一种多用途双光源自补偿光路设计的制作方法

1.本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种多用途双光源自补偿光路设计。


背景技术：

2.以光学检测为基础的液体、气体、固体分析方法较为常见的有三种：透射法、散射法和荧光法。
3.透射法：即特定波长的光透过被测样品，样品吸收这个特定波长的光，通过被样品吸收的光的比例计算样品中待测组分的浓度。待测组分浓度与光被吸收的比率通常在一定范围内符合朗伯比尔定律；
4.散射法：散射更多的是光的物理散射，当样品中存在颗粒物，光打在颗粒物上后会朝各个方向散射，在某个散射角度接收散射光即可确定颗粒物的浓度，通常散射光强度与颗粒物浓度成正比；
5.荧光法：样品中的某些组分，在被特定激发波长光照射后，会发生能级跃迁，被激发出另外一个波长的荧光，当确定要测量的组分后，可选用对应的激发波长和荧光检测波长，以获取拟被测组分的浓度。通常特定荧光强度与被测组分浓度成正比。
6.现有的方案实现在分析仪器的问题如下：
7.1.为了实现以上其中一种方法，需要具备某一种光路的独立仪器设备，特别是一些在线分析仪器，一个分析设备只能具备一种检测方法，且只能分析一种组分，在实际在线分析仪器应用时，经常需要对多个组分进行分析，然而为了获取这三种分析方法的分析仪器和多个组分检测的能力，需要复杂的仪器结构和高昂的成本；
8.2.因为环境光会影响检测器信号，检测光路需要在避光环境下使用。从而限制了应用场合；
9.3.检测光路中使用的led光源，随着光源长期使用，光强会衰减，使得仪器需要频繁的被校准，否则无法准确测量；
10.4.检测光路中使用的led光源，本身使用过程中会发热，而加上环境温度的变化，led光源光强会受到温度影响而波动，这个温度漂移对测量准确性的影响是显著的；
11.5.检测光路中使用的检测器，随着长期使用，本身的灵敏度和同样光强下信号响应都会发生改变，使得仪器需要频繁的被校准，否则无法准确测量；
12.6.检测光路中使用的检测器，其灵敏度和同样光强下信号响应均会受到温度的影响，这个温度漂移对测量准确性的影响是显著的；
13.7.检测器的采集电路用于获取检测器的微小电压或者电流信号，最后将微小信号转化为最终测量结果，这个微小信号的采集，也会因为电路中各个元器件的温度漂移而引入温度漂移误差。


技术实现要素：

14.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种多用途双光源自补偿光路设
计。
15.本发明提出的一种多用途双光源自补偿光路设计，包括光源一和光源二，所述光源一的一侧设置有滤光片一，滤光片一远离光源一的一侧设置有分光片，且分光片位于光源二的正上方，所述分光片远离滤光片一的一侧设置有透镜，且透镜远离分光片的一侧设置有样品，所述光源二与分光片之间设置有滤光片二，且分光片的上方设置有检测器一，所述样品的上方设置有检测器二，样品的下方设置有滤光片三，所述样品远离透镜的一侧设置有检测器三，所述滤光片三的下方设置有检测器四。
16.优选的，所述光源一和光源二是单波长led、单波长激光或者具备连续光谱的光源，如钨灯、汞灯、氘灯、氙灯。
17.优选的，所述滤光片一用于将光源一发出的光纯化为只具备某个波长的特征光。
18.优选的，所述滤光片二用于将光源二发出的光纯化为只具备某个波长的特征光。
19.优选的，所述滤光片三用于将激发出的荧光过滤到仅与被测荧光组分相关的特征波长的光。
20.优选的，所述分光片为1:1半透半反分光片。
21.优选的，所述检测器一为参比光检测器，检测器二为散射光检测器，检测器三为透射光检测器，检测器四为荧光检测器。
22.一种多用途双光源自补偿光路设计，包括如下光路运转步骤：
23.s1光源一和光源二都灭掉：此时，检测器一、检测器二、检测器三和检测器四均采集此时的光强作为背景光强，因为测试环境很可能有环境光，对光源一和光源二都灭的时候进行采集，可获取环境光背景；
24.a)检测器一此时信号：检测器一的环境背景光强；
25.b)检测器二此时信号：检测器二的环境背景光强；
26.c)检测器三此时信号：检测器三的环境背景光强；
27.d)检测器四此时信号：检测器四的环境背景光强；
28.s2光源一亮起，光源二灭：检测器一、检测器二、检测器三和检测器四同时采集此时光强：
29.a)检测器一此时信号：步骤s1中获取的检测器一环境背景光强＝光源一的发光强度参考值；
30.b)检测器二此时信号：步骤s1中获取的检测器二环境背景光强＝光源一作用样品后的散射光信号值；
31.c)检测器三此时信号：步骤s1中获取的检测器三环境背景光强＝光源一作用样品后的荧光信号值；
32.d)检测器四此时信号：步骤s1中获取的检测器四环境背景光强＝光源一作用样品后的透射光信号值；
33.s3光源一灭，光源二亮起：检测器一、检测器二、检测器三和检测器四同时采集此时光强：
34.a)检测器一此时信号：步骤s1中获取的检测器一环境背景光强＝光源二的发光强度参考值；
35.b)检测器二此时信号：步骤s1中获取的检测器二环境背景光强＝光源二作用样品
后的散射光信号值；
36.c)检测器三此时信号：步骤s1中获取的检测器三环境背景光强＝光源二作用样品后的荧光信号值；
37.d)检测器四此时信号：步骤s1中获取的检测器四环境背景光强＝光源二作用样品后的透射光信号值。
38.本发明中，所述一种多用途双光源自补偿光路设计，在同一光路中实现了两个光源波长的三种原理检测，大大降低了仪器成本，也降低了仪器的复杂程度和可操作性；
39.光路可以抵抗环境光对测量的影响，进而不需要严格的避光条件，使得仪器适用性更强，当需要高精度检测时，可将样品池避光放置以减小环境光本底；
40.任何一个光源都具备散射、荧光、透射原理检测能力，光路最多可支持两个光源，即最多具备检测6种组分的能力，通过更换光源一和光源二、滤光片一、滤光片二、滤光片三和检测器一、检测器二、检测器三、检测器四的组合即可切换需要测定的组分，设计灵活。可实现不同检测参数的组合；
41.光源一和光源二分别可以获取参考光强、散射光强、荧光光强和透射光强四个信号，因检测器一获取的参考光强与样品无关，可反映光源衰减、光源温度漂移、检测器温度漂移和电路温度漂移的综合影响，四个检测器全部采用相同型号，四个检测器的采集电路也全部选择相同的元器件和电路设计，那么检测器二、检测器三、检测器四获取的光强只需在算法上全部除以检测器一获取的信号，即可抵消光源衰减、光源温度漂移、检测器温度漂移和电路温度漂移，实现长久稳定精准测量。
附图说明
42.图1为本发明提出的一种多用途双光源自补偿光路设计的光路图。
43.图中：1光源一、2光源二、3样品、4透镜、5分光片、6滤光片一、7滤光片二、8滤光片三、9检测器一、10检测器二、11检测器三、12检测器四。
具体实施方式
44.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。
45.实施例一
46.参照图1，一种多用途双光源自补偿光路设计，包括光源一1和光源二2，光源一1的一侧设置有滤光片一6，滤光片一6远离光源一1的一侧设置有分光片5，且分光片5位于光源二2的正上方，分光片5远离滤光片一6的一侧设置有透镜4，且透镜4远离分光片5的一侧设置有样品3，光源二2与分光片5之间设置有滤光片二7，且分光片5的上方设置有检测器一9，样品3的上方设置有检测器二10，样品3的下方设置有滤光片三8，样品3远离透镜4的一侧设置有检测器三11，滤光片三8的下方设置有检测器四12。
47.本发明中，光源一1和光源二2是单波长led、单波长激光或者具备连续光谱的光源，如钨灯、汞灯、氘灯、氙灯。
48.本发明中，滤光片一6用于将光源一1发出的光纯化为只具备某个波长的特征光。
49.本发明中，滤光片二7用于将光源二2发出的光纯化为只具备某个波长的特征光。
50.本发明中，滤光片三8用于将激发出的荧光过滤到仅与被测荧光组分相关的特征波长的光。
51.本发明中，分光片5为1:1半透半反分光片，光线穿过时，一半光强穿过分光片，另外一半光强按镜面反射原理反射。
52.本发明中，检测器一9为参比光检测器，用来获取光源一和光源二的本身光强信息，当光源随着使用光强衰减，检测器一信号可用来实时补偿光源衰减，检测器二10为散射光检测器，用于获取光源一和光源二打到样品后对应的散射光强度，检测器三11为透射光检测器，用于获取光源一和光源二穿过样品后的透射光强度，检测器四12为荧光检测器，用于获取样品被光源一或光源二激发后产生的荧光光强，滤光片三可对拟要测量的荧光进行选择过滤，也就是更换光源一和光源二以及滤光片三的组合可改变要测定的组分，检测器一、检测器二、检测器三、检测器四应该采用同型号检测器，检测器可能是光敏电阻、硅光电二极管、硅光电三极管、光电倍增管等光敏元器件，四个检测器的采集电路也全部选择相同的元器件和电路设计。
53.样品3放在样品池中，样品池：提供气体、液体、固体样品的测量场所，当样品为气体和液体时，样品池应该为高透光性的玻璃或石英容器，光路的运作逻辑可抵扣环境光影响，因此样品池可直接暴露于环境光下以获得更佳的可观察性，当需要高精度测量时，也可将样品池避光处理，以降低环境光本底信号。
54.实施例二
55.参照图1，一种多用途双光源自补偿光路设计，包括如下光路运转步骤：
56.s1光源一1和光源二2都灭掉：此时，检测器一9、检测器二10、检测器三11和检测器四12均采集此时的光强作为背景光强，因为测试环境很可能有环境光，对光源一1和光源二2都灭的时候进行采集，可获取环境光背景；
57.a)检测器一9此时信号：检测器一9的环境背景光强；
58.b)检测器二10此时信号：检测器二10的环境背景光强；
59.c)检测器三11此时信号：检测器三11的环境背景光强；
60.d)检测器四12此时信号：检测器四12的环境背景光强；
61.s2光源一1亮起，光源二2灭：检测器一9、检测器二10、检测器三11和检测器四12同时采集此时光强：
62.a)检测器一9此时信号：步骤s1中获取的检测器一9环境背景光强＝光源一1的发光强度参考值；
63.b)检测器二10此时信号：步骤s1中获取的检测器二10环境背景光强＝光源一1作用样品后的散射光信号值；
64.c)检测器三11此时信号：步骤s1中获取的检测器三11环境背景光强＝光源一1作用样品后的荧光信号值；
65.d)检测器四12此时信号：步骤s1中获取的检测器四12环境背景光强＝光源一1作用样品后的透射光信号值；
66.s3光源一1灭，光源二2亮起：检测器一9、检测器二10、检测器三11和检测器四12同时采集此时光强：
67.a)检测器一9此时信号：步骤s1中获取的检测器一9环境背景光强＝光源二2的发
光强度参考值；
68.b)检测器二10此时信号：步骤s1中获取的检测器二10环境背景光强＝光源二2作用样品后的散射光信号值；
69.c)检测器三11此时信号：步骤s1中获取的检测器三11环境背景光强＝光源二2作用样品后的荧光信号值；
70.d)检测器四12此时信号：步骤s1中获取的检测器四12环境背景光强＝光源二2作用样品后的透射光信号值。
71.本发明：光源一和光源二分别可以获取参考光强、散射光强、荧光光强和透射光强四个信号，参考光强可以用于克服测量过程中光源衰减、光源温度漂移、检测器温度漂移和电路温度漂移，散射光强、荧光光强和透射光强信号可以用于检测样品中不同组分的含量。通过选择不同波长的光源一和光源二和滤光片一、滤光片二、滤光片三，可以获取不同的成分的检测能力。
72.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。