專利名稱:一種連續(xù)光激光粒子分析儀溫控系統(tǒng)的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種利用激光散射特性和生物粒子的熒光特性同時對空氣樣本中氣 溶膠粒子尺寸和熒光強度分布進行分析,并對空氣樣本中的可疑微生物粒子實時監(jiān)測并做 出預警的儀器。
背景技術:
生物致病物質通過空氣傳播的范圍最廣,危害最大??諝庥懈鞣N各樣的懸浮粒子, 既有非生物粒子,也有生物粒子,還有生物粒子與非生物粒子吸附在一起的復合體,其中的 可吸入粒子可進入人的呼吸系統(tǒng),沉積在鼻咽部、氣管、支氣管、細支氣管、肺泡,并可通過 吞噬細胞的作用,經血液將這些粒子轉運至其他器官,引起各種各樣的疾病。早期的氣溶 膠粒子檢測儀器只能檢測粒子的物理學參數(shù),這種技術是用抽氣泵將氣溶膠粒子抽到光 學檢測室,用連續(xù)激光對粒子進行照射,當光束照射到粒子時,就會對照射光束產生散射, 然后檢測和分析這種散射光;這種檢測儀器稱為光散射式粒子計數(shù)器。理論上,不同的粒 子大小對入射光的散射強度不同,由此可以檢測粒子的大小和數(shù)量。但是,由于粒子的形 狀差別很大,球形、線形、片形等各種不規(guī)則的形狀;有的表面光滑,有的表面粗糙;形成粒 子的材料各異,對光的散射差異很大,所檢測的粒子大小不能反映粒子在呼吸道的沉積狀 態(tài)。美國TSI公司生產的空氣動力學粒子計數(shù)器(Peter P. Hairston et al Apparatus for measuring particle sizes andvelocities. US Patent, Patent Number :5,561,515, Oct. 1,1996),是通過檢測粒子通過雙峰光波的飛行時間來計算粒子的空氣動力學直徑,這 種方法是將不同形狀、不同材質、不同密度的粒子統(tǒng)一等效成密度為1的球形粒子來計算 粒子的直徑,稱為空氣動力學直徑。這種儀器不能區(qū)分粒子的性質,僅能檢測粒子大小和數(shù) 量。發(fā)生物粒子細胞內含有蛋白質、氨基酸、酶類和核黃素等多種成分。其中有些具 有標志其固有熒光的特定的激發(fā)和發(fā)射光譜。研究表明,生物分子色氨酸、吡哆醇、煙酰胺 腺嘌呤二核苷酸(磷酸)(NAD(P)H)和核黃素具有固有的受激熒光發(fā)射波長。理想的靶標 生物分子應該有區(qū)別于其他物質的固有熒光光譜,并有足夠的熒光強度,構成強的可檢信 號。活的細菌含有與能量反應有關的胞內生物分子,NAD(P)H的存在是細菌活性的一個標 志,這使它成為區(qū)別細菌粒子與非生物物質的一個很好的指標。通過對心肌細胞的研究, 發(fā)現(xiàn)NADH的熒光與細胞的活性有關。對微球菌細胞周期的研究證明,固有熒光與細胞代 謝、即細胞活性有關。采用此種方法不僅可以區(qū)分粒子的生物學特性,還可以區(qū)分粒子的活 性。一般來說,激發(fā)光波越短,能量越高,就如同在許多其他類型的材料中那樣產生的熒光 就越強。NAD (P) H的熒光激發(fā)波長集中于340nm,核黃素的激發(fā)峰為385,發(fā)射峰為525nm,很 容易與它們的射光G00-540nm)區(qū)分。1997年,美國國防部和加拿大國防部在原有的TSI 3321空氣動力學粒子計數(shù)器的基礎上,增加了紫外激光脈沖照射系統(tǒng),研制成功了 TSI 3312紫外激光空氣動力學生物粒子計數(shù)器(Jim Yew-Wah Ho =Fluorescent biological particledetection system. US Patent, Patent Number :5, 895, 922, Apr. 20,1999)。不僅可以實時檢測空氣中的粒子濃度,并且能夠從中判斷出是否含有生物氣溶膠粒子。尤其是 在生物氣溶膠釋放或者生物恐怖侵襲的情況下,可以立即檢測出危險情況進行報警。從此 實現(xiàn)了生物氣溶膠的連續(xù)、實時、在線檢測。該儀器存在的問題是脈沖激光的能量隨著觸發(fā) 頻率的變化而變化,能量不穩(wěn)定,檢測的模擬信號較弱,易受其他信號的干擾,信噪比差;另 外,它的結構設計使設備體積較大,不便于車載或做其他流動場所的使用。2009年4月1日 公開的發(fā)明專利氣溶膠粒子激光分析儀(專利公開號CN 101398367A)克服了上述缺點, 不僅能檢測氣溶膠粒子的空氣動力學直徑和粒子數(shù)量等物理參數(shù),還能根據(jù)活性生物粒子 固有的受激發(fā)射生物熒光的特征,判別是否為活性生物粒子,以及活性生物粒子的數(shù)量和 濃度等參數(shù)。檢測結果準確,方便快速,零部件使用壽命長,體積較小,便于移動使用。此發(fā)明專利公開的氣溶膠粒子激光分析儀APD溫度控制部分是通過APD的特性, 在其溫度改變時,來改變其工作電壓,使APD的檢測結果準確有效,但是APD的溫度與電壓 之間不是非常好的線性關系,而且其工作電壓的改變是有限的,這樣APD的檢測結果就不 能達到非常準確。
發(fā)明內容
針對上述問題,本發(fā)明的目的在于克服以上技術不足,提供一種主動控制APD的 溫度,使APD的檢測結果準確無誤的連續(xù)光激光粒子分析儀溫控系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術方案連續(xù)光激光粒子分析儀溫控系統(tǒng),用于連續(xù)光激光粒子分析儀中APD熒光檢測部 分的溫度控制,包括絕熱殼體,TEC制冷器,熱敏電阻,控制裝置。所述APD熒光檢測部分、TEC制冷器、熱敏電阻安裝在絕熱殼體內部,由于TEC制 冷器位于絕熱殼體內,制冷器制冷效果好,在絕熱殼體表面設有溫度控制電路與APD檢測 電路的電氣接口。TEC制冷器,用于調節(jié)APD溫度;熱敏電阻,用于檢測APD溫度;控制裝置,用于監(jiān) 視和控制。本發(fā)明可達到精確的溫度控制,可加熱和制冷,響應時間短,使用靈活方便。所述控制裝置將APD工作溫度設定信號送給PID控制器,溫度傳感器熱敏電阻用 于采集APD的溫度,并將溫度信號送給PID控制器,PID控制器將溫度設定信號與采集的溫 度信號相比較,其差分信號經過PID運算產生TEC控制信號,送入PWM功率驅動器,PWM功 率驅動器根據(jù)PID運算產生的TEC控制信號,產生PWM信號,并經濾波電路濾波后提供直流 電流輸出給TEC制冷器,直接控制TEC電流,而不是電壓,消除了 TEC浪涌電流,從而達到精 確的溫度控制。
下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明的連續(xù)光激光粒子分析儀溫控系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示,本發(fā)明的連續(xù)光激光粒子分析儀溫控系統(tǒng),用于連續(xù)光激光粒子分 析儀中APD熒光檢測部分1的溫度控制,包括絕熱殼體4,TEC制冷器2,熱敏電阻3,控制裝
4置。所述APD熒光檢測部分1、TEC制冷器2、熱敏電阻安裝在絕熱殼體4內部,由于 TEC制冷器2位于絕熱殼體4內,制冷器制冷效果好,在絕熱殼體4表面設有溫度控制電路 與APD檢測電路的電氣接口。TEC制冷器2,用于調節(jié)APD溫度;熱敏電阻3,用于檢測APD溫度;控制裝置,用于 監(jiān)視和控制。本發(fā)明可達到精確的溫度控制,可加熱和制冷,響應時間短,使用靈活方便。所述控制裝置將APD工作溫度設定信號送給PID控制器,溫度傳感器熱敏電阻用 于采集APD的溫度,并將溫度信號送給PID控制器,PID控制器將溫度設定信號與采集的溫 度信號相比較,其差分信號經過PID運算產生TEC控制信號,送入PWM功率驅動器,PWM功 率驅動器根據(jù)PID運算產生的TEC控制信號,產生PWM信號,并經濾波電路濾波后提供直流 電流輸出給TEC制冷器,直接控制TEC電流,而不是電壓,消除了 TEC浪涌電流,從而達到精 確的溫度控制。以上所述的實施例,只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式
的一種,本領域的技術人 員在本發(fā)明技術方案范圍內進行的通常變化和替換,如各部件的結構、設置位置及其連接 都是可以有所變化的,在本發(fā)明技術方案的基礎上,凡根據(jù)本發(fā)明原理對個別部件進行的 改進和等同變換都應包含在本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種連續(xù)光激光粒子分析儀溫控系統(tǒng),用于連續(xù)光激光粒子分析儀中APD熒光檢測 部分的溫度控制,其特征在于,包括絕熱殼體,TEC制冷器,熱敏電阻,控制裝置。
2.根據(jù)權利1所述的連續(xù)光激光粒子分析儀溫控系統(tǒng),其特征在于,在絕熱殼體表面 設有溫度控制電路與APD檢測電路的電氣接口。
3.如權利1所述的連續(xù)光激光粒子分析儀溫控系統(tǒng),其特征在于,所述控制裝置將APD 工作溫度設定信號送給PID控制器,溫度傳感器熱敏電阻用于采集APD的溫度,并將溫度信 號送給PID控制器,PID控制器將溫度設定信號與采集的溫度信號相比較,其差分信號經過 PID運算產生TEC控制信號,送入PWM功率驅動器,PWM功率驅動器根據(jù)PID運算產生的TEC 控制信號,產生PWM信號,并經濾波電路濾波后提供直流電流輸出給TEC制冷器,直接控制 TEC電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種連續(xù)光激光粒子分析儀溫控系統(tǒng),用于連續(xù)光激光粒子分析儀中APD熒光檢測部分的溫度控制,它包括絕熱殼體,TEC制冷器,熱敏電阻,控制裝置。TEC制冷器,用于調節(jié)APD溫度;熱敏電阻,用于檢測APD溫度;控制裝置,用于監(jiān)視和控制。本發(fā)明可達到精確的溫度控制,可加熱和制冷,響應時間短,使用靈活方便。
文檔編號G05D23/24GK102117084SQ20101003393
公開日2011年7月6日 申請日期2010年1月6日 優(yōu)先權日2010年1月6日
發(fā)明者劉強, 劉毅, 劉航, 呂云峰, 張曉清 申請人:北京匯豐隆生物科技發(fā)展有限公司