一種實(shí)時微生物粒子計數(shù)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，包括光路、與光路相交的氣路、與光路連接的信號處理系統(tǒng)，光路包括用于照射被測粒子的照明光路和沿照明光路前進(jìn)方向上設(shè)置的收集光路，收集光路還包括用于分離光路并對分離光路分開探測的轉(zhuǎn)像系統(tǒng)；氣路用于采樣被測粒子；信號處理系統(tǒng)，用于分析和處理信號，包括熒光前置放大器和散射光前置放大器。本發(fā)明以激光誘導(dǎo)熒光檢測為原理，實(shí)時監(jiān)測空氣中微生物粒子的濃度。通過檢測單個粒子在激發(fā)光照射下發(fā)出的散射光和熒光強(qiáng)度判斷被測粒子的粒徑大小和生物屬性，并對采樣氣流中的粒子進(jìn)行計數(shù)，實(shí)現(xiàn)浮游菌微生物濃度的自動化檢測，操作簡便，檢測實(shí)時性強(qiáng)、靈敏度高、準(zhǔn)確度高。
【專利說明】一種實(shí)時微生物粒子計數(shù)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于懸浮微生物檢測領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)時微生物粒子計數(shù)器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳染性病菌或病毒等微生物都是以氣溶膠粒子狀態(tài)存在于大氣中，當(dāng)大氣中傳染性病菌或病毒的濃度超過某一閾值時，將對人類和動植物的健康造成威脅。與此同時，由于微生物能產(chǎn)生各種休眠體，可在空氣中長時間存活，并借助空氣介質(zhì)擴(kuò)散和傳輸，從而導(dǎo)致各種傳染病的爆發(fā)與蔓延，造成嚴(yán)重危害。所以急需能夠?qū)崟r檢測周圍環(huán)境中微生物粒子的技術(shù)與設(shè)備。
[0003]微生物粒子含有多種有機(jī)分子，其中主要的熒光物質(zhì)為色氨酸、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、核黃素以及吡啶二羧酸(DPA)等。生物體的這些代謝物在紫外光或藍(lán)紫光照射下會發(fā)出本征熒光，其中，色氨酸有三個吸收峰，分別為220nm、280nm和288nm ;煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)有兩個吸收峰，分別為260mn和340nm ;核黃素有三個吸收峰，分別為240nm、370nm和450nm ;吡啶二羧酸(DPA)主要存在于細(xì)菌芽孢內(nèi)壁，吸收波段約為320?420nm，吸收峰值約為400nm。不同的微生物粒子所含的成分往往不同，如細(xì)菌、真菌、孢子中往往含有上述各種有機(jī)分子，而病毒、毒素中一般僅含有氨基酸成分。所以，不同的微生物粒子呈現(xiàn)不同的光吸收與發(fā)光特性。
[0004]空氣中微生物粒子的檢測不僅廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)潔凈室、醫(yī)院潔凈手術(shù)部、生物制品潔凈室等室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量的評價，而且在軍事與反恐領(lǐng)域可有效地用于生物武器預(yù)警。
[0005]現(xiàn)有的微生物檢測方法主要是浮游菌采樣培養(yǎng)法:通過浮游菌采樣器收集懸浮在空氣中的活性微生物粒子于培養(yǎng)皿的培養(yǎng)基上，在適宜的條件下讓其繁殖到可見的菌落進(jìn)行計數(shù)，以培養(yǎng)皿中的菌落數(shù)來判定潔凈環(huán)境內(nèi)的活微生物數(shù)，并以此來評定潔凈室(或潔凈區(qū))的生物粒子潔凈度。
[0006]上述現(xiàn)有方法存在如下缺點(diǎn):
[0007](I)測試步驟復(fù)雜，流程繁瑣。
[0008]每次測試均要經(jīng)過消毒、采樣、培養(yǎng)、計數(shù)等步驟，測試過程中都需要人員操作。測試前，需要具備浮游菌采樣器、培養(yǎng)皿、培養(yǎng)基、恒溫培養(yǎng)箱、高壓蒸汽滅菌器、放大鏡等多種設(shè)備與器材。
[0009](2)檢測周期長，不具有實(shí)時性。
[0010]浮游菌采樣培養(yǎng)法一般需要幾天時間才能得到檢測結(jié)果，檢測周期較長，不具有實(shí)時性。因此該方法無法應(yīng)用于對實(shí)時性要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，如生物武器預(yù)警。
[0011]⑶漏報率較高。
[0012]浮游菌采樣培養(yǎng)法通過對微生物進(jìn)行培養(yǎng)后進(jìn)行計數(shù)，但不同的微生物生長周期也并不相同，因此難以保證對所有微生物的數(shù)量進(jìn)行完全統(tǒng)計。在培養(yǎng)時間內(nèi)，有些微生物可能尚未繁殖到可計數(shù)程度，有些微生物則可能已經(jīng)死亡。另外，空氣中存在大量的不可培養(yǎng)微生物，它們無法在培養(yǎng)基上形成菌落，也無法通過浮游菌采樣培養(yǎng)法進(jìn)行計數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明目的:本發(fā)明提供了一種實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，能實(shí)時監(jiān)測空氣中微生物粒子的濃度。
[0014]技術(shù)方案:一種實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，包括光路、與光路相交的氣路、與光路連接的信號處理系統(tǒng):
[0015]光路，包括用于照射被測粒子的照明光路和沿照明光路前進(jìn)方向上設(shè)置的收集光路，收集光路還包括用于分離光路并對分離光路分開探測的轉(zhuǎn)像系統(tǒng)；
[0016]氣路，用于采樣被測粒子；
[0017]信號處理系統(tǒng)，用于分析和處理信號，包括熒光前置放大器(31)和散射光前置放大器(36) ο
[0018]其中氣路為采樣氣路，含有進(jìn)氣嘴、出氣嘴及真空氣泵。進(jìn)氣嘴與出氣嘴分別位于照明光路的光照射區(qū)域的兩側(cè)。在真空氣泵的驅(qū)動下，被采樣氣體從進(jìn)氣嘴進(jìn)入，氣體中的粒子以一定的速度逐個通過光照射區(qū)域，之后由出氣嘴排出。
[0019]所述照明光路與轉(zhuǎn)像系統(tǒng)之間還依次設(shè)有曲面鏡、第一光陷阱、非球面透鏡，曲面鏡的焦點(diǎn)位于所述光路和氣路交匯形成的光敏感區(qū)。
[0020]所述曲面鏡為拋物面集光鏡，所述拋物面集光鏡的焦點(diǎn)位于光敏感區(qū)的中心。
[0021]所述轉(zhuǎn)像系統(tǒng)包括沿收集光路前進(jìn)方向上依次設(shè)置的準(zhǔn)直鏡、分色鏡和熒光收集光路，分色鏡反射方向的下方設(shè)有散射光收集光路。
[0022]所述轉(zhuǎn)像系統(tǒng)還包括用于吸收多余散射光的第二光陷阱，第二光陷阱設(shè)置在分色鏡反射方向的上方，與散射光收集光路相對。
[0023]所述分色鏡的入射角度為30°?60°。
[0024]所述熒光收集光路包括沿收集光路前進(jìn)方向上依次設(shè)置的熒光濾光片、熒光聚焦鏡、熒光光闌和熒光探測器，熒光光闌位于熒光聚焦鏡的焦面處，熒光探測器與熒光前置放大器相連。
[0025]所述散射光收集光路包括沿分色鏡反射方向向下依次設(shè)置的散射光聚焦鏡、散射光光闌以及散射光探測器，散射光光闌位于散射光聚焦鏡的焦面處，散射光探測器與散射光前置放大器相連。
[0026]在轉(zhuǎn)像系統(tǒng)之前，散射光光路和熒光光路是共光路的，通過設(shè)置在轉(zhuǎn)像系統(tǒng)中的分色鏡后，散射光和熒光被分開，散射光反射轉(zhuǎn)折后，經(jīng)散射光聚焦鏡會聚于散射光探測器的光敏面上，而熒光則直接透過分色鏡和熒光濾光片后再經(jīng)熒光聚焦鏡會聚于熒光探測器的探測面上。
[0027]所述轉(zhuǎn)像系統(tǒng)還包括第一光闌，第一光闌位于所述準(zhǔn)直鏡和非球面透鏡的共焦面處。
[0028]所述信號處理系統(tǒng)還包括順次連接的轉(zhuǎn)換模塊、處理器、緩存器以及上位機(jī)，轉(zhuǎn)換模塊的輸入端分別與熒光前置放大器的輸出端和散射光前置放大器的輸出端相連。信號處理系統(tǒng)用于分析和處理散射光探測器和熒光探測器輸出的原始脈沖信號。散射光探測器和熒光探測器輸出的原始脈沖信號均為微弱電流信號，分別經(jīng)過散射光前置放大器和熒光前置放大器處理后均成為模擬電壓信號，然后同時進(jìn)入轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號被送入處理器提取脈沖峰值，脈沖幅值經(jīng)過緩存器后傳送到上位機(jī)，上位機(jī)對脈沖幅值進(jìn)行分析與處理，最終計算出各個粒徑段內(nèi)的粒子的數(shù)量以及生物粒子的數(shù)量。
[0029]所述照明光路包括依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光器、照明準(zhǔn)直鏡和柱面鏡，所述光敏感區(qū)為柱面鏡聚焦的光照區(qū)域與氣路的相交區(qū)域，所述氣路垂直于柱面鏡的焦線與照明光路的光軸所組成的平面。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過照明準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后，被柱面鏡一維聚焦成細(xì)長光斑，用于照射被測粒子。柱面鏡的焦點(diǎn)處形成的光照射區(qū)域與采樣氣流的相交區(qū)域稱為光敏感區(qū)，照明光路的光軸與柱面鏡焦線的交點(diǎn)即為光敏感區(qū)的中心。照明光路的光軸、拋物面集光鏡的中心軸線及熒光光路的光軸三者共線，拋物面集光鏡的焦點(diǎn)與光敏感區(qū)的中心重合，反射轉(zhuǎn)折后的散射光光路的光軸與熒光光路的光軸垂直。采樣氣流的中心軸線經(jīng)過光敏感區(qū)的中心。
[0030]所述半導(dǎo)體激光器為波長為350nm?410nm的激光二極管?？捎行Ъぐl(fā)含有煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、核黃素或吡啶二羧酸(DPA)等熒光物質(zhì)的細(xì)菌、真菌、芽孢等絕大部分生物體產(chǎn)生熒光。
[0031]工作原理:半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光束，經(jīng)照明準(zhǔn)直鏡后在垂直于照明光路光軸的方向上形成橫截面為矩形的激光束，該激光束的長邊與采樣氣流中心軸線相同，接著沿矩形光束的長邊方向被柱面鏡一維聚焦至光敏感區(qū)，穿過光敏感區(qū)的激光束進(jìn)入第一光陷阱并被吸收。在氣泵的驅(qū)動下，待測粒子隨采樣氣流進(jìn)入進(jìn)氣嘴，經(jīng)過光敏感區(qū)后從出氣嘴排出。每個待測粒子在經(jīng)過光敏感區(qū)的時候，會產(chǎn)生強(qiáng)度與其粒徑大小成一定比例的散射光信號，如果是生物粒子，與此同時還會產(chǎn)生一定強(qiáng)度的熒光信號。待測粒子被激光束照射的時候剛好位于拋物面集光鏡的焦點(diǎn)附近，因此，其發(fā)出的散射光和熒光經(jīng)過拋物面集光鏡反射后平行于照明光路的光軸方向射出，然后依次經(jīng)非球面透鏡聚焦和準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后到達(dá)分色鏡。分色鏡對散射光高反且對熒光高透，因此散射光經(jīng)分色鏡后被反射，然后經(jīng)散射光聚焦鏡聚焦于散射光光闌，穿過散射光光闌后投射到散射光探測器上。突光經(jīng)分色鏡后直接透過熒光濾光片后被熒光聚焦鏡會聚于熒光光闌，最終到達(dá)熒光探測器上，第二光陷阱用于吸收多余的散射光。散射光探測器將信號傳輸?shù)缴⑸涔馇爸梅糯笃魃希玫脚c散射光強(qiáng)度成一定比例的模擬電壓脈沖信號；熒光探測器將信號傳輸?shù)綗晒馇爸梅糯笃魃希玫脚c熒光強(qiáng)度成一定比例的模擬電壓脈沖信號。轉(zhuǎn)換模塊至少含有兩路轉(zhuǎn)換通道，可同時將所述的兩路模擬電壓脈沖信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號被送入處理器提取脈沖幅值，脈沖幅值經(jīng)過緩存器后傳送到上位機(jī)，由此，上位機(jī)同時獲得被測粒子的散射光和熒光強(qiáng)度信息。上位機(jī)根據(jù)被測粒子的散射光強(qiáng)度信息排除偽生物粒子的干擾，然后計算出不同粒徑區(qū)間內(nèi)的粒子濃度和生物粒子濃度值。
[0032]有益效果:本發(fā)明通過檢測單個粒子在激發(fā)光照射下發(fā)出的散射光和熒光強(qiáng)度判斷被測粒子的粒徑大小和生物屬性，并對采樣氣流中的粒子進(jìn)行計數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0033](I)可實(shí)現(xiàn)浮游菌微生物濃度的自動化檢測，操作簡便。
[0034]每次使用前，對儀器外殼進(jìn)行嚴(yán)格消毒之后，開啟儀器后即可進(jìn)行微生物濃度檢測，檢測完成后可通過儀器的上位機(jī)獲取檢測結(jié)果。本發(fā)明屬于自動檢測儀器，對操作人員的技能要求低。另外，本發(fā)明無需采用采樣濾膜、培養(yǎng)基等耗材，因此操作步驟更為簡便。[0035](2)檢測靈敏度高，實(shí)時性強(qiáng)。
[0036]采樣培養(yǎng)法一般需要幾天時間才能得到檢測結(jié)果，而本發(fā)明開啟后即可進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時檢測，檢測周期短，實(shí)時性好。本發(fā)明可探測到單個生物粒子，空氣中的微生物粒子即使?jié)舛群艿蜁r，仍然可以被檢測到，因此本發(fā)明的檢測靈敏度高。
[0037](3)檢測準(zhǔn)確度高。
[0038]本發(fā)明是以激光誘導(dǎo)熒光檢測為原理，能檢測到包括不可培養(yǎng)的微生物在內(nèi)的幾乎所有微生物粒子。另外，本發(fā)明可根據(jù)被測粒子的散射光信息排除偽生物粒子的干擾，從而有效降低誤報率。因此，本發(fā)明檢測準(zhǔn)確度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明中照明光路與收集光路的示意圖；
[0040]圖2為本發(fā)明中氣路與照明光路的示意圖；
[0041]圖3為本發(fā)明中信號處理系統(tǒng)的示意圖；
[0042]圖4為空氣中不同種類粒子的粒徑覆蓋范圍；
[0043]圖5為本發(fā)明的收集光路中熒光濾光片的透過率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]一種實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，包括光路、氣路以及信號處理系統(tǒng)，光路包括照明光路、收集光路，氣路為采樣氣路。
[0045]如圖1所示，照明光路包括半導(dǎo)體激光器101、照明準(zhǔn)直鏡102、柱面鏡103，半導(dǎo)體激光器101發(fā)出的激光束經(jīng)過照明準(zhǔn)直鏡102準(zhǔn)直后，被柱面鏡103 —維聚焦成細(xì)長光斑。柱面鏡103的焦點(diǎn)處形成的光照射區(qū)域與氣路的采樣氣流的相交區(qū)域形成光敏感區(qū)118，照明光路的光軸與柱面鏡焦線的交點(diǎn)即為光敏感區(qū)118的中心。
[0046]收集光路包括沿照明光路前進(jìn)方向上依次設(shè)置的曲面鏡、第一光陷阱105、非球面透鏡106和轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，曲面鏡為拋物面集光鏡104。轉(zhuǎn)像系統(tǒng)包括準(zhǔn)直鏡108、分色鏡109、第二光陷阱110、熒光濾光片111、熒光聚焦鏡112、熒光光闌113、熒光探測器114、散射光聚焦鏡115、散射光光闌116以及散射光探測器117。熒光濾光片111、熒光聚焦鏡112、熒光光闌113、熒光探測器114構(gòu)成熒光收集光路；散射光聚焦鏡115、散射光光闌116以及散射光探測器117構(gòu)成散射光收集光路。分色鏡109為45°分色鏡。在轉(zhuǎn)像系統(tǒng)之前，散射光光路和熒光光路是共光路的，通過設(shè)置在轉(zhuǎn)像系統(tǒng)中的45°分色鏡后，散射光和熒光被分開，散射光反射轉(zhuǎn)折90°后，經(jīng)散射光聚焦鏡115會聚于散射光探測器117的光敏面上，而熒光則直接透過分色鏡109和熒光濾光片111后再經(jīng)熒光聚焦鏡112會聚于熒光探測器114的探測面上，第二光陷阱110用于吸收多余的散射光。
[0047]照明光路的光軸、拋物面集光鏡104的中心軸線及熒光光路的光軸三者共線，記為00’，拋物面集光鏡104的焦點(diǎn)與光敏感區(qū)118的中心O重合，反射轉(zhuǎn)折后的散射光光路的光軸O1O/與熒光光路的光軸00’垂直。
[0048]如圖2所示，采樣氣路包括進(jìn)氣嘴21、出氣嘴22及真空氣泵。在真空氣泵的驅(qū)動下，被采樣氣體從進(jìn)氣嘴21進(jìn)入，氣體中的粒子以一定的速度逐個通過光敏感區(qū)118，之后由出氣嘴22排出。采樣氣流的中心軸線O2O2’經(jīng)過光敏感區(qū)118的中心0，且垂直于柱面鏡103的焦線與照明系統(tǒng)的光軸00’所組成的平面。
[0049]如圖3所示，信號處理系統(tǒng)用于分析和處理散射光探測器117和熒光探測器114輸出的原始脈沖信號。信號處理系統(tǒng)包括突光前置放大器31、散射光前置放大器36、轉(zhuǎn)換模塊32、處理器33、緩存器34以及上位機(jī)35，轉(zhuǎn)換模塊32為A/D轉(zhuǎn)換模塊，處理器33為FPGA處理器，緩存器34為FIFO緩存器；散射光探測器117和熒光探測器114輸出的原始脈沖信號均為微弱電流信號，分別經(jīng)過散射光前置放大器36和熒光前置放大器31處理后均成為模擬電壓信號，然后同時進(jìn)入轉(zhuǎn)換模塊32，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號被送入處理器33提取脈沖峰值，脈沖幅值經(jīng)過緩存器34后傳送到上位機(jī)35，上位機(jī)35對脈沖幅值進(jìn)行分析與處理。收集光路中包括3個消雜光光闌，第一光闌107設(shè)置于非球面透鏡106和準(zhǔn)直鏡108的共焦面處，熒光光闌113設(shè)置于熒光探測器114之前熒光聚焦鏡112的焦面處，散射光光闌116設(shè)置于散射光探測器117之前散射光聚焦鏡115的焦面處。
[0050]半導(dǎo)體激光器101發(fā)出激光束，經(jīng)照明準(zhǔn)直鏡102后在垂直于照明光路光軸00’的方向上形成橫截面為矩形的激光束，該激光束的長邊與米樣氣流中心軸線O2O2’相同,接著沿矩形光束的長邊方向被柱面鏡103 —維聚焦至光敏感區(qū)118，穿過光敏感區(qū)118的激光束進(jìn)入第一光陷阱105并被吸收。在真空氣泵的驅(qū)動下，待測粒子隨采樣氣流進(jìn)入進(jìn)氣嘴21，經(jīng)過光敏感區(qū)118后從出氣嘴22排出。每個待測粒子在經(jīng)過光敏感區(qū)118的時候，會產(chǎn)生強(qiáng)度與其粒徑大小成一定比例的散射光信號，如果是生物粒子，還會產(chǎn)生一定強(qiáng)度的熒光信號。待測粒子被激光束照射的時候剛好位于拋物面集光鏡104的焦點(diǎn)O附近，因此，其發(fā)出的散射光和熒光經(jīng)過拋物面集光鏡104反射后平行于照明光路的光軸00’方向射出，然后依次經(jīng)非球面透鏡106聚焦和準(zhǔn)直鏡108準(zhǔn)直后到達(dá)45°分色鏡，第一光闌107用于消除雜散光。
[0051]分色鏡109對散射光高反且對熒光高透，因此散射光經(jīng)分色鏡109后被90°反射，然后經(jīng)散射光聚焦鏡115聚焦于散射光光闌116,穿過散射光光闌116后投射到散射光探測器117上。熒光經(jīng)分色鏡109后直接透過熒光濾光片111后被熒光聚焦鏡112會聚于熒光光闌113，最終到達(dá)熒光探測器114上。散射光探測器117將信號傳輸?shù)缴⑸涔馇爸梅糯笃?6上,得到與散射光強(qiáng)度成一定比例的模擬電壓脈沖信號；突光探測器114將信號傳輸?shù)酵还馇爸梅糯笃?1上,得到與突光強(qiáng)度成一定比例的模擬電壓脈沖信號。A/D模塊含有兩路A/D轉(zhuǎn)換通道，可同時將所述的兩路模擬電壓脈沖信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號被送入FPGA處理器提取脈沖幅值，脈沖幅值經(jīng)過FIFO緩存器后傳送到上位機(jī)35，由此，上位機(jī)35獲得被測粒子的散射光和突光強(qiáng)度信息。上位機(jī)35根據(jù)被測粒子的散射光強(qiáng)度信息排除偽生物粒子的干擾，然后計算出不同粒徑區(qū)間內(nèi)的粒子濃度和非生物粒子濃度值?？諝庵泻袎m埃、煙霧、細(xì)菌、真菌、花粉等多種粒子，除細(xì)菌、真菌、孢子外，花粉、香煙粒子等在405nm波長光源的激發(fā)下也能產(chǎn)生熒光，會對微生物粒子的檢測造成干擾。由圖4可知，不同種類的塵埃粒子所覆蓋的粒徑范圍不同，據(jù)此可以排除花粉等過敏原以及部分香煙粒子的干擾。
[0052]本實(shí)施例半導(dǎo)體激光器101采用波長為405nm的激光二極管，功率約為70mW。可有效激發(fā)含有煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、核黃素或吡啶二羧酸(DPA)等熒光物質(zhì)的細(xì)菌、真菌、芽孢等絕大部分生物體產(chǎn)生熒光。照明準(zhǔn)直鏡102為非球面透鏡，焦距為7.8mm。半導(dǎo)體激光器101發(fā)出的激光束經(jīng)過準(zhǔn)直鏡102后約為平行光，光束截面約為4mmX2mm的矩形。柱面鏡103為平凸鏡，采用光學(xué)玻璃K9，焦距為45.3mm，激光束經(jīng)過柱面鏡103后在光敏感區(qū)118的中心O處形成的焦線尺寸約為2mmX0.027mm。拋物面集光鏡104對光敏感區(qū)118的中心O所張的立體角為2.204 Ji球面度。非球面透鏡106的第一面為橢球面，第二面為球面，焦距為119.8mm。熒光經(jīng)非球面透鏡106聚焦后數(shù)值孔徑為0.292，即轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的物方數(shù)值孔徑為0.292。第一光闌107的通光孔徑為7mmX 1mm。收集光路中的準(zhǔn)直鏡108、熒光聚焦鏡112和散射光聚焦鏡115采用具有相同結(jié)構(gòu)參數(shù)的雙膠合透鏡，焦距為35.0mm,數(shù)值孔徑NA = 0.329，其值大于來自非球面透鏡106聚焦后熒光的數(shù)值孔徑，因此不會造成能量損失。分色鏡109材料為K9玻璃，其反射帶中心波長為405nm，帶寬為380_420nm，透射帶波長范圍為430-650nm。熒光濾光片111的透過率曲線如圖5所示。熒光光闌113和散射光光闌116的通光孔徑均為Φ6.0_。突光探測器114為具有多堿光電陰極材料的側(cè)窗型光電倍增管，在200-800nm波段內(nèi)具有很高的量子效率，且典型增益高。散射光探測器117為具有高靈敏度和高響應(yīng)頻率的硅PIN型光電二極管，光譜響應(yīng)范圍為320-1100nm。
[0053]第一光陷講105由吸收玻璃和內(nèi)壁具有消光紋的光陷講座組成。吸收玻璃的外形為具有45°斜面的圓柱體，材料采用中性灰色玻璃，45°斜面拋光后鍍405nm高透膜。來自半導(dǎo)體激光器101的激光束絕大部分透射進(jìn)入吸光玻璃被吸收掉，少數(shù)未被吸收的激光束被45°斜面反射到光陷阱座的內(nèi)壁上，經(jīng)多次反射后被光陷阱內(nèi)壁的消光紋幾乎完全吸收。第二光陷阱110采用內(nèi)部具有錐形消光紋的光陷阱，用于吸收多余的散射光。
[0054]進(jìn)氣嘴21的出口內(nèi)徑和出氣嘴22的入口內(nèi)徑分別為Φ 1.1mm和Φ 1.5mm。熒光前置放大器31和散射光前置放大器36均是以高性能場效應(yīng)管型雙運(yùn)算放大器為核心構(gòu)成的電流/電壓轉(zhuǎn)換及電壓放大電路。A/D模塊采用含有兩路A/D轉(zhuǎn)換通道的高速A/D采樣芯片，F(xiàn)PGA處理器對A/D模塊傳輸過來的信號進(jìn)行處理后提取出脈沖幅值，因?yàn)镕PGA處理器沒有存儲功能，需要外加FIFO緩存器作為寄存器，以滿足空氣中顆粒物濃度較高時的處理要求。最后上位機(jī)35根據(jù)同時測得的散射光和熒光信息判斷被測粒子的粒徑大小和生物屬性，并計算出不同粒徑區(qū)間內(nèi)的粒子濃度和非生物粒子濃度值。實(shí)施例的最小探測分辨率為I個生物粒子，空氣采樣流量為lL/min。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，包括光路、與光路相交的氣路、與光路連接的信號處理系統(tǒng)，其特征在于: 光路，包括用于照射被測粒子的照明光路和沿照明光路前進(jìn)方向上設(shè)置的收集光路，收集光路還包括用于分離光路并對分離光路分開探測的轉(zhuǎn)像系統(tǒng)； 氣路，用于采樣被測粒子； 信號處理系統(tǒng)，用于分析和處理信號，包括熒光前置放大器(31)和散射光前置放大器(36)。
2.如權(quán)利要求1所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述照明光路與轉(zhuǎn)像系統(tǒng)之間還依次設(shè)有曲面鏡、第一光陷阱(105)、非球面透鏡(106)，曲面鏡的焦點(diǎn)位于所述光路和氣路交匯形成的光敏感區(qū)(118)。
3.如權(quán)利要求2所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述曲面鏡為拋物面集光鏡(104)，所述拋物面集光鏡(104)的焦點(diǎn)位于光敏感區(qū)(118)的中心。
4.如權(quán)利要求1所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)像系統(tǒng)包括沿收集光路前進(jìn)方向上依次設(shè)置的準(zhǔn)直鏡(108)、分色鏡(109)和熒光收集光路，分色鏡(109)反射方向的下方設(shè)有散射光收集光路。
5.如權(quán)利要求4所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)像系統(tǒng)還包括用于吸收多余散射光的第二光陷阱(110)，第二光陷阱(110)設(shè)置在分色鏡(109)反射方向的上方，與散射光收集光路相對。
6.如權(quán)利要求4或5所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述分色鏡(109)的入射角度為30°?60°。
7.如權(quán)利要求4所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述熒光收集光路包括沿收集光路前進(jìn)方向上依次設(shè)置的熒光濾光片(111)、熒光聚焦鏡(112)、熒光光闌(113)和熒光探測器(114)，熒光光闌(113)位于熒光聚焦鏡(112)的焦面處，熒光探測器(114)與熒光前置放大器(31)相連。
8.如權(quán)利要求4所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述散射光收集光路包括沿分色鏡反射方向向下依次設(shè)置的散射光聚焦鏡(115)、散射光光闌(116)以及散射光探測器(117)，散射光光闌(116)位于散射光聚焦鏡(115)的焦面處,散射光探測器(117)與散射光前置放大器(36)相連。
9.如權(quán)利要求4所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)像系統(tǒng)還包括第一光闌(107)，第一光闌(107)位于所述準(zhǔn)直鏡(108)和非球面透鏡(106)的共焦面處。
10.如權(quán)利要求1所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述信號處理系統(tǒng)還包括順次連接的轉(zhuǎn)換模塊(32)、處理器(33)、緩存器(34)以及上位機(jī)(35)，轉(zhuǎn)換模塊(32)的輸入端分別與突光前置放大器(31)的輸出端和散射光前置放大器(36)的輸出端相連。
11.如權(quán)利要求1所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述照明光路包括依次設(shè)置的半導(dǎo)體激光器(101)、照明準(zhǔn)直鏡(102)和柱面鏡(103)，所述光敏感區(qū)(118)為柱面鏡(103)聚焦的光照區(qū)域與氣路的相交區(qū)域，所述氣路垂直于柱面鏡(103)的焦線與照明光路的光軸所組成的平面。
12.如權(quán)利要求11所述的實(shí)時微生物粒子計數(shù)器，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器(101)為波長為350nm?410nm的激光二極管。
【文檔編號】G01N15/06GK103940709SQ201410189510
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】黃惠杰, 張佩, 楊巍, 朱永康, 王光輝 申請人:南京中科神光科技有限公司