一种基于DLP技术的积分型航空煤油痕水含量测定的分子荧光光谱仪

摘要

本发明属于光谱检测技术领域，尤其为一种基于DLP技术的积分型航空煤油痕水含量测定的分子荧光光谱仪，包括氙灯、滤光片、第一透镜、样品检测池、消光器、第二透镜、光路盒、信号采集模块、光源控制器、主控制器和显示终端。本发明解决了航空煤油中痕水含量的数字化测量问题，从树值上反映直观，便携式设计也能在不同场合进行快速定量定性，采用DMD作为一种新型光调制器件，作为有别于CCD光谱仪的一种形式出现在现代测试中，能够避免CCD设备中昂贵阵列CCD的使用，采用单点检测，节省成本，减小体积，解决了DMD应用在微弱信号下的高信噪比要求，通可以应用于不同的荧光测试，通过矩阵显示模式的改变，减小了相应峰的干扰。

说明书

技术领域

本发明涉及光谱检测技术领域，具体为一种基于DLP技术的积分型航空煤油痕水含量测定的分子荧光光谱仪。

背景技术

光栅型光谱仪在市场上占有垄断地位，其中光栅扫描型的光栅需要复杂精密的机械控制系统进行精密控制，具有高灵敏度的优点，但其整机尺寸大，成本高，检测时间长的缺点制约了其小型化便携式的道路；固定光路阵列检测型具有检测时间快，成像方便的优点，并且结合CCD技术实现高灵敏度探测，但是CCD价格高昂，尤其微弱信号时CCD制冷技术更加不能普及使用，只能通过降低检测灵敏度上减小体积及增加便携性。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于DLP技术的积分型航空煤油痕水含量测定的分子荧光光谱仪，解决了光栅型光谱仪价格高昂，尤其微弱信号时CCD制冷技术更加不能普及使用，只能通过降低检测灵敏度上减小体积及增加便携性的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于DLP技术的积分型航空煤油痕水含量测定的分子荧光光谱仪，包括氙灯、滤光片、第一透镜、样品检测池、消光器、第二透镜、光路盒、信号采集模块、光源控制器、主控制器和显示终端，所述氙灯发出的脉冲光经滤光片滤光、第一透镜汇聚成光斑直射于样品检测池中的比色皿上，光路盒的内部设有准直镜、光栅、反射镜、DMD微镜阵列、透镜组、PMT检测器和微镜驱动和序列，光路盒上设有狭缝，直射于样品检测池中的比色皿上的光斑经消光器消光后经第二透镜汇聚的荧光通过狭缝直照于准直镜上，所述准直镜、光栅、反射镜和DMD微镜阵列组成反射光路，荧光经反射光路发射后通过透镜组聚焦于PMT检测器上的感光元上进行光电转换，所述微镜驱动和序列用于控制DMD微镜阵列产生不同矩阵序列，所述信号采集模块与DMD微镜阵列连接，所述PMT检测器通过信号采集模块与主控制器连接，所述主控制器分别与光源控制器和显示终端连接，所述光源控制器用于氙灯的脉冲电压和闪烁脉冲频率控制。

作为本发明的一种优选技术方案，所述滤光片用于对经氙灯发出的脉冲光进行窄带滤光，所述氙灯发出的脉冲光经滤光片滤光后成半波7～9nm的中心波长360nm的单玻光源。

作为本发明的一种优选技术方案，所述样品检测池、第二透镜、狭缝和准直镜之间构成垂直光线通道。

作为本发明的一种优选技术方案，所述DMD微镜阵列表现为明暗条纹分布，经反射镜反射的反射光投射至对应DMD微镜阵列上的明亮条纹时进行反射。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于DLP技术的积分型航空煤油痕水含量测定的分子荧光光谱仪，具备以下有益效果：

1、该基于DLP技术的积分型航空煤油痕水含量测定的分子荧光光谱仪，解决了航空煤油中痕水含量的数字化测量问题，从树值上反映直观，同时仪器便携式设计也能在不同场合进行快速定量定性，采用DMD作为一种新型光调制器件，作为有别于CCD光谱仪的一种形式出现在现代测试中，能够避免CCD设备中昂贵阵列CCD的使用，采用单点检测，节省成本，减小体积，同时解决了DMD应用在微弱信号下的高信噪比要求，通过改变个别部件和测试参数就可以应用于不同的荧光测试，通过矩阵显示模式的改变，减小了相应峰的干扰。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中DMD微镜阵列的照射条纹带示意图。

图中：1、氙灯；2、滤光片；3、第一透镜；4、样品检测池；5、消光器；6、第二透镜；7、狭缝；8、准直镜；9、光栅；10、反射镜；11、DMD微镜阵列；12、透镜组；13、PMT检测器；14、微镜驱动和序列；15、信号采集模块；16、光源控制器；17、主控制器；18、显示终端。

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。

实施例

请参阅图1-2，本发明提供以下技术方案：一种基于DLP技术的积分型航空煤油痕水含量测定的分子荧光光谱仪，包括氙灯1、滤光片2、第一透镜3、样品检测池4、消光器5、第二透镜6、光路盒、信号采集模块15、光源控制器16、主控制器17和显示终端18，氙灯1发出的脉冲光经滤光片2滤光、第一透镜3汇聚成光斑直射于样品检测池4中的比色皿上，光路盒的内部设有准直镜8、光栅9、反射镜10、DMD微镜阵列11、透镜组12、PMT检测器13和微镜驱动和序列14，光路盒上设有狭缝7，直射于样品检测池4中的比色皿上的光斑经消光器5消光后经第二透镜6汇聚的荧光通过狭缝7直照于准直镜8上，准直镜8、光栅9、反射镜10和DMD微镜阵列11组成反射光路，荧光经反射光路发射后通过透镜组12聚焦于PMT检测器13上的感光元上进行光电转换，微镜驱动和序列14用于控制DMD微镜阵列11产生不同矩阵序列，信号采集模块15与DMD微镜阵列11连接，PMT检测器13通过信号采集模块15与主控制器17连接，主控制器17分别与光源控制器16和显示终端18连接，光源控制器16用于氙灯1的脉冲电压和闪烁脉冲频率控制。

具体的，滤光片2用于对经氙灯1发出的脉冲光进行窄带滤光，氙灯1发出的脉冲光经滤光片2滤光后成半波7～9nm的中心波长360nm的单玻光源。

本实施例中，脉冲光经过滤光片2，进行窄带滤光，窄带滤光片2具有半波7～9nm的中心波长360nm滤光能力，滤光片2滤光后的单玻光源经过第一透镜3汇聚成光斑在样品检测池4中的比色皿上，其中窄带滤光具有的半波滤光值最优为8nm。

具体的，样品检测池4、第二透镜6、狭缝7和准直镜8之间构成垂直光线通道。

本实施例中，具体应用时，光斑光线一部分通过样品检测池4径直射出，通过消光器5进行消光，防止反射或者散射回检测光路，光斑还有一部分光线激发比色皿中的荧光物质产生荧光，一部分荧光通过垂直光线通道经过第二透镜6进一步汇聚，汇聚荧光通过狭缝7进入仪器核心内部光路，通过狭缝7的荧光经过准直镜8准直照射到光栅9，光栅9按不同波长进行分光反射到反射镜10。

具体的，DMD微镜阵列11表现为明暗条纹分布，经反射镜10反射的反射光投射至对应DMD微镜阵列11上的明亮条纹时进行反射。

本实施例中，具体应用时，经过反射镜10的光路变向均匀照射到DMD微镜阵列11上，DMD受微镜驱动和序列14控制后产生不同矩阵序列，该矩阵序列表现为明暗条纹分布，代表反射光线和不反射光线，反射镜10打在DMD微镜阵列11的明亮条纹时就反射，反射光经过透镜组12聚焦在PMT检测器13上的感光元上进行光电转换。

本发明的工作原理及使用流程：使用时，通过光源控制器16设置闪烁氙灯1的脉冲电压和闪烁脉冲频率，使得氙灯1发出脉冲光，脉冲光应用于分子荧光光谱以上，可以减小荧光淬灭对测量的影响，脉冲光光谱涵盖紫外和可见光谱段，所以脉冲光经过滤光片2进行窄带滤光，窄带滤光片2具有半波8nm左右的中心波长360nm滤光能力，滤光片2滤光后的单玻光源经过第一透镜3汇聚成光斑在样品检测池4中的比色皿上，光斑光线一部分通过检测池径直射出，通过消光器5进行消光，防止反射或者散射回检测光路，光斑还有一部分光线激发比色皿中的荧光物质产生荧光，一部分荧光通过与光线垂直的通路经过第二透镜6进一步汇聚，汇聚荧光通过狭缝7进入仪器核心内部光路，过狭缝7的荧光经过准直镜8准直照射到光栅9，光栅9按不同波长进行分光反射到反射镜10，经过反射镜10的光路变向均匀照射到DMD微镜阵列11上，DMD微镜阵列11受微镜驱动和序列14控制后产生不同矩阵序列，该矩阵序列表现为明暗条纹分布，代表反射光线和不反射光线，反射镜10打在DMD微镜阵列11的明亮条纹时就反射，反射光经过透镜组12聚焦在PMT检测器13上的感光元上进行光电转换，转换后的电信号经信号采集模块15进行荧光信号采集处理，其中微镜驱动和序列14、信号采集模块15和光源控制器16代表了不同的电路功能，这种功能能和主控制器17协同操作，主控制器17控制氙灯1的设置和生成根据设置参数的不同频率的驱动脉冲，驱动脉冲在高电平时氙灯1瞬间发光然后熄灭，及脉冲光；微镜驱动和序列14(DMD控制器)是DMD微镜阵列11条纹的生成机构，他有FPGA根据时序产生条纹矩阵序列，该序列分两种情况，也代表两种检测技术，一种是在DMD微镜阵列11上只有一列明条纹，该明条文随根据均匀照射在DMD微镜阵列11上的波长范围对应，也就是不同波长对应不同位置的明条纹，一次改变明条纹位置，也就是扫描技术；另一种技术是DMD微镜阵列11上生成根据阿达玛矩阵的明暗条纹，根据阿达玛原理进行多通道采集，然后解析出每个波长对应的荧光能量值。

上述工作过程还包括一个积分过程，由于荧光信号较弱，而且各种噪声干扰会使最后的荧光谱信噪比低，致使很微弱的有用荧光信号被淹没；本发明为解决这种问题采用针对性的积分方式，积分通过两个参数进行调节，一个是调节闪烁氙灯1闪烁频率M，一种是DMD微控制器FPGA生成的每一帧(一个循环矩阵中一个)进行N次次曝光，每次曝光是间内闪烁氙灯1闪烁次数和时间点固定，这样每帧条纹序列就会进行M/60*N次的信号累计，即可实现微弱荧光信号的积分方式，其中60是本仪器默认的序列曝光频率，也可以设置成120Hz，这样系统即可实现用时间换高信噪比的荧光信号。

上述过程中经过第一透镜3后的激发光在样品检测池4中不仅激发出荧光进入狭缝7，还会有一些激发光的散射或者漫反射的激发光进入狭缝7，为了避免激发光对测试影响，DMD微镜阵列11上显示矩阵序列，采用特殊显示，荧光条纹分布在DMD微镜阵列11上呈条状均匀分布，如图2所示，图中黑色条纹表示DMD内小反光镜反光到12透镜组，不显色范围表示不反光到透镜组12，矩阵条纹距离DMD可用视窗范围上下边界出设置成不反光，以此减少DMD边缘造成杂散光影响；照射到DMD上的荧光带应该窄于图2所示照射条纹带范围，图2中尺寸不定量，只是做为方法示意。

图2中“减小激发光影响矩阵布局”条纹高度，计算方式比如本系统如下计算：在等高模板矩阵测量时，根据干扰峰谱峰的半峰宽度Gnm以及峰位置在Hnm；系统模板对应波长范围720-400＝320nm，720是投射到DMD上的最大波长，400是最小波长；那么矩阵变短的数量M公式为：G/320＝M/912；912是本系统DMD的横向像素数；矩阵变短的起始位置K公式：(H-400)/320＝K/912。

本发明的替代方案：

氙灯1可以是具有同样脉冲光输出的其他调制光源，即具有脉冲发光和包含激发光波长的光源。

消光器5不限于某一部件，只是它具有吸收从比色皿中透过的过不反射或散射回测试光路功能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。