基于负反馈调节的荧光光谱检测系统的制作方法

本发明涉及光谱检测技术领域，更具体的说是涉及一种基于负反馈调节的荧光光谱检测系统。

背景技术：

由于荧光光谱检测具有灵敏度高，选择性强，样用量少等优点，所以在工程应用中有着广泛的应用，如在食品加工过程中用于食品安全的监测、地质学中用于石油矿物勘探、土壤矿物成分的测定以及物质中微量元素的检测等等。

目前，常见的荧光光谱检测系统都是直接对激光激发的荧光进行采集。但在大多数检测中，荧光检测易受到外界环境的干扰。由此可见，荧光光谱检测系统的稳定性很大程度上决定了荧光检测结果的正确和高精度。

因此，如何降低荧光检测时受到的外界干扰，提高荧光光谱检测的稳定性是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于负反馈调节的荧光光谱检测系统，

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于负反馈调节的荧光光谱检测系统，包括：下位机、光源、激发单色器、分束器、监测端光电倍增管、放大电路、光栅、荧光检测区、发射单色器、检测端光电倍增管和上位机；所述下位机连接所述光源，控制所述光源发射激光；按照所述激光光路方向依次设置有所述激发单色器和所述分束器；所述激光在所述分束器处分成两路，一路所述激光照射至所述监测端光电倍增管；另一路所述激光通过所述光栅照射至所述荧光检测区；所述荧光检测区生成荧光，按照所述荧光光路方向依次设置有所述发射单色器和所述检测端光电倍增管；所述放大电路与所述监测端光电倍增管和所述检测端光电倍增管连接，并与所述下位机通过导线连接；所述下位机与所述上位机连接通讯。

优选的，所述光源发射激光至所述激发单色器，所述激发单色器对所述激光进行筛选，筛选后的所述激光照射至所述分束器，所述分束器产生两路光强和波长完全一致的所述激光，一路所述激光进入所述监测端光电倍增管转换成电流，经过所述放大电路传输至所述下位机，另一路光经过所述光栅，照射于所述荧光检测区产生荧光，荧光经过所述发射单色器，在所述检测端光电倍增管转换成所述电流，再经由所述放大电路传输至所述下位机。

优选的，所述监测端光电倍增管传输所述电信号至所述放大电路，所述放大电路对采集到的微弱的所述电流转换为所述下位机可采集到的电压信号并传输至所述下位机，所述下位机根据所述电压信号采取pid算法动态保持所述下位机输出恒定电流控制所述光源强度。

优选的，所述下位机、所述光源、所述激发单色器、所述分束器、所述监测端光电倍增管和所述放大电路构成光强反馈系统，所述光强反馈系统通过光电转换并与所述下位机进行通讯，所述下位机采集所述放大电路的所述电压信号，对所述电压信号进行拟合得到系统光强，将所述系统光强与所述下位机原设定信号进行比对；若所述系统光强偏大，通过所述下位机控制减小输出到所述光源的驱动电流；反之，则增大输出到所述光源的所述驱动电流；所述光强反馈系统进行反馈调整过程采取所述pid算法。

优选的，所述荧光通过所述发射单色器，所述发射单色器改变通过所述荧光的波长，得到窄波荧光；所述窄波荧光传输至所述检测端光电倍增管转换成所述电流，所述电流通过所述放大电路转换为所述电压信号传输至所述下位机；所述下位机记录所述对应窄波荧光的所述电压信号并传输至所述上位机，所述上位机根据所述电压信号及其对应的所述窄波荧光形成荧光光谱图。

优选的，所述下位机通过usb将数据传输至上位机。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于负反馈调节的荧光光谱检测系统，由下位机发送信号控制光源发出激光，传输至激发单色器，经过激发单色器筛选后在分束器形成相同的两路光线，一路激光经过监测端光电倍增管转换成电信号，并传输至放大电路，放大电路对电信号进行处理并传输至下位机，下位机对电信号进行处理控制光源输出，形成负反馈控制；另一路激光经过光栅照射在荧光检测区上激发产生荧光，荧光经过发射单色器进行筛选后传输至检测端光电倍增管，检测端光电倍增管对荧光进行光电转换，并进行强度检测，经过放大电路将强度检测结果传输至下位机，下位机将检测采集的电信号传输至上位机，最终在上位机得到完整的荧光光谱图。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的基于负反馈调节的荧光光谱检测系统结构示意图；

图2附图为本发明提供的负反馈作用过程结构示意图。

1-下位机，2-光源，3-激发单色器，4-分束器，5-监测端光电倍增管，6-放大电路，7-光栅，8-荧光检测区，9-发射单色器，10-检测端光电倍增管，11-上位机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于负反馈调节的荧光光谱检测系统，包括：下位机1、光源2、激发单色器3、分束器4、监测端光电倍增管5、放大电路6、光栅7、荧光检测区8、发射单色器9、检测端光电倍增管10和上位机11；下位机1连接光源2，控制光源发射激光；按照激光光路方向依次设置有激发单色器3和分束器4；激光在分束器处分成两路，一路激光照射至监测端光电倍增管10；另一路激光通过光栅7照射至荧光检测区8；荧光检测区生成荧光，按照荧光光路方向依次设置有发射单色器9和检测端光电倍增管10；放大电路6与监测端光电倍增管5和检测端光电倍增管10连接，并与下位机1通过导线连接；下位机1与上位机11连接通讯。

为了进一步优化上述技术方案，光源2发射激光至激发单色器3，激发单色器3对激光进行筛选，筛选后的激光照射至分束器4，分束器4产生两路光强和波长完全一致的激光，一路激光进入监测端光电倍增管5转换成电流，经过放大电路6传输至下位机1，另一路光经过光栅7，照射于荧光检测区8产生荧光，荧光经过发射单色器9，在检测端光电倍增管10转换成电流，再经由放大电路6传输至下位机1。

为了进一步优化上述技术方案，监测端光电倍增管5传输电流至放大电路6，放大电路6对采集到的微弱的电流转换为电压信号传输至下位机1，下位机1根据电压信号采取pid算法动态保持下位机1输出恒定电流控制光源2输出的光强度。通过放大电路放大微弱电信号，实现激光信号的精确采集，以及根据电压信号结果准确控制光源发生激光。

为了进一步优化上述技术方案，下位机1、光源2、激发单色器3、分束器4、监测端光电倍增管5和放大电路6构成光强反馈系统，光强反馈系统通过光电转换并与下位机1进行通讯，下位机1采集放大电路6的电压信号，对电压信号进行拟合得到系统光强，将系统光强与下位机1原设定信号进行比对；若系统光强偏大，通过下位机1控制减小输出到光源2的驱动电流；反之，则增大输出到光源2的驱动电流；光强反馈系统进行反馈调整过程采取pid动态平衡法。

为了进一步优化上述技术方案，荧光通过发射单色器9，发射单色器9对荧光进行筛选得到不同波长的荧光，将原本波长范围较宽的荧光变成波长范围较窄的荧光，发射单色器9将可通过的荧光的波长从短到长依次改变，同时检测端光电倍增管10将可通过的波长的荧光转换为电流，电流通过放大电路6变成下位机1可采集的电压信号，经下位机1采集后记录。发射单色器9增加可通过荧光的波长，重复上述过程，检测端光电倍增管10接收不同波长荧光并产生的对应的电流，结束所有采集过程后由下位机1将所有数据送至上位机11，并在上位机11中得到不同波长的荧光以及对应的电压信号表示的荧光光强的荧光光谱图。

为了进一步优化上述技术方案，下位机1通过usb将数据传输至上位机11。

实施例

如图1所示为基于负反馈调节的荧光光谱检测系统工作原理：首先由下位机1发出dac信号控制光源2输出恒定电流，光源2发出的激光经过激发单色器3筛选后产生窄波长光，窄波长光经过分束器4形成相同的两路光线，一路光经过监测端光电倍增管5转换成电信号，并传输至放大电路6，最终经放大电路6传输返回至下位机1，下位机1对放大器电路传输的电信号经过处理后控制光源2输出，形成负反馈控制；另一路光经过光栅7照射在荧光检测区8上，光栅用于控制单色光的照射时长，单色光照射于荧光检测区8上激发产生荧光，产生的荧光经过发射单色器9传输至检测端光电倍增管10，其中发射单色器9对不同波长的荧光进行筛选，再经过检测端光电倍增管10时将荧光转换成电信号，并对电信号进行强度检测，最后经过放大电路6将电信号传输至下位机1，下位机1将检测采集的荧光强度的电信号传输至上位机，最终在上位机11得到完整的荧光光谱图。

如图2所示为光强反馈系统：首先由下位机1发出预设信号，控制光源2产生激光，通过激发单色器3让激光波长范围更小，单色性更强。激光再经过分束器4分为光强和波长完全一致的两路光，一路激光经过监测端光电倍增管5转换成电信号，并通过放大电路6反馈给下位机1，下位机件1采用pid算法不断调整光源输出电流使得输出激光保持恒定不变，当系统保持稳定之后，打开光栅7将另一路激光照射于荧光检测区8，以实现荧光光谱检测。

本发明的有益效果：

1、采用监测端光电倍增管用于形成负反馈系统，保证输出激光光强的恒定，增强系统抗干扰性；

2、发射单色器对不同波长荧光进行筛选并得到对应光强，在较窄波长范围内测得强度防止其余波长荧光的干扰，大大提高了荧光光谱的准确性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。