[发明专利]一种荧光寿命型光纤氧传感器

说明书

本发明提供了一种荧光寿命型光纤氧传感器，包括光学系统、温度测量系统、信号处理系统及控制系统；光学系统包括石英多模光纤耦合结构、光学挡板、直插LED和光纤耦合LED；信号处理系统包括硅光电二极管和模拟信号处理模块；MCU控制模块通过正弦调制模块分别向直插LED参考光源、光纤耦合LED激发光源发送脉冲信号，使其产生同频率的正弦波；光学系统用于直插LED参考光源和光纤耦合LED激发光源的收集并交其传送给硅光电二极管；硅光电二极管采集到的荧光及参考光信号经模拟信号处理模块放大，传输到MCU控制模块进行数/模转换后，用于氧气浓度计算。本发明采用上述技术方案，具有以下优点：可有效避免光强型氧传感器所存在的易受光纤弯折、漂白等因素干扰问题。

技术领域

本发明属于氧气检测技术领域，具体涉及一种荧光寿命型光纤氧传感器。

背景技术

氧气是生化反应中一种重要的反应物或产物，也是生命活动中不可或缺的关键物质。因此，准确地测量氧气含量对研究反应机理、提升反应效率、保障生命健康安全都至关重要。基于荧光猝灭原理的光学氧传感器因具有无需测试试剂、不消耗氧、抗干扰性强等特点在生化反应、水质检测等诸多领域已得到广泛应用。然而传统的光学氧传感器因其体积大难以实现微量溶液中氧气的测定。随着微流控等技术的发展，实现微量溶液中氧气的快速准确检测已成为提升其性能关键制约因素之一，因此，发展新型适用于微量溶液原位检测技术势在必行。

光纤作为一种良好的光传输及收集介质，为微量溶液中氧气的原位传感分析提供了可能。因此，基于光纤结构的氧传感器的研制已成为氧气检测技术领域的重点和热点。但是，目前光纤氧传感器主要是利用荧光光强作为氧气定量检测手段，而荧光光强易受光纤弯折、漂白、漂移等因素的影响，难以实现氧气的高稳定检测。发展基于荧光寿命传感原理得氧传感器可有效克服这些不足，具有灵敏度高、不受荧光光强变化的影响等显著优势。因此，本发明集成光纤传感和荧光寿命传感的优势，发展一种具有高信噪比及稳定性的新型全光纤氧传感器，可为微流控等领域的微量溶液中氧气高灵敏、高稳定性原位检测提供新的技术手段，具有显著的科学意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的是研制一种适用于微量溶液检测的荧光寿命型光纤氧传感器。

本发明的技术方案是：一种荧光寿命型光纤氧传感器，光纤氧传感器包括光学系统、温度测量系统、信号处理系统及控制系统；

光学系统包括石英多模光纤耦合结构、光学挡板、直插LED和光纤耦合LED；

温度测量系统包括NTC热敏电阻；

信号处理系统包括硅光电二极管和模拟信号处理模块；

控制系统包括RS485通讯接口、MCU控制模块和正弦调制模块；

MCU控制模块通过正弦调制模块分别向直插LED参考光源、光纤耦合LED激发光源发送脉冲信号，使其产生同频率的正弦波；

光学系统用于直插LED参考光源和光纤耦合LED激发光源的收集并交其传送给硅光电二极管；硅光电二极管采集到的荧光及参考光信号经模拟信号处理模块放大，传输到MCU控制模块进行数/模转换后，用于氧气浓度计算。

进一步地，上述多模光纤耦合结构的光发射端和接收端分别与光纤耦合LED、光学挡板通过SMA905接口连接；多模光纤耦合结构的探测端粘贴氧敏感荧光膜，作为微型光纤探针。

进一步地，上述光学挡板为直径25mm的铝制圆盘，圆盘中心一体化加工SMA905接口；

进一步地，上述直插LED的中心波长为650nm;

进一步地，上述光纤耦合LED的中心波长为505nm。

进一步地，上述硅光电二极管为单色色彩传感器，光谱响应范围为600~700nm。

进一步地，上述NTC热敏电阻的阻值为10k，B值为3950。

进一步地，上述正弦调制模块的调制频率为5K。