生物超弱发光采集系统及控制电路设计

2011-06-18 11:25:43来源: 互联网

O 引言
    生物超弱发光是生物在生命活动过程中,辐射出的一种极其微弱的光子流,分为自发发光和延迟发光。现在已经证明,它与生理代谢、光合作用和细胞分裂等等许多生命过程有关,并且对环境极为敏感。由于生物超弱发光蕴涵着丰富的生命信息,对其探测、分析与解读是近十几年来许多领域共同关心的课题。目前,已有不少研究,展示出其在揭示生命运转机理以及农业、环境保护、医疗、食品卫生等许多领域的应用潜力。由于生物超弱发光的强度较弱,且延迟发光衰减很快,其采集涉及到外来激发光的精确控制和微弱自体发光的实时测量,至今未见成熟的专用仪器,给研究带来困难。鉴于此,本文开发了一类利用LED激发的生物超弱发光采集系统,将LED激发光源、电子快门和光探测器整合在一起,通过单片机精确控制激发光源的光照时间与电子快门的开启时间,使超弱发光尤其是延迟发光重复性测量的精度大大提高。

1 系统总体设计
    该系统测量生物超弱发光的时域信息,采用单光子计数探测系统。主要包括激发光源、光源驱动电路、快门控制模块、光探测器、数据采集与处理模块、温度控制模块、暗室和计算机。系统总体结构如图1所示。

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    样品放在暗室中测量,隔绝外界光线影响。单只大功率超高亮度LED发出的光经过透镜变换为平行光后,均匀照射到样品上,中控模块的单片机精确控制光强和辐照时间,温度控制器保持样品处于恒温状态,快门驱动模块按照预设程序控制电子快门的开闭,PMT进行生物发光的采集。

2 系统硬件设计
2.1 主控制电路
    主控电路负责整个系统的正常运行,进行光照时间、光照强度和快门开闭的控制,结构框图如图2所示。主要包括微处理器、压控电流源、光照时间控制、快门开关控制、LCD显示、键盘接口和温度控制模块。

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2.2 激发光源及其驱动电路
    生物体的自发发光强度较稳定,而延迟发光随时间衰减很快,若将样品用激发光源在暗室外照射后再拿进暗室测量,光照结束时间和测量开始时间的间隔很难控制,对实验人员的技能要求较高。如果采用光源内置的方法,就能很好地解决这个问题。
    系统采用单只大功率发光二极管(LED)作为激发光源,通过透镜变换为平行光,保证样品受光面的光强均匀分布。激发光源采用蓝色LED,中心波长为467nm,带宽为20nm,可以满足一般实验要求。也可以根据实验的要求,将蓝色LED更换为红色、绿色和紫色等颜色的LED。
    对LED光强的控制通过改变注入LED的电流大小来实现。为了保证实验的精度,要保证LED驱动电流的恒流性,还要使得电路的电流大小可调,实现光源亮度的调节。因此,系统选用精密数控大功率电流源电路作为LED的驱动电路。电路的原理图如图3所示。

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    驱动电路主要由微处理器、液晶显示与键盘输入、数/模转换与模/数转换、压控恒流源、差动放大电路等子模块组成。

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关键字:生物超弱发光  检测  电子快门  压控恒流源

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0618/article_2741.html
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