一种基于光电传感器的微生物快速检测仪的制作方法

本发明涉及微生物检测领域，尤其涉及一种基于光电传感器的微生物快速检测仪。

背景技术：

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，通过光源、光学通路和光电元件这三个组成部分，将接收到的光信号转变为模拟电信号以实现检测功能。光电传感器具有感应精度高、传输速度快、非接触测量、可测参数多等优越性，同时其结构简单、体积小、形式多样。因而，光电传感器的应用十分广泛，尤其在生产过程的在线检测方面起到了重要的作用，特别是近年来，伴随着电子技术和微电脑技术的快速发展，光电传感器的检测内容越来越丰富，已日渐成为当今检测技术发展的主要方向。

目前在医疗卫生、食品安全和水质环境检测以及实验室的工作中，微生物的检测技术仍然集中于传统检测技术和分子生物学技术。传统检测技术主要是细菌分离培养，该方法不仅费时、费力，而且在生产实践和大规模检测工作中无法做到快速、便捷；除此之外，随着病原体的扩大，检测病原体的平板培养系统的敏感性会大大降低。分子生物技术则主要为pcr技术，其重复性和准确性都很高，但是该方法需要对样品进行处理和纯化，操作步骤繁琐，有较高的技术要求，否则容易出现“假阳性”结果，从而影响检测结果的准确性。因此，使用更快速准确而又便捷的方法对微生物群体进行检测和鉴定是十分必要的。

光电微生物检测技术是近年来新兴的微生物检测技术，它在传统的培养基理论和染色技术的基础上，结合了光电传感器检测技术和计算机控制的模块化分析系统。不仅简化了传统的微生物检测方法，最大化缩短微生物检测的时间，大大提高了检测效率；而且，相对于分子生物学技术来说，此检测方法简化了实验室的操作程序，缩短了准备样品的时间、操作甚至可由非微生物专业人员进行，大大节省了检测成本和劳动效率。目前，比较成熟的微生物光电检测系统主要有biolumix实时微生物荧光光电快速检测系统和soleris微生物实时光电检测系统，但是伴随着微生物快速检测仪更加小型化、精密化和便携式的趋势，此两款检测系统需要外接一台电脑控制以完成精密化的检测方式便成为了一大缺憾。

技术实现要素：

本发明目的在于在于克服现有技术中存在的不足，提供一种基于光电传感器的微生物快速检测仪，将外接的台式电脑与检测仪融为一体，使得微生物快速检测仪更加小型化、精密化，同时，检测工作的数量及质量也不会受到影响。

一种基于光电传感器的微生物检测仪，包括：

用于进样并检测样品的光电传感器；

为所述光电传感器进行温度调控的加热功能模块以及温度检测功能模块；

用于接收光电传感器数据信号、调控加热功能模块和显示温度检测功能模块的显示控制功能模块。

作为优选，所述的基于光电传感器的微生物快速检测仪，还设有作为光电传感器、温度加热功能模块、温度检测功能模块和显示控制功能模块之间通讯控制中枢的系统控制功能模块，所述的系统控制功能模块采用contex-m3内核处理器、stm32；所述的光电传感器组件沿光线方向依次为测试样品的照明控制功能模块、放置样品的微生物检测管、以及进行样品信号测量与转换的光电检测功能模块。

作为优选，所述的照明控制功能模块，包括紫外灯、led双色灯、驱动电路和pc104总线；所述的紫外灯放置于培养管体底部，所述的led双色灯光源分为黄光和蓝光，放置于培养管体侧边；所述的驱动电路采用恒流模式来控制led灯的亮度，并通过开关来控制其开启、关闭以及灯色转换；所述的pc104总线的地址信号用于控制信号。

作为优选，所述的微生物检测管，包括特异性液体培养基、培养管体和用于封闭所述培养管的管盖；其中，所述培养管体和管盖形成一个密封的腔体，在密封的腔体内设有所述的特异性液体培养基。

作为优选，所述的培养管体三维结构的整体直径为21mm，高度为62mm，其中所述的培养管上部为孵育区，底部为检测区；所述的管盖三维结构直径为26mm，高度为12mm。

作为优选，所述的光电检测功能模块采用滨松公司的s2386-18l或s5821-01的光电二极管。

作为优选，所述的温度加热功能模块采用基于h桥驱动电路的半导体制冷热片（tec1-127084040）恒温控制系统，可调温度范围为10～60℃，温度分辨率为0.5℃，因此，微生物快速检测仪的工作和储存温度范围也为10～60℃；所述的温度检测功能模块采用ds18b20数字温度传感器，精密度达到±0.5°c，所述数字温度传感器采用rs232接口与主控系统连接通信。

作为优选，所述的显示控制功能模块采用10寸工业触摸屏，所述的工业触摸屏镶嵌于无螺钉结构的壳体正面，利用复位开关开启，同时能够直接屏幕读取或通过usb接口向电脑传输检测数据，实现对检测报告的存储、调阅和打印。

作为优选，所述的无螺钉结构的壳体包括pad复位开关、罩壳、底盖、不透光顶盖、usb接口、触摸屏、检测管固定盒、仪器总开关、密封圈、散热孔，其壳体的三维结构长度为530mm，宽度为350mm，高度为220mm（含底座的高度为245mm）。

作为优选，所述的不透光顶盖采用内扣结构，同时使用硅胶密封；所述的检测管固定盒设置有16个微生物检测管固定孔；所述的散热孔采用隐藏式对流散热孔；所述的仪器总开关所需的供电电源为+12v、+5v。

本发明提供的一种基于光电传感器的微生物快速检测仪，使用光电传感器为核心部件，并设计了温度加热功能模块、温度检测功能模块、系统控制功能模块和内嵌于机体的显示控制功能模块，共同组成了基于光电传感器的微生物快速检测仪，可在该仪器上开展基于光电传感器的微生物检测和分析研究，其传感检测的高灵敏度和仪器设计的小型化、精密化，为医疗卫生、食品安全和水质环境检测以及实验室工作的数量及质量都提供了可靠的保障。

附图说明：

图1为本发明例模块框图；

图2为本发明中光电传感器的结构设计示意图；

图3为不同浓度金黄葡萄球菌（srb）在设定检测时间内相应光学信号强度的信号曲线；

图4为本发明中温度加热模块的控制器电路图；

图5为本发明中外壳结构设计三维示意图；

图6为本发明中外壳结构设计侧视图；

图7为本发明中外壳结构设计正视图；

图8为本发明中外壳结构设计俯视图；

图9为本发明中外壳结构设计后视图。

具体实施方法：

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的微生物快速检测仪主要包括光电传感器1、温度加热功能模块2、温度检测功能模块3、系统控制功能模块4和显示控制功能模块5。通过显示控制功能模块5对检测所需温度进行调控设定，系统控制功能模块4接收到显示控制功能模块5的指令后，将指令传输到温度加热功能模块2，通过加热算法改变温度，从而将内部测试空间调整到设定温度，再由温度检测功能模块3对检测过程的温度进行测定并反馈给系统控制功能模块4，最后由显示控制功能模块5输出，以控制观察检测反应过程。

本实例中光电传感器1组件如图1、图2所示，沿光线方向依次为测试样品的照明控制功能模块11、放置样品的微生物检测管12以及进行样品信号测量与转换的光电检测功能模块13。

所述的照明控制功能模块11，由紫外灯11-1、led双色灯11-2、驱动电路和pc104总线组成。所述的紫外灯11-1放置于培养管底部，用于某些指标为荧光变化的微生物检测，所述的led双色灯光源分别为黄光和蓝光，放置于培养管体侧边，用于可见光色变化的微生物检测，其另一边则对应为电检测功能模块13中的光电二极管13-1；驱动电路采用恒流模式来控制led灯的亮度，通过开关来控制led的开启、关闭以及灯色转换，控制信号采用pc104总线的地址信号进行控制。

所述的微生物检测管12包括特异性液体培养基12-1、培养管体12-2和用于封闭所述培养管的管盖12-3；其中，所述培养管体12-2和管盖12-3形成一个密封的腔体，在密封的腔体内设有所述的特异性液体培养基。其中所述的培养管体12-2上部为孵育区12-4，底部为检测区12-5。

参见图3，针对不同浓度的金黄葡萄球菌，照明控制功能模块11对微生物检测管12照射设定灯光后，电检测功能模块13每六分钟检测一次微生物检测管底部12-5颜色数据，用公式获得两种光源的吸收比，传递给系统控制功能模块4，从而实时显示在显示控制功能模块6的触摸屏6-6上，最后得到的增长曲线，当光学增幅为5%时，作为响应检测时间，依据响应时间的再用微生物检测公式反推导微生物浓度。

所述的显示控制功能模块5会依据检测以及设定时间，在测试结束后由系统控制功能模块4停止测试，与此同时关闭温度加热功能模块2。

本实例中温度加热模块2的控制器电路图如图4所示，为了保证加热模块的稳定性，采用基于h桥驱动电路的半导体制冷热片tec1-127084040恒温控制系统，其加温控制电路根据流过半导体的电流方向和大小来决定其工作状态的，即电流的方向决定制冷或者制热，电流的大小决定制冷或者制热的程度和效果。当设置out3为高、out4为低电平，out2为低、out1为高电平时，q3和q4断开，q1和q2导通，电流由tec左至右；反之out3为低、out4为高电平，out2为高、out1为低电平时，q3和q4导通，q1和q2断开，电流由右至左。控制设置out1或者out4的pwm占空比，控制q1或者q4的导通时间来控制tec的工作时间，从而达到控温的效果，同时实现自动恒温的功能。

此外，为了保证温度检测功能模块3的精确性和安全性，本发明采用接口为rs232的ds18b20数字温度传感器，其具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高等特点，能够在狭小空间内进行数字测温和控制。

参见图5，所述的壳体6为无螺钉结构，同时10寸工业触摸屏6-6镶嵌于其正面，利用复位开关6-1开启后，根据检测微生物种类，培育测试时间和测试温度进行设置选项，比如大肠杆菌、沙门杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等，可直接在触摸屏6-6上选择这些待测细菌，相应的参数自动调出，无需设置，也可以根据检测需求，进一步调整设置检测参数，以优化检测结果；除此之外，所述的触摸屏6-6可以直接读取或通过usb接口6-5向电脑传输测试数据，实现对测试报告的存储、调阅和打印，从而提高了设备的智能化和自动化程度。

本实例中快速检测仪外观结构组件如图6、图7、图8和图9所示，包括pad复位开关6-1、罩壳6-2、底盖6-3、不透光顶盖6-4、usb接口6-5、触摸屏6-6、检测管固定盒6-7、仪器总开关6-8、密封圈6-9、散热孔6-10，其壳体6的三维结构长度为530mm，宽度为350mm，高度为220mm（含底座的高度为245mm）。

其中，所述的不透光顶盖6-4采用内扣结构，同时使用硅胶密封，能够有效防止漏光，确保了测试数据的可靠性；所述的检测管固定盒6-7设置有十六个微生物检测管12固定孔，兼顾了体积小，测量试样数量多这两个特性；所述的散热孔6-10采用隐藏式对流散热孔，对仪器的正常运行起到保护作用；所述的仪器总开关所需的供电电源为+12v、+5v。

上述所述，只是本发明的较佳实施方式而已，并不能对本发明进行全面限定，其他任何未背离本发明技术方案做的改变或等效置换方式，都在本发明的保护范围之内。