一種生物微弱光信號(hào)檢測電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種生物微弱光信號(hào)檢測電路，該電路包括光電倍增管、同相放大電路、RLC串聯(lián)諧振電路、甄別處理電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、分頻器以及微處理器，其中光電倍增管輸出的電信號(hào)經(jīng)過同相放大電路、RLC串聯(lián)諧振電路后被送入甄別處理電路，甄別處理電路通過D/A轉(zhuǎn)換電路與微處理器相連，甄別處理電路將處理后產(chǎn)生的方波送入分頻器，分頻器分頻后送入微處理器進(jìn)行計(jì)數(shù)。所述同相放大電路為電流反饋型運(yùn)算放大器。在光電倍增管的外圍還設(shè)置有用于屏蔽宇宙射線及磁場的屏蔽裝置。本實(shí)用新型能夠準(zhǔn)確快速測量生物發(fā)光所產(chǎn)生微弱光信號(hào)，具有分辨率高、響應(yīng)速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種生物微弱光信號(hào)檢測電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及生物發(fā)光檢測設(shè)備研究領(lǐng)域，特別涉及一種生物微弱光信號(hào)檢測電路。
【背景技術(shù)】
[0002]光子計(jì)數(shù)器是利用光電倍增管能檢測單個(gè)光子能力的功能，通過光子技術(shù)的方法測量極微弱光脈沖信號(hào)的裝備。當(dāng)可見光的輻射功率低于10_12w，即光子速率限制在109/S以下時(shí)，光電倍增管光電陰極發(fā)射出的光電子就不再是連續(xù)的。因此，在光電倍增管后面的輸出端會(huì)產(chǎn)生有光電子形式的離散的信號(hào)脈沖。測試?yán)秒娮佑?jì)數(shù)的方法檢測到入射的光子數(shù)，以實(shí)現(xiàn)極微弱光強(qiáng)或者通量的測量，可以達(dá)到單光子探測的能力。目前單光子探測技術(shù)在高分辨率的光譜測量、非破壞性物質(zhì)分析、高速現(xiàn)象檢測、精密分析、大氣測污、生物發(fā)光、放射探測、高能物理、天文測光、光時(shí)域反射(OTDR)、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)(QKO)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]隨著生物醫(yī)學(xué)、光纖通信以及環(huán)境輻射檢測技術(shù)的發(fā)展，對(duì)微弱光的檢測要求越來越高。目前國標(biāo)計(jì)量設(shè)備只能檢測到1.0X 10_5cd(光的單位)光強(qiáng)的光線，距離能檢測到1.0X10_14cd光強(qiáng)的要求相距甚遠(yuǎn)。近年來在科學(xué)檢測領(lǐng)域所使用的微弱光檢測均為模擬電流測試方法，此方法的缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)差，靈敏度低。因此如何將單光子探測技術(shù)應(yīng)用于微弱光強(qiáng)度測量成為一個(gè)具有研究意義的課題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種生物微弱光信號(hào)檢測電路，該電路能夠準(zhǔn)確快速測量生物發(fā)光所產(chǎn)生微弱光信號(hào)，具有分辨率高、響應(yīng)速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種生物微弱光信號(hào)檢測電路，包括光電倍增管、同相放大電路、RLC串聯(lián)諧振電路、甄別處理電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、分頻器以及微處理器，其中光電倍增管輸出的電信號(hào)經(jīng)過同相放大電路、RLC串聯(lián)諧振電路后被送入甄別處理電路，甄別處理電路通過D/A轉(zhuǎn)換電路與微處理器相連，微處理器向甄別處理電路發(fā)送預(yù)設(shè)門限值；甄別處理電路將處理后產(chǎn)生的方波送入分頻器，分頻器分頻后送入微處理器進(jìn)行計(jì)數(shù)。RLC串聯(lián)諧振電路對(duì)光電倍增管輸出信號(hào)進(jìn)行選頻和放大，并送入甄別處理電路。由于光電倍增管輸出有效信號(hào)頻率較高可達(dá)百兆赫茲，因此先對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分頻并送微處理器處理，可以更準(zhǔn)確。
[0006]具體的，所述RLC串聯(lián)諧振電路中，RLC串聯(lián)諧振電路固有頻率與光電倍增管輸出有效信號(hào)頻率相等。
[0007]優(yōu)選的，所述同相放大電路為電流反饋型運(yùn)算放大器。與現(xiàn)有技術(shù)中采用的電壓反饋型運(yùn)算放大器相比，電流反饋型運(yùn)算放大器的帶寬更寬，壓擺率更高，并且不存在電壓反饋型運(yùn)算放大器相關(guān)的增益帶寬限制。更適合光電倍增管做前級(jí)放大。[0008]優(yōu)選的，在光電倍增管的外圍設(shè)置有用于屏蔽宇宙射線及磁場的屏蔽裝置。
[0009]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0010]1、本實(shí)用新型通過采用光電倍增管實(shí)現(xiàn)了單光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)基本指標(biāo)，本底噪聲小于16個(gè)相對(duì)發(fā)光單位，靈敏度達(dá)到7.5fmol ATP。能滿足高速測量、微生物分析、極微量物質(zhì)檢測等多個(gè)領(lǐng)域使用。
[0011]2、本實(shí)用新型中采用了 RLC串聯(lián)諧振電路，能夠?qū)怆姳对龉茌敵鲂盘?hào)選頻放大。
[0012]3、本實(shí)用新型中用電流反饋型運(yùn)算放大器代替了原來的電壓反饋型運(yùn)算放大器，使得帶寬更寬，壓擺率更高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的電路原理示意圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型的電路圖；
[0015]圖3是本實(shí)用新型中D/A轉(zhuǎn)換電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】 [0016]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0017]實(shí)施例1
[0018]如圖1所不,本實(shí)施例一種生物微弱光信號(hào)檢測電路,包括光電倍增管、同相放大電路、RLC串聯(lián)諧振電路、甄別處理電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、分頻器以及微處理器。光電倍增管將采集到的生物微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸出到同相放大電路，本實(shí)施例中同相放大電路采用電流反饋型運(yùn)算放大器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的信號(hào)經(jīng)RLC串聯(lián)諧振電路發(fā)送到甄別處理電路。微處理器中設(shè)置一門限電壓，該門限電壓設(shè)為1.0V左右，在檢測過程中，通過D/A轉(zhuǎn)換電路發(fā)送到甄別處理電路，作為此電路的門限電壓。最后甄別處理電路將產(chǎn)生的方波送入分頻器，分頻器分頻后送入微處理器進(jìn)行計(jì)數(shù)。具體的電路圖如圖2所
[0019]本實(shí)施例中，在光電倍增管的外圍設(shè)置有用于屏蔽宇宙射線及磁場的屏蔽裝置。
[0020]具體的，如圖2所示，本實(shí)施例中同相放大電路中的U12采用EL5162運(yùn)算放大器，做前置放大。其帶寬為500MHZ輸出電壓變化率最高為2500伏/微秒。甄別處理電路中的Ull采用AD8611，作幅度鑒別器。其傳輸延遲為4納秒。電路中的U9采用MC74ACT160作分頻器。波形輸出到微處理器，這里的微處理器采用STM32F103VBT6單片機(jī)，其最高計(jì)數(shù)頻率為72MHZ。
[0021 ] 本實(shí)施例中，所述RLC串聯(lián)諧振電路如圖2中所示，設(shè)置在Ul2和Ul I之間，由C31、R52、L8依次串聯(lián)組成，電路中的阻抗為:
【權(quán)利要求】
1.一種生物微弱光信號(hào)檢測電路，其特征在于，包括光電倍增管、同相放大電路、RLC串聯(lián)諧振電路、甄別處理電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、分頻器以及微處理器，其中光電倍增管輸出的電信號(hào)經(jīng)過同相放大電路、RLC串聯(lián)諧振電路后被送入甄別處理電路，甄別處理電路通過D/A轉(zhuǎn)換電路與微處理器相連，微處理器向甄別處理電路發(fā)送預(yù)設(shè)門限值；甄別處理電路將處理后產(chǎn)生的方波送入分頻器，分頻器分頻后送入微處理器進(jìn)行計(jì)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物微弱光信號(hào)檢測電路，其特征在于，所述RLC串聯(lián)諧振電路中，RLC串聯(lián)諧振電路固有頻率與光電倍增管輸出有效信號(hào)頻率相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物微弱光信號(hào)檢測電路，其特征在于，所述同相放大電路為電流反饋型運(yùn)算放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物微弱光信號(hào)檢測電路，其特征在于，在光電倍增管的外圍設(shè)置有用于屏蔽宇宙射線及磁場的屏蔽裝置。
【文檔編號(hào)】G01N21/76GK203720091SQ201420084980
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】羅文波 申請(qǐng)人:廣州博鷺騰儀器儀表有限公司