基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置製造方法
2023-05-25 02:55:51 1
基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置，WDM模塊一面上安裝光子探測PCB板，光子探測PCB板上固定有光子探測傳感器模塊，光子探測傳感器模塊伸入至WDM模塊中，WDM模塊另一面上安裝隔熱片，TEC製冷片置於隔熱片的腔室內，TEC製冷片下底面與WDM模塊相貼合，隔熱片上安裝散熱片，散熱片與TEC製冷片上表面相貼合；溫度探頭一端連接溫度傳感接口，溫度探頭另一端置於WDM模塊內，溫度傳感接口連接TEC電流源控制模塊，TEC電流源控制模塊連接控制電流輸出模塊，控制電流輸出模塊連接TEC製冷片。解決傳統軟體補償算法對於安裝結構和散熱條件的變化所帶來的重新設計問題。
【專利說明】基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置。
【背景技術】
[0002]流式細胞儀中的波分復用模塊(WDM)主要用來將側向散射光信號和螢光散射信號進行收集、分光、濾波和聚焦到所需檢測的多個光學通道中，光子探測器安裝在對應的每個光學通道的輸出安裝孔洞之中(光子探測器的有效感光窗口位置設置為正好位於輸出光線的聚焦點)，然後探測器與光子探測板電子電路連接實現後級的電子信號的轉換、放大
與調理。
[0003]流式細胞儀中，由於螢光信號非常微弱(例如要能檢測到100個螢光光子的強度)，在保證高響應靈敏度的同時，又需要控制極低的噪聲影響，因此，用來檢測螢光散射信號常用的光子探測器通常是光電倍增管(PMT)或者雪崩光電二極體(APD)。例如，HAMAMATSU公司的一款APD (型號為S2381)的偏置電壓、溫度對增益影響，可以看出光子檢測器自身的增益穩定性同反向偏置電壓和溫度有著密切的關係。由於PMT或APD的溫度穩定性很差，通常其自身並不帶有溫度補償功能，周圍工作環境溫度會直接影響到光電轉換增益和效率，以及信噪比(溫度的變化會改變光電探測器的暗電流噪聲)。現有的做法是利用加裝溫度傳感器或溫度探頭探測周圍環境溫度，通過實時改變光子探測器的反向偏壓設置值，達到溫度補償的目的。
[0004]現有溫度補償技術有如下缺點:
[0005]I)溫度探頭的安裝位置直接決定了會有較大溫度補償誤差，且不能兼顧分布在多個位置的光子探測器，因為安裝在不同位置的光子探測器的環境溫度可能會有較大的差別；
[0006]2)溫度補償技術具有專一性，安裝結構和散熱條件的變化會帶來補償的重新設計，對於不同的安裝結構需要測試、修改、驗證不同的補償參數，其通用性和一致性難以保證；
[0007]3)溫度補償隨著所採用的光電子探測器型號和規格的不同而需要做出相應調整，在進行補償之前需要詳細了解所選用的光子探測器的具體特性，並通過大量的仿真或者實際測試數據來修正與調整補償參數；
[0008]4)對於流式細胞儀中的主控CPU來說，其大量的資源會被實時的數據採集、轉換、濾波、處理、數據傳輸等主要核心任務佔用，溫度補償加入其中也不符合模塊化設計的思想，系統設計的耦合性變強。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置。
[0010]本發明的目的通過以下技術方案來實現:[0011]基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置，特點是:包含TEC製冷片和TEC控制單元，在WDM模塊的一面上安裝光子探測PCB板，光子探測PCB板上固定有光子探測傳感器模塊，光子探測傳感器模塊伸入至WDM模塊中，在WDM模塊的另一面上安裝隔熱片，隔熱片設有容納TEC製冷片的腔室，TEC製冷片置於所述腔室內，TEC製冷片的下底面與WDM模塊相貼合，隔熱片上安裝散熱片，散熱片與TEC製冷片的上表面相貼合；所述TEC控制單元包含TEC電流源控制模塊、溫度傳感接口和控制電流輸出模塊，溫度探頭的一端連接溫度傳感接口，溫度探頭的另一端置於WDM模塊內，溫度傳感接口連接TEC電流源控制模塊，TEC電流源控制模塊連接控制電流輸出模塊，控制電流輸出模塊連接TEC製冷片，TEC電流源控制模塊外接直流電源模塊。
[0012]進一步地，上述的基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置，所述TEC控制單元還包含目標溫度設定模塊、電流上限設定模塊和電壓上限設定模塊，目標溫度設定模塊、電流上限設定模塊和電壓上限設定模塊均連接TEC電流源控制模塊。
[0013]更進一步地，上述的基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置，所述散熱片上安裝有風扇。
[0014]本發明技術方案的實質性特點和進步主要體現在:
[0015]通過硬體恆溫控制方式避免軟體補償算法與實驗曲線的擬合工作，避免軟體算法的不可移植性，即換用另外一套系統，則需要重新進行溫度補償。通過精確恆溫控制方式，即使WDM模塊上的APD分布於不同位置，最大溫差小於0.5°C，也足夠滿足各光子探測器的工作要求。通過設定目標溫度，可使WDM上的光子探測器工作在最佳溫度點。實現溫度鎖定，反向偏置電壓鎖定，減少了反向偏置電壓源由於溫度補償算法所帶來的實時反覆調節，提高了反向偏置電壓源組件的工作穩定性與可靠性。當需要更換另外一款不同的光子探測器時，無需了解詳細的探測器參數曲線，只要找到最佳工作溫度點，設定目標溫度值，即可安裝匹配。無需軟體補償算法的繁瑣、依據探測器型號的不同而進行不同的補償控制。可實現流式細胞儀前端光子探測系統的模塊化整體封裝，可實現一致化的量產要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明:
[0017]圖1:本發明的構造示意圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置，包含TEC(半導體)製冷片5和TEC控制單元8，在WDM模塊I的一面上安裝光子探測PCB板2，光子探測PCB板2上固定有光子探測傳感器模塊3，光子探測傳感器模塊3伸入至WDM模塊I中，在WDM模塊I的另一面上安裝隔熱片4，隔熱片4設有容納TEC製冷片的腔室，TEC製冷片5置於所述腔室內，TEC製冷片5的下底面與WDM模塊I相貼合，隔熱片4上安裝散熱片6，散熱片6與TEC製冷片5的上表面相貼合，散熱片6上安裝有風扇；TEC控制單元8包含TEC電流源控制模塊9、溫度傳感接口 10、控制電流輸出模塊11、目標溫度設定模塊12、電流上限設定模塊13和電壓上限設定模塊14，溫度探頭7的一端連接溫度傳感接口 10，溫度探頭7的另一端置於WDM模塊I內，溫度傳感接口 10連接TEC電流源控制模塊9，TEC電流源控制模塊9連接控制電流輸出模塊11，控制電流輸出模塊11連接TEC製冷片5，TEC電流源控制模塊9外接直流電源模塊15，目標溫度設定模塊12、電流上限設定模塊13和電壓上限設定模塊14均連接TEC電流源控制模塊9。
[0019]WDM模塊I上安裝光子探測器的部件材料採用紫銅板，紫銅具有良好的導熱傳熱性能，能夠迅速的將TEC製冷片工作面的冷或熱功率傳遞到分布於WDM上不同位置的與紫銅板以過渡孔安裝配合方式的光子探測器上。散熱片6安裝在TEC製冷片5的另外一面，以散除與工作面相反的熱或者冷功率，保持TEC製冷片5的工作平衡。通過TEC控制單元8的目標溫度設定模塊12的目標溫度設定值，以及溫度探頭7傳回的實時溫度值(溫度探頭7通過粘塗導熱矽膠以塞孔的方式安裝到紫銅板內部)，通過恆流控制驅動器的硬體比例-積分-微分(PID)閉環調節電路，實時控制並監控輸出驅動電流，使實測溫度向目標設定溫度不斷逼近，並最終保持在設定溫度點。TEC控制單元8的過壓、過流保護功能，以保證TEC工作在允許的工作條件之內。隔熱片或者隔熱棉用於避免散熱片6與WDM模塊I之間通過空氣縫隙進行傳熱，以充分發揮TEC性能。
[0020]解決傳統軟體補償算法對於安裝結構和散熱條件的變化所帶來補償算法的重新設計問題。解決分布在WDM上不同位置的多個光電探測器的同一時刻由於各自溫度不同，所帶來的補償差異問題。解決由於選用不同類型、不同型號的光電探測器，需要重新根據溫度-反向偏置電壓-增益曲線進行補償算法的更改，避免了大量繁瑣的實際工作曲線測試驗證、參數修正。大大減少軟體開銷，避免了軟體補償算法的不準確而引起的系統不穩定，同時可實現獨立的模塊化設計。解決軟體補償算法所帶來的光子探測器檢測靈敏度的波動問題，可使光子探測靈敏度與信噪比始終保持在可選定的恆定範圍內。
[0021 ] 通過硬體恆溫控制方式避免軟體補償算法與實驗曲線的擬合工作，避免軟體算法的不可移植性，即換用另外一套系統，則需要重新進行溫度補償。通過精確恆溫控制方式(控制精度可達0.1°C)，即使WDM模塊I上的Aro分布於不同位置，最大溫差小於0.5°C，也足夠滿足各光子探測器的工作要求。通過設定目標溫度，可使WDM上的光子探測器工作在最佳溫度點(最佳溫度點即是保證光子探測器光電轉換增益的情況下，獲得最大的信噪比性能，從而獲得最佳的光子信號檢測靈敏度)。例如:光子探測器工作溫度越低，暗電流噪聲越小，雪崩電壓越低，從而使增益不變的情況下，所需反向偏置電壓越低。可實現溫度鎖定，反向偏置電壓鎖定，減少了反向偏置電壓源由於溫度補償算法所帶來的實時反覆調節，提高了反向偏置電壓源組件的工作穩定性與可靠性。當需要更換另外一款不同的光子探測器時，無需了解詳細的探測器參數曲線，只要找到最佳工作溫度點，設定目標溫度值，即可安裝匹配。無需軟體補償算法的繁瑣、依據探測器型號的不同而進行不同的補償控制。可實現流式細胞儀前端光子探測系統的模塊化整體封裝，可實現一致化的量產要求。
[0022]需要強調的是:以上僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置，其特徵在於:包含TEC製冷片和TEC控制單元，在WDM模塊的一面上安裝光子探測PCB板，光子探測PCB板上固定有光子探測傳感器模塊，光子探測傳感器模塊伸入至WDM模塊中，在WDM模塊的另一面上安裝隔熱片，隔熱片設有容納TEC製冷片的腔室，TEC製冷片置於所述腔室內，TEC製冷片的下底面與WDM模塊相貼合，隔熱片上安裝散熱片，散熱片與TEC製冷片的上表面相貼合；所述TEC控制單元包含TEC電流源控制模塊、溫度傳感接口和控制電流輸出模塊，溫度探頭的一端連接溫度傳感接口，溫度探頭的另一端置於WDM模塊內，溫度傳感接口連接TEC電流源控制模塊，TEC電流源控制模塊連接控制電流輸出模塊，控制電流輸出模塊連接TEC製冷片，TEC電流源控制模塊外接直流電源模塊。
2.根據權利要求1所述的基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置，其特徵在於:所述TEC控制單元還包含目標溫度設定模塊、電流上限設定模塊和電壓上限設定模塊，目標溫度設定模塊、電流上限設定模塊和電壓上限設定模塊均連接TEC電流源控制模塊。
3.根據權利要求1所述的基於流式細胞儀光子探測模塊的恆溫控制裝置，其特徵在於:所述散熱片上安裝有風扇。
【文檔編號】G01N15/14GK103837464SQ201410125515
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】徐進禮 申請人:常州必達科生物科技有限公司