆性强，响应速度快，适于作为荧光 (磷光)寿命测量的通用平台。
图2所示的衰减曲线是某氧传感材料在氮气中荧光寿命的测定结果。将某 氧传感材料放置到样品池中，开启光电装置的电源，通入高纯氮气，观察荧光 材料的寿命，荧光从a点衰减到b点的寿命为50微秒左右。图3所示的衰减 曲线是某氧传感材料在氧气中荧光寿命的测定结果。将某氧传感材料放置到样 品池中，开启光电装置的电源，通入高纯氧气时，荧光从c点衰减到d点的寿 命为8微秒左右。在不同气体切换时，响应时间小于10秒。表明该光电装置 具有优良的整体性能，已经能够满足实际应用的要求。
权利要求1、一种基于时域法的测量荧光寿命的通用光电装置，它主要包括一个光源、滤光片和一个检测器；其特征在于它还包括一个样品池(3)、一个具有二次软件开发功能的虚拟示波器(6)和一个USB数据接口；所述光源有一个一定频率和脉冲宽度的方波调制电源和一个发光二极管(1)，所述滤光片有一个短波通滤光片(2)和长波通滤光片(4)，所述检测器有一个雪崩光电二极管(5)；所述方波调制电源和发光二极管(1)、短波通滤光片(2)、样品池(3)、长波通滤光片(4)、雪崩光电二极管(5)和虚拟示波器(6)依次集成安装在仪器外壳(8)内，发光二极管(1)与方波调制电源成电气连接，雪崩光电二极管(5)与虚拟示波器(6)成电气连接，虚拟示波器(6)与USB数据接口成电气连接。
2、 据权利要求1所述的一种基于时域法的测量荧光寿命的通用光电装置； 其特征在于所述方波调制电源、发光二极管(1)的激发光经短波通滤光片(2)照射到样品池(3)上，再经滤掉短波长部分激发光的长波通滤光片(4)， 剩余的荧光到达雪崩光电二极管(5)，产生的电信号由虚拟示波器(6)采集， 并通过USB数据接口与微型计算机(7)连接。
3、 据权利要求1所述的一种基于时域法的测量荧光寿命的通用光电装置; 其特征在于所述USB数据接口设置在虚拟示波器(6)上。
专利摘要一种基于时域法的测量荧光寿命的通用光电装置，属于分析仪器的设计制造与分析测量领域。这种通用光电装置除包括一个光源、滤光片和一个检测器外，还包括一个样品池、一个具有二次软件开发功能的虚拟示波器和一个USB数据接口；光源有一个一定频率和脉冲宽度的方波调制电源和一个发光二极管，滤光片有一个短波通滤光片和长波通滤光片，检测器有一个雪崩光电二极管。该光电装置具有结构简单、寿命长、造价低、性能可靠、体积小便于携带使用以及维护简单等优点，既可以通过USB数据接口与微机连接进行使用，又可以作为嵌入式系统集成到其它分析仪器中，可以在多种分析过程中得到应用，如基于荧光寿命测定的氧气传感、温度测定等。
文档编号H05B37/00GK201252656SQ20082001036
公开日2009年6月3日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者吴玉波, 周富科, 婷 张, 杨玉斌, 梁晓芬, 籍少敏, 赵建章, 赵泰洋 申请人:大连理工大学