[发明专利]一种基于光声成像的快速氧分压检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于光声成像的快速氧分压检测系统，其特征在于，包括：激光发生系统、光路系统、光声信号采集系统和交互控制系统；所述激光发生系统包括两个激光发生器，分别由交互控制系统控制产生激发激光脉冲和探测激光脉冲，激发激光和探测激光均通过所述光路系统照射到氧含量待测样品上；所述光声信号检测系统采集并检测氧含量待测样品的光声信号并输出给交互控制系统；所述交互控制系统根据接收到的光声信号，基于磷光寿命与氧含量之间关系的先验知识计算氧含量待测样品的氧气浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于光声成像的快速氧分压检测系统，其特征在于，还包括协调激励系统，所述交互控制系统经由协调激励系统控制激光发生系统产生激光脉冲的时间延迟；所述协调激励系统包括FPGA、两个分光镜和两个激光能量检测器；所述两个分光镜分别设置于两个激光发生器的输出光路上，且每个分光镜将激光发生器的部分激光照射到对应的一个激光能量检测器；所述激光能量检测器从FPGA接收触发检测信号，并检测激光发生器输出激光的能量并反馈给交互控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于光声成像的快速氧分压检测系统，其特征在于，产生激发激光脉冲的激光发生器的输出波长为532nm，产生探测激光脉冲的激光发生器的输出波长为740nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于光声成像的快速氧分压检测系统，其特征在于，所述光路系统包括激发激光光路和探测激光光路，激发激光光路和探测激光光路均包括：聚焦镜、光纤，所述聚焦镜将激光发生器输出的激光聚焦到光纤，由光纤将聚焦的激光传输并照射到氧含量待测样品上。

5.根据权利要求1所述的一种基于光声成像的快速氧分压检测系统，其特征在于，所述光声信号采集系统包括高频超声阵列换能器、信号放大器和多通道数据采集卡；所述高频超声阵列换能器接收氧含量待测样品产生的光声信号，所述信号放大器对高频超声阵列换能量接收的光声信号进行放大处理，所述多通道数据采集卡对放大的光声信号进行采集并发送给交互控制系统。

6.根据权利要求5所述的一种基于光声成像的快速氧分压检测系统，其特征在于，所述光声信号采集系统还包括数字示波器，用于对放大的光声信号进行显示。

7.一种快速氧分压检测方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的基于光声成像的快速氧分压检测系统，包括以下步骤：

交互控制系统控制激光发生系统重复产生激发激光脉冲和探测激光脉冲，每次产生的探测激光脉冲相对于激发激光脉冲的时间延迟，分布在-100到400us的时间延迟区间内；

交互控制系统记录每个时间延迟对应的光声信号；

交互控制系统控制激光发生系统仅产生探测激光脉冲，将对应的光声信号作为参考信号并记录；

交互控制系统将每个时间延迟对应的光声信号减去参考信号，得到氧含量待测样品在每个时间延迟的瞬态吸收对光声信号的贡献值；

以时间延迟为横坐标、氧含量待测样品的瞬态吸收对光声信号的贡献值为纵坐标，根据氧含量待测样品在每个时间延迟的瞬态吸收对光声信号的贡献值建立磷光衰减曲线，并根据磷光衰减曲线确定氧含量待测样品的磷光寿命；

基于磷光寿命与氧含量之间关系的先验知识，计算氧含量待测样品的氧气浓度。

8.根据权利要求7所述的一种快速氧分压检测方法，其特征在于，所有时间延迟平均分布在-100到400us的时间延迟区间内。

9.根据权利要求7所述的一种快速氧分压检测方法，其特征在于，使用两个激光能量检测分别检测两个激光发生器输出的激光能量，并输出给交互控制系统，由交互控制系统根据激光发生器输出的激光能量对光声信号进行补偿。