一种用于生物毒性检测仪的校准装置及校准方法与流程

1.本发明涉及一种校准装置用光源，具体涉及一种用于生物毒性检测仪的校准装置及校准方法。


背景技术：

2.生物毒性检测仪是应用于水质监测的专用仪器，它利用发光细菌在正常新陈代谢时发出450-490nm的蓝绿荧光来监测水质中是否含有有毒物质，发光细菌一旦遇到外界的毒性物质，就会对发光细菌的新陈代谢产生影响，进而抑制发光强度。发光细菌所受的抑制大小和外界毒性物质的毒性大小相关，生物毒性检测仪设备通过检测发光细菌代谢过程中的产生的发光强度进行测量，进而对抑制的程度进行了量化测量。量化的精度决定了生物毒性检测仪对水质含毒性反映的精确度。只有保证它的高精度，才能给用户提供可靠的检测结果。
3.传统的光强调节装置通过调节通过发光管的光电流或者光电压可以调节灯管的亮度和强度；但是这种调节方式是开放的，一方面灯管的发光混杂在环境光之中，同时，光的强度也比较大，不能直接应用于特定仪器用来校准感光测量仓，尤其是不能用于对于生物毒性检测仪这类专业仪器的量程范围进行校准。
4.此外，而生物毒性检测仪在生产和使用的过程中，需要对测量精度进行校准，以验证测量数据是否准确，一般的验证方法是通过实验室手工的方式，配备不同浓度的发光细菌溶液，通过荧光光谱仪测量发光细菌溶液的发光值，然后再通过生物毒性检测仪测量该发光细菌溶液的发光值，进行比对校验。这种方法因为测量过程的复杂性，经常会出现难以避免的误差：
5.1.发光细菌溶液的浓度准确性；
6.2.配备发光细菌溶液过程的人工加样误差；
7.3.测量过程中发光细菌溶液本身光强随时间衰减，而测试比对不能同一时刻进行；
8.4.其他因素。
9.目前还有使用阳性发光棒进行校准，此方法具有很大缺点与局限性。阳性发光棒自身会发出一种固定发光强度的肉眼不可见的微弱荧光，但是，只能测量单点，由于是单纯的物理发光，不是电子电路，故校准只能测一个固定的值，不具有多点校准功能。并且阳性发光棒具有一定的时间衰减性，阳性棒本身有个体差异，无法保证多通道一致性。
10.专利库中也存在一种用于便携式水质毒性检测仪的校准光源(公告号为cn 202854039u，公开日为2013年4月3日)，其采用led光源，但是，是用于吸光罩对光源进行处理，需要配置不同厚度的吸光罩，使透过吸光罩发射出来的光线呈线性分布，此种操作的缺陷为：
11.1.需要配置不同的吸光罩，并且，针对不同光强的校准，需要更换对应厚度的吸光罩，操作非常不便，校准效率低；
12.2.如果要呈线性分布，需要非常多的厚度差异小的吸光罩，吸光罩的厚度差异非常小，容易造成混淆，且不利于管理；
13.3.不同厚度的吸光罩之间的间隔精度有限，不能做到真正的线性相关，从而会引起校准误差。
14.由于其操作的不便等各种缺陷，市场上依然采用现有的实验室手工的生物学校准方式及阳性发光棒校准方式校准。


技术实现要素：

15.为解决现有技术中的问题，本发明提供一种用于生物毒性检测仪的校准装置及校准方法。
16.本发明用于生物毒性检测仪的校准装置包括能够深入所述生物毒性检测仪测量仓的光源组件，所述光源组件采用发光二极管作为校准光源，所述光源组件还包括对发光二极管发出的光源进行减光处理的光学组件，用于将所述发光二极管发出的光线进行固定倍数的衰减，使本校准装置发出的光线降低至生物毒性检测仪测量发光强度的上下限范围内。
17.本发明作进一步改进，所述光学组件包括设置在所述发光二极管出光方向的减光镜、及柔光镜，所述柔光镜与所述减光镜对应设置。
18.本发明作进一步改进，所述光源组件还包括透镜组件，所述透镜组件为套设在发光二极管上的透镜桶，所述透镜桶的前方设有出光孔，所述减光镜盖设在所述出光孔上，所述柔光镜设置在所述减光镜远离所述发光二极管的上方。
19.本发明作进一步改进，包括遮光帽、设置在所述遮光帽内的电源和主电路板，所述光源组件的数量为一个以上，并列设置在所述遮光帽下方，并分别与所述光源组件与主电路板电性连接。
20.本发明作进一步改进，用于密封测量仓的凸台，所述光源组件设置在所述凸台正下方，所述光源组件设有防水件。
21.本发明作进一步改进，所述遮光帽包括外壳、与外壳固定连接的上盖，所述外壳的周边设有若干个对所述主pcb板限位的限位台，所述限位台上设有安装孔，所述主pcb板与所述安装孔对应位置设有通孔，所述主pcb板通过设置在所述通孔与安装孔上的连接件固定在所述外壳内。
22.本发明作进一步改进，还包括与光源组件相连的光源pcb板，所述主pcb板中部设有卡槽，所述光源pcb板的一端设有与卡槽配合的凸条，所述光源pcb板的端部嵌入所述卡槽，对所述主pcb板中部支撑限位。
23.本发明作进一步改进，所述连接件为支撑柱，所述支撑柱下方为锁紧所述主电路板的销钉，所述支撑柱上表面开设有螺纹孔，所述上盖通过螺丝与若干个支撑柱固定连接，所述电源设置在所述主pcb板与上盖之间。
24.本发明作进一步改进，所述主电路板上设有光强校准电路，所述光强校准电路包括：
25.mcu电路：用于调节发光源的发光亮度；
26.稳压源电路：用于为整个发光源校准电路提供稳定的工作电源；
27.电流源电路：输入端分别与稳压源输出端和mcu电路输出端相连，为发光源提供稳定的电流，使其保持稳定的发光亮度，
28.其中，所述发光源为1个以上，所述稳压源电路和电流源电路分别为与发光源数量相同的1路以上，分别控制对应的发光源的发光亮度。
29.本发明还提供一种基于所述用于生物毒性检测仪的校准装置实现的校准方法，包括如下步骤：
30.s1：开启校准装置的电源，设置好发光亮度；
31.s2：放置一定时间至校准装置发光亮度趋于稳定；
32.s3：将设置好的校准装置的光源组件插入所述生物毒性检测仪需要校准的测量仓；
33.s4：生物毒性检测仪根据测量的一次或多次校准装置的平均值，获取采样值，并将校准装置输出的亮度值手动输入到生物毒性检测仪；
34.s5：重复步骤s3，直至所有的关键校准点都校准完；
35.s6：如果有其他量程范围内值需要校准，调整流经发光二极管的电流，进而调整所述发光二极管的发光亮度，重复步骤s2-s5进行新一轮校准，设定发光亮度全部校准完毕，校准完成。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果是：对发光二极管的光强进行一定倍数的衰减，通过外周衰光光学部件的衰减，可以低至测量装置的下限发光强度，此外，通过壳体中主板对发光二极管的光电流增加，可以提高光强度到被校准设备的上限光强的10倍，实现了对生物毒性检测仪量程范围内的校准；壳体的遮光以及壳体底部凸出部件的二次遮光，可以去除掉外界日光以及杂散光的光干扰，提高校准的准确度；
37.发光源电流的精细调节主要是通过单片机的adc模块在宽范围内精确的流经校准光源的电流，电流的变化引起灯光发光强度的变化，从而产生不同的校准光强度用来校准生物毒性检测仪。基准电流源和基准电压源提高电路中电流和电压的稳定性，减少光源中电流的波动，提高了校准光源的稳定性。电池使用中会产生能量泄放引起的电源波动，所以采用稳压源电路稳压，减少电源波动，确保校准装置的稳定性。
附图说明
38.为了更清楚地说明本技术或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明光源组件结构示意图；
40.图2为本发明校准装置结构示意图；
41.图3为本发明发光源校准电路结构框图；
42.图4为本发明一实施例mcu及电流源电路的电路原理图；
43.图5为本发明充电电路原理图；
44.图6为稳压源电路的第一稳压模块电路原理图；
45.图7为稳压源电路的升压模块电路原理图；
46.图8为稳压源电路第二稳压模块电路原理图；
47.图9为本发明校准方法流程图。
具体实施方式
48.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本技术的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
49.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
50.为了能够准确地校准生物毒性检测仪的测量参数，提高生物毒性检测仪的检测精度，消除检测仪设备的个体差异；能准确地校准多通道生物毒性检测仪达到一致性，本发明研发一种用于生物毒性检测仪的校准装置及校准方法能多通道同时，能快速，简易地进行校准的，同时可以验证检测仪器的动态响应速度，以及动态压力校准(即用测量实际状态的曲线去测量)。为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
51.如图1所示，本例用于生物毒性检测仪的校准装置包括能够深入所述生物毒性检测仪测量仓的光源组件，所述光源组件采用发光二极管111作为校准光源，所述光源组件还包括对发光二极管111发出的光源进行减光处理的光学组件，用于将所述发光二极管111发出的光线进行固定倍数的衰减，使本校准装置发出的光线降低至生物毒性检测仪测量发光强度的上下限范围内。
52.由于发光二极管、led灯珠等用于生物毒性检测仪等一般光源亮度太大，不适合直接用于光强校准的光强校准装置，因此，为了克服现有技术没有合适稳定的光源，本例用发光二极管作为光源，然后对发光二极管进行减光处理，使其达到检测的光强。
53.具体的，本例的光源模组由光源pcb板10直接供电，包括设置在所述光源pcb板10上的发光二极管111，所述发光二极管111上表面套设有透镜组件114，所述透镜组件114上设有减光组件112，用于减弱所述发光二极管发出的光线，还包括设置在透镜组件114上的柔光组件113，所述柔光组件113与所述减光组件112对应设置。
54.作为本发明的一个实施例，本例透镜组件114为套设在发光二极管111上的透镜桶，本例的减光组件为减光镜，本例的柔光组件为柔光镜，透镜桶、减光镜和柔光镜同轴设置，所述透镜桶的前方设有出光孔，侧壁设有一圈台阶1141，所述减光镜112的外圈粘贴在所述台阶1141上，所述柔光镜盖设在所述出光孔上，并设置在所述减光镜远离所述发光二极管111的上方。
55.通过设置固定倍数的光学镜片，能够对发光二极管的光强进行固定倍数的衰减，相比较于现有技术采用的吸光罩，本例采用光学镜片，精度非常高，通过外周衰光光学部件
的衰减，可以将发光二极管的发光强度调整低至测量装置的下限发光强度，此外，通过对发光二极管的光电流增加，可以提高光强度到被校准设备的上限光强的10倍，实现了对生物毒性检测仪量程范围内的校准。
56.本发明不需要配置不同倍数的减光镜，只需要一套设备即可兼容量程范围内不同量程的校准，而电流调整可以通过微调电位器或上位机调整即可，操作更加方便。并且，本例是在微调的基础上实现的无极调整，能够实现量程范围内各个亮度的精确校准，精度更高。
57.在整个测量过程中，也不会触碰到、更不需要更换光源组件的镜片，从而保证其发光的一致性。此外，相对现有的阳性发光棒校准，本例的发光二极管不会随着发光时间衰减，因此，其光源稳定，能够保证校准的一致性和准确性。
58.如图2所示，本发明用于生物毒性检测仪的校准装置还包括遮光帽、设置在所述遮光帽内的电源4和主电路板6，2个所述光源组件11并列设置在所述遮光帽下方，且所述光源组件11通过光源pcb板10与主电路板电性连接。遮光帽承载主体的电气部分，校准时，所述遮光帽能够起到遮光的效果，避免外接的光线对发光二极管111发出的光线进行干扰，影响测量的精度。
59.所述生物毒性检测仪具有多个测量仓，本发明能够同时对多个样本进行测试，本例的光源组件10的数量可以为1个，分别单独校准一个测量仓，也可以设置为2个或多个，同时校准多个测量仓，优选地，本例还包括设置在所述遮光帽下表面、与光源组件数量对应的、用于密封测量仓的凸台9，所述光源组件设置在所述凸台9正下方。所述凸台9不仅能够起到密封测量仓位的作用，还能进一步减少外界杂散光进入测量仓，对测量仓进行二次遮光，可以去除掉外界日光以及杂散光的光干扰，提高校准的准确度。为了简化，本例以设置两个光源模组为例进行说明。
60.如图2所示，本例的遮光帽包括外壳8、与外壳8固定连接的上盖2，所述外壳8的周边设有若干个对所述主pcb板6限位的限位台801，所述限位台801上设有安装孔，所述主pcb板6与所述安装孔对应位置设有通孔601，所述主pcb板6通过设置在所述通孔与安装孔上的连接件5固定在所述外壳8内。
61.优选的，本例连接件5为铜支撑柱，所述铜支撑柱下半部分502为锁紧所述主电路板的销钉，所述铜支撑柱上半部分501用于锁紧上盖2与主pcb板，所述铜支撑柱上表面开设有螺纹孔，所述上盖2通过螺丝1与4个铜支撑柱固定连接，所述电源4通过双面胶3粘贴在所述上盖2的背面，位于由所述铜支撑柱上半部分支撑的主pcb板6与上盖2之间的空腔中。
62.本例上盖通过螺丝1锁紧，下半部分通过销钉安装主pcb板与上盖的组合件，提高拆装效率，并且能够很方面的打开和关闭上盖。本例的壳体上也可以设置与主pcb板相连的电位器，用于对光源组件的亮度进行调整，还可以通过外接的控制器，通过主pcb板控制光源的光强。
63.优选地，本例还设置了主光源pcb板7，所述主光源pcb板7纵向设置在所述壳体8中部，所述主光源pcb板7的下方设有两个光源pcb板10，所述光源pcb板10的下部设置一光源组件11，所述光源pcb板10由所述凸台9的下表面伸出壳体8，,用来固定发光二极管，是发光二极管的固定载体。两个光源pcb板10印制有发光二极管的控制线路，表层涂敷三防漆，确保板条的电气性能和防尘防水防潮。本例还可以通过防水胶封装光源pcb板，同样能够起到
防水防潮效果。本例的光源pcb板10可以用电源线替代，下方连接光源组件，同样能够达到校准效果，所述电源线外围还可以设置一层硬胶固化防水，起到与光源pcb板10同样的载体效果。
64.本例的主光源pcb板7和下方的两根光源pcb板10一体设置为整个的光源pcb板，优选的，本例的主光源pcb板7顶面中部设有凸条701，而所述主pcb板6中部设有与凸条701配合的卡槽602，所述主光源pcb板7的上端凸条701嵌入所述卡槽602，对所述主pcb板6中部支撑限位。
65.与现有技术相比，本发明具有以下：
66.(1)校准装置的上方具有遮光帽，遮光帽和校准体一体化设计，校准时校准装置放入测量仓位置固定可靠，不会产生操作中的位置偏差；
67.(2)校准装置的下方装配校准用的光源，光源可以根据需要选择不同的波段，并且发光稳定，不会衰减，方便使用；
68.(3)该校准装置可以做成单体、两连体或者多连体，方便单个测量仓，两个测量仓位或者多个测量仓位的同时校准；
69.(4)校准装置的遮光帽部分构成一个密闭的壳体，内部放置校准电路板。遮光帽的底部凸出一个凸台，起到二次遮光的效果，有效去除掉外界日光以及杂散光的光干扰，提高校准的准确度。
70.如图3所示，本发明主pcb板6上设有发光源的光强校准电路，包括mcu、分别与mcu相连的蓝牙通信模组、微调电位器、稳压源电路和电流源电路，其中，所述mcu用于调节发光源的发光亮度。此处有两种调节方式，一种是通过微调电位器直接进行微调，另外一种是通过本例的蓝牙通信模组，与上位机相连，通过上位机无线调节。本例的蓝牙通信模组也可以用其他的通信模块替代，比如4g/5g通信模组、wifi无线通信模组、zigbee通信模组等等。
71.所述稳压源电路，与锂电池相连，用于为整个发光源校准电路提供稳定的工作电源；所述电流源电路：输入端分别与稳压源输出端和mcu电路输出端相连，为发光源提供稳定的电流，使其保持稳定的发光亮度，本例的发光源为2个，所述稳压源电路和电流源电路分别为2路，分别控制对应的发光源的发光亮度。
72.如图4所示，本例其中一路电流源电路包括电流源u2、基准电压源u4，其中，所述基准电压源u4的输出端与电流源u2的基准电压引脚1相连，电压源u2的引脚2、3短接，然后通过电阻r5与单片机的控制脚相连，引脚7输出稳定的电流给发光源。
73.本例的发光源电路，包括电阻r1、电容c2、c3、发光二极管d1，其中，所述发光二极管d1与电阻r1串接后，一端接电流源u2的引脚4，另一端接电源，所述电容c2、c3并联，一端接地，另一端接电源。
74.本例的mcu电路包括mcu单片机u1和与mcu单片机相连的微调电路，所述微调电路用于精确控制通过发光二极管的电流大小，所述mcu单片机u1的引脚10、11分别输出两路控制信号给两路电流源电路。引脚5、6接振荡器，为本例mcu单片机u1提供时钟信号。引脚34、37、38及引脚20、39、40分别接两个微调电位器，用于精准调节流经发光二极管的电流。
75.此部分电路为本发明主控核心以及灯管电流的精细调节部分，主要完成校准装置光强的调节以及和上位机的通讯校准。灯管电流的精细调节主要是通过mcu单片机u1的adc模块在宽范围内精确的流经校准光源的电流，然后通过adc1和adc2分别调节两个电流源流
经发光二极管d1和d2的电流。
76.电流的变化引起发光二极管d1和d2灯光发光强度的变化，从而产生不同的校准光强度。基准电流源和基准电压源提高电路中电流和电压的稳定性，减少光源中电流的波动，提高了校准光源的稳定性。校准光源采用了双路设计，也可以单路，或者更多路，根据需要校准的测量仓位的数量决定。若是更多路，就需要对等数量的校准源电路部分。除了对光源的精准控制外，校准装置的主控核心还继承有蓝牙模块，通过蓝牙模块，校准装置和校准app进行信息传输，获取校准过程设置的校准控制点信息，把校准点的信息转化为adc的配置信息，控制和驱动流过校准光源的电流大小。
77.如图5所示，本发明的电源模块还包括充电电路，所示充电电路的接口j3接可充电的锂电池，充电电路用来对校准装置的锂电进行充电，并且当外接电源时，通过外接电源为本例电路提供电源。
78.本例的充电电路包括充电芯片u6，及状态反馈单元、滤波单元，所述充电芯片u6内部设有温度检测电路，包括两个电源充电状态的反馈引脚6、7，所述状态反馈单元分别与两个反馈引脚6、7相连，所述充电芯片u6的引脚4、8分别与外部充电接口相连，引脚5通过滤波单元分别接电池接口j3，此外，还包括与电池接口j3相连的供电接口j2，所述供电接口j3输出为稳压源电路供电的第一供电电压vcc_l1。
79.本例的充电芯片u6可以采用市面上的充电芯片se9018，内设温度检测电路，能够实现温度自动补偿功能，并且，当温度超过阈值时，自动停止充电，有效保护电路的安全。
80.如图6-8所示，本例的稳压源电路包括分别与电池相连的多级稳压源电路，分别为不同的发光二极管的电流源电路提供稳压源。其中，集成电路u7为3.3v稳压电路，用于将第一供电电压vcc_l1转换为3.3v电压输出，给mcu单片机u1供电，集成电路u8为升压芯片，用于将第一供电电压vcc_l1升压为6v电压输出，然后再通过线性稳压芯片u9降压至发光二极管需要的电源。
81.本发明基于校准装置要独立的封闭于生物毒性检测仪的测量仓中，所以采用小型锂电池供电，使用时采用充电电路对锂电池充电，锂电池使用中会产生能量泄放引起的电源波动，所以采用6v升压、5.5v稳压以及3.3v稳压减少电源波动，确保校准装置的稳定性。
82.当需要校准时，通过微调电位器或手机等上位机通过蓝牙传输给校准装置校准命令，校准装置配置adc1和adc2输出信号，adc1和adc2的输出信号可以精细调节两个发光二极管的光电流，从而使得发光二极管发出不同亮度的光用来校准毒性仪。
83.如图9所示，本发明的校准方法为：
84.s1：开启校准装置的电源，设置好发光亮度；
85.s2：放置一定时间至校准装置发光亮度趋于稳定；
86.s3：将设置好的校准装置的光源组件插入所述生物毒性检测仪需要校准的测量仓；
87.s4：生物毒性检测仪根据测量的一次或多次校准装置的平均值，获取采样值，并将校准装置输出的亮度值手动输入到生物毒性检测仪；
88.s5：重复步骤s3，直至所有的关键校准点都校准完；
89.s6：如果有其他量程范围内值需要校准，通过手机app等调整流经发光二极管的电流，进而调整所述发光二极管的发光亮度，重复步骤s2-s5进行新一轮校准，设定发光亮度
全部校准完毕，校准完成。
90.作为本发明的一个实施例，在本例的校准方法中，步骤s2一般设置为放置一分钟，等待一分钟后，光源发光亮度趋于稳定。
91.步骤s3校准前，先开启待校准的生物毒性检测仪，然后插入校准装置，开启校准模式；将校准装置设置为需要校准的点，在生物毒性检测仪中点击校准。
92.步骤s4中，为了使校准结果更加可靠，所述生物毒性检测仪将每隔5秒测一次校准装置的值，然后通过多次测量的值求平均得到一个采样值，并将校准装置的输出的亮度值手动输入到生物毒性检测仪。
93.通过上述方案可知，本发明能够同时校准所述生物毒性检测仪上的多个测量仓，校准效率大大提高，并且，当有其他量程需要校准时，只需要调整发光二极管的电流，方便快捷，避免对校准装置的光源组件拆卸组装造成的误差，极大的保证了校正结果的一致性。
94.以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。