基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置及方法
2023-05-27 00:24:46 2
專利名稱：基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置及方法
技術領域：
本發明涉及光學信號檢測技術領域，尤其涉及一種基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置及方法。
背景技術：
螢光淬滅是指螢光物質分子與溶劑分子或其他溶質分子相互作用引起螢光強度降低的現象。螢光淬滅技術應用在傳感器檢測已經做過大量的研究，且市場上已經出現很多基於此原理的傳感器，這種傳感器具有很小的零點漂移、穩定性好、壽命長、實時快速等優點。基於螢光淬滅的傳感器已經得到了廣泛的應用，例如基於多孔矽光激螢光淬滅效應的SO2傳感器、光學溶解氧傳感器等等。螢光敏感膜是此類傳感器的重要組成部分，其對激發光的響應會受到溫度的影響，進而影響傳感器的準確度，現有的基於螢光淬滅的傳感器未考慮到溫度對敏感膜的影響，這些傳感器均易受到溫度的影響，進而準確度有限。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是提供一種能夠檢測準確度較高的基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置及方法。( 二 )技術方案為解決上述問題，本發明提供了一種基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置，該方法包括步驟校正參數獲取模塊，用於測量螢光淬滅傳感器的敏感膜的溫度特性，獲得所述敏感膜的溫度校正參數，並將其發送至信號處理模塊；工作參數獲取模塊，用於測量所述敏感膜工作時的實時溫度數據，並將其發送至信號處理模塊；信號處理模塊，用於根據所述溫度校正參數以及實時溫度數據，對所述敏感膜受激發出的螢光信號進行溫度效應補償。優選地，該裝置還包括激發光源，用於對所述敏感膜進行照射，使其激發出螢光； 探測器，與所述校正參數獲取模塊以及所述信號處理模塊均相連，用於採集所述敏感膜受激發出的螢光信號，並將其發送至校正參數獲取模塊以及信號處理模塊。優選地，所述工作參數獲取模塊進一步包括溫度傳感器，與所述敏感膜以及信號處理模塊相連，用於採集所述敏感膜工作時的實時溫度數據，並將其發送至信號處理模塊。優選地，所述信號處理模塊進一步包括存儲單元，用於接收並存儲所述溫度校正參數；補償單元，用於根據所述螢光信號、實時溫度數據以及溫度校正參數對所述探測器採集的螢光信號進行溫度效應補償。優選地，該裝置還包括信號調理模塊，連接於所述探測器與所述信號處理模塊之間、所述探測器與所述校正參數獲取模塊之間、以及所述溫度傳感器與所述信號處理模塊之間，用於對所述螢光信號以及實時溫度數據進行濾波及放大處理。優選地，所述溫度傳感器為熱敏電阻。
本發明還提供了一種基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償方法，該方法包括步驟Si.測量螢光淬滅傳感器的敏感膜的溫度特性，獲得所述敏感膜的溫度校正參數；S2.測量所述敏感膜工作時的實時溫度數據；S3.根據所述溫度校正參數以及實時溫度數據，對所述敏感膜受激發出的螢光信號進行溫度效應補償。優選地，步驟Sl進一步包括步驟Si. 1將所述敏感膜置於溫度可控的環境中；Si. 2測量記錄所述敏感膜在至少兩個不同溫度下被雷射照射所激發的螢光信號；Si. 3根據所述螢光信號擬合螢光強度隨溫度變化的校正曲線，得到溫度校正參數。(三)有益效果本發明的裝置及方法通過對螢光淬滅傳感器的溫度效應進行補償，可大大提高基於螢光淬滅傳感器的檢測的準度，當溫度變化時最大程度降低採集值的漂移，提高了系統及方法的檢測準確度，適用於水產養殖水質監測、水源地環境監測、化學反應過程監測等環境中的溶解氧高精度實時監測。
圖1為實施例1的基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置結構示意圖；圖2為實施例2的基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置結構示意圖；圖3為依照本發明一種實施方式的基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償方法的流程圖。
具體實施例方式本發明提出的基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置及方法，結合附圖及實施例詳細說明如下。實施例1如圖1所示，本實施例的基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置包括 激發光源、探測器、校正參數獲取模塊、工作參數獲取模塊、信號調理模塊以及信號處理模塊。其中激發光源向螢光淬滅傳感器的敏感膜發射激發光，激發光源可以使用合適波段的 LED，在對敏感膜照射時與其保持一定角度，螢光淬滅傳感器在激發光源發射的激發光照射下發出螢光信號，螢光探測器與螢光淬滅傳感器相連，採集敏感膜受激發出的螢光信號，並將其發送至校正參數獲取模塊以及信號處理模塊。在本實施例中，校正參數獲取模塊用於測量敏感膜的溫度特性，獲得敏感膜的溫度校正參數，並將其發送至信號處理模塊。工作參數獲取模塊進一步包括溫度傳感器，與敏感膜以及信號處理模塊相連，用於採集敏感膜工作時的實時溫度數據，並將其發送至信號處理模塊。信號處理模塊進一步包括存儲單元以及補償單元。存儲單元用於接收並存儲溫度校正參數；補償單元根據螢光信號、實時溫度數據以及溫度校正參數對探測器所採集到的螢光信號進行溫度效應補償，從而可計算出螢光的實際強度。信號調理模塊連接於探測器與信號處理模塊之間、探測器與校正參數獲取模塊之間、以及溫度傳感器與信號處理模塊之間，用於對該螢光信號以及實時溫度數據進行濾波及放大處理並。在本實施例的系統中，溫度傳感器為熱敏電阻，且緊貼於該敏感膜上。其中，校正參數獲取模塊通過如下方式獲得溫度校正參數將敏感膜以及激發光源置於可控溫度的環境中，保證該環境內除溫度參數外的其他參數穩定不變。在該環境中， 用激發光源對氧敏感膜進行照射，使其激發出螢光；用探測器檢測至少兩個不同溫度下的螢光強度，擬合螢光強度隨溫度變化的曲線，即為該敏感膜的溫度校正參數。敏感膜的溫度校正參數反映敏感膜的溫度特性，螢光探測器採集到的螢光強度或螢光壽命信號在一定程度上會受到溫度影響，根據該敏感膜的溫度校正參數，對螢光強度或螢光壽命信號進行處理，補償溫度效應(即扣除溫度影響)，即可得到實際的螢光強度。實施例2如圖2所示，以水中溶解氧傳感器(敏感膜為氧敏感膜)為例，本實施例的基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置包括水中溶解氧傳感器、熱敏電阻2、激發光源 LED4、螢光探測器5、分別與螢光探測器5以及熱敏電阻2相連的信號調理電路6以及信號調理電路7、以及信號處理模塊8。熱敏電阻2(優選溫度係數為10K)緊貼於水中溶解氧傳感器的氧敏感膜1上，用於檢測氧敏感膜1的溫度，氧敏感膜1由溶膠凝膠技術固定的釕(II)絡合物製成。信號處理模塊8中存儲的該氧敏感膜1的溫度校正參數通過如下方式獲得將氧敏感膜1以及激發光源LED4置於高低溫控制箱中，由於用溶膠凝膠技術固定的釕(II)絡合物對溫度的響應近似為線性，因此只需測量記錄兩個溫度下氧敏感膜1被激發的螢光信號，為了保證氧敏感膜1所處環境的穩定性，將此氧敏感膜1放在飽和亞硫酸鈉中，排除氧的淬滅效應的影響，測量在10°C和30°C下的輸出，擬合得到溫度與螢光強度之間關係的曲線，即氧敏感膜1 的溫度校正參數。在使用本實施例的裝置檢測水中溶解氧的濃度並補償溫度效應時，將傳感器、激發光源LED4、以及螢光探測器5 (優選為eOOnm-SOOnm之間具有較高靈敏度的0PT301)置於待測水中，中心波長為470nm的藍色LED4以與水平方向45度角對氧敏感膜1發出激發光9，螢光探測器5接收透過濾光片3的650nm波長的螢光信號10，並將其傳送至信號調理電路6，熱敏電阻2採集氧敏感膜1此時的工作溫度信號並將其傳送至信號調理電路7，信號調理電路6以及信號調理電路7分別對其接收到的信號進行濾波及放大等處理後輸出至信號處理模塊8，信號處理模塊8通過存儲的溫度校正參數，對應出此溫度下的實際螢光強度，從而根據螢光強度與水中溶解氧的濃度的關係計算，補償傳感器的溫度效應，進而得到水中溶解氧的實際濃度。如圖3所示，本發明還提供了一種基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償方法，該方法包括步驟
Si.測量螢光淬滅傳感器的敏感膜的溫度特性，獲得敏感膜的溫度校正參數；S2.測量敏感膜工作時的實時溫度數據；S3.根據溫度校正參數以及實時溫度數據，對探測器採集到的敏感膜受激發出的螢光信號進行溫度效應補償。此外，步驟Sl進ー步包括步驟Si. 1將敏感膜置於溫度可控的環境中；Si. 2測量記錄敏感膜在至少兩個不同溫度下被雷射照射所激發的螢光信號；Si. 3根據螢光信號擬合螢光強度隨溫度變化的校正曲線，得到溫度校正參數。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置，其特徵在於，該方法包括步驟校正參數獲取模塊，用於測量螢光淬滅傳感器的敏感膜的溫度特性，獲得所述敏感膜的溫度校正參數，並將其發送至信號處理模塊；工作參數獲取模塊，用於測量所述敏感膜工作時的實時溫度數據，並將其發送至信號處理模塊；信號處理模塊，用於根據所述溫度校正參數以及實時溫度數據，對所述敏感膜受激發出的螢光信號進行溫度效應補償。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，該裝置還包括 激發光源，用於對所述敏感膜進行照射，使其激發出螢光；探測器，與所述校正參數獲取模塊以及所述信號處理模塊均相連，用於採集所述敏感膜受激發出的螢光信號，並將其發送至校正參數獲取模塊以及信號處理模塊。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述工作參數獲取模塊進一步包括溫度傳感器，與所述敏感膜以及信號處理模塊相連，用於採集所述敏感膜工作時的實時溫度數據，並將其發送至信號處理模塊。
4.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述信號處理模塊進一步包括 存儲單元，用於接收並存儲所述溫度校正參數；補償單元，用於根據所述螢光信號、實時溫度數據以及溫度校正參數對所述探測器採集的螢光信號進行溫度效應補償。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於，該裝置還包括信號調理模塊，連接於所述探測器與所述信號處理模塊之間、所述探測器與所述校正參數獲取模塊之間、以及所述溫度傳感器與所述信號處理模塊之間，用於對所述螢光信號以及實時溫度數據進行濾波及放大處理。
6.如權利要求1-5任一項所述的裝置，其特徵在於，所述溫度傳感器為熱敏電阻。
7.一種基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償方法，其特徵在於，該方法包括步驟51.測量螢光淬滅傳感器的敏感膜的溫度特性，獲得所述敏感膜的溫度校正參數；52.測量所述敏感膜工作時的實時溫度數據；53.根據所述溫度校正參數以及實時溫度數據，對所述敏感膜受激發出的螢光信號進行溫度效應補償。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，步驟Sl進一步包括步驟 Si. 1將所述敏感膜置於溫度可控的環境中；Si. 2測量記錄所述敏感膜在至少兩個不同溫度下被雷射照射所激發的螢光信號； Si. 3根據所述螢光信號擬合螢光強度隨溫度變化的校正曲線，得到溫度校正參數。
全文摘要
本發明公開了一種基於螢光淬滅傳感器的檢測的溫度效應補償裝置及方法，涉及光學信號檢測技術領域。該裝置包括校正參數獲取模塊，用於測量螢光淬滅傳感器的敏感膜的溫度特性，獲得所述敏感膜的溫度校正參數，並將其發送至信號處理模塊；工作參數獲取模塊，用於測量所述敏感膜工作時的實時溫度數據，並將其發送至信號處理模塊；信號處理模塊，用於根據所述溫度校正參數以及實時溫度數據，對所述敏感膜受激發出的螢光信號進行溫度效應補償。本發明的裝置及方法通過對螢光淬滅傳感器的溫度效應進行補償，可大大提高基於螢光淬滅傳感器的檢測的準度，當溫度變化時最大程度降低採集值的漂移，提高了檢測準確度。
文檔編號G01N21/64GK102565016SQ20111045390
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者單飛飛, 吳文彪, 董大明, 趙賢德, 鄭文剛, 郭瑞, 鮑鋒 申請人:北京農業智能裝備技術研究中心