[發明專利]一種便攜式生物氣溶膠檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202011207360.0
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112414982A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 張飛;金尚忠;趙天琦;李伊凡
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種便攜式生物氣溶膠檢測裝置與方法，該裝置采用了雙光源激發技術、基于窄帶濾光片陣列的分光系統和基于硅光電倍增器(SiPM)的光電探測系統，解決了現有熒光光譜檢測系統中存在的精確度不夠、信噪比較差以及穩定性不足等問題，還具備結構簡單、成本較低等優點，有效確保了該系統的便捷性、可靠性和普適性。

技術領域

本發明涉及光電領域，尤其涉及一種便攜式生物氣溶膠檢測裝置及方法。

背景技術

近年來，由于公眾對環境大氣質量的關注，大氣氣溶膠，尤其是大氣生物氣溶膠的探測技術已經成為當今熱點研究領域之一。大氣氣溶膠是均勻分散于大氣中的固體微粒和液體微粒所構成的穩定混合體系，其中的微粒統稱為氣溶膠粒子，其顆粒的粒徑介于0.01-10um之間。其中，有生命活性的生物物種或粒子統稱為生物氣溶膠顆粒，包括諸如病毒、細菌、真菌、花粉、孢子等微生物。如果氣溶膠的濃度過高，將對人類健康造成威脅。尤其空氣中的生物氣溶膠可引發人類的急性疾病以及動植物疾病。因此，研究和開發能夠實時、靈敏地監測空氣中氣溶膠濃度的生物氣溶膠探測技術，具有重要的學術意義與應用價值。目前，世界各國十分重視實時大氣生物氣溶膠探測技術與儀器的研究。現代生物氣溶膠檢測方法越來越多地引入了光學手段?；诠鈱W測量的生物氣溶膠檢測技術具有快速、無損、靈敏等優點。生物氣溶膠粒子的形狀、尺寸與本征熒光值是區分生物氣溶膠與非生物氣溶膠的主要依據。目前絕大多數的生物氣溶膠檢測系統均采用單色儀作為分光儀器，導致熒光信號衰減嚴重，限制了系統的信噪比；大部分生物氣溶膠檢測系統采用光電倍增管(PMT)作為光電檢測器件，具有工作偏壓高、易碎、成本較高等缺點，限制了系統的便攜性和可靠性；很多氣溶膠檢測系統采用單光源激發，限制了氣溶膠粒子的檢測類型。一些氣溶膠，如牛血清蛋白、油煙尾氣等，在某些單一紫外激發條件下也會產生與生物氣溶膠相似的的熒光，從而導致誤判和虛警。所以有必要對現有的生物氣溶膠檢測系統的性能進行改善。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種新的光譜檢測裝置及方法，該裝置和方法可以較大幅度地提高光譜檢測系統的精確度和光譜靈敏度。

根據本發明的目的提出的一種便攜式生物氣溶膠檢測裝置，該裝置為一暗箱結構，包括內外兩部分，裝置外設有電源開關按鈕，裝置內包括光源及光路模塊，待測樣品，光電檢測模塊，數據采集模塊，控制模塊，顯示模塊；其中光電檢測模塊包括分光系統和SiPM單光子探測器陣列，分光系統用于將所述待測樣品發出的熒光信號分為多個不同波長的光束，其中所述分光系統由截止濾光片、窄帶濾光片陣列構成，與所述分光系統相耦合的是SiPM單光子探測器陣列。

優選的，一種便攜式生物氣溶膠檢測裝置，所述光源及光路模塊包含兩個波段的激發光源、第一透鏡、第二透鏡、平面鏡、反光鏡、遮光板、光阱，所述激發光源的發光模式可由控制模塊控制；所述激發光源與所述平面鏡分別位于第一透鏡的兩側，所述激發光源發出的光被第一透鏡收集和準直，收集和準直后的光入射到平面鏡上，所述平面鏡通過反射來控制光線行進方向，然后將光束發射到待測樣品上；所述反光鏡與所述第二透鏡分別位于待測樣品的兩側，所述待測樣品發出的熒光，一部分直接被第二透鏡收集和聚焦，另一部分經反光鏡反射被第二透鏡收集和聚焦，收集和聚焦后的光被探測器接收；所述遮光板用于將激發光和熒光隔離開；所述光阱用于吸收激發光。

優選的，一種便攜式生物氣溶膠檢測裝置，所述截止濾光片用于過濾掉特定波段的激發光和雜散光；所述窄帶濾光片陣列由多個不同波段的窄帶濾光片組成，每個窄帶濾光片允許特定波段的光通過，窄帶濾光片陣列用于將不同波段的熒光信號輸出于不同的空間位置被不同的SiPM單光子探測器探測。

優選的，一種便攜式生物氣溶膠檢測裝置，所述SiPM單光子探測器陣列用于不同波長熒光信號的探測，具有單光子靈敏度、工作偏壓低、結構堅固、抗干擾能力強、成本低廉以及易于集成等優點。

優選的，一種便攜式生物氣溶膠檢測裝置，所述數據采集模塊包括前置放大器，A/D轉換電路，數據存儲電路等。