專(zhuān)利名稱：一種光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置及檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
如何無(wú)損并精確的測(cè)量生物體中體液的濃度，是一個(gè)很難解決的矛盾， 以下僅以檢測(cè)血糖濃度為例進(jìn)行說(shuō)明。
目前全世界有2.46億糖尿病患者，并且還在每年快速增加，2007年 僅美國(guó)的2400萬(wàn)糖尿病患者的醫(yī)療費(fèi)用就高達(dá)2180億美元。鑒于全世界 龐大的糖尿病人數(shù)，無(wú)損血糖檢測(cè)儀有著很大的市場(chǎng)空間，吸引了很多大 公司和研究機(jī)構(gòu)都投入了大量的精力來(lái)研究人體血糖的無(wú)損檢測(cè)問(wèn)題。近 30年來(lái)，研究人員開(kāi)發(fā)了一系列方法用于無(wú)損檢測(cè)血糖的濃度，最常見(jiàn)的 有近紅外光譜法，旋光法，激光拉曼光譜法、光聲光譜法等。但是由于人 體組織的差異性、血糖監(jiān)測(cè)信號(hào)過(guò)于微弱、背景噪聲強(qiáng)、以及個(gè)體的差異 性等原因，目前在研的方法均止步于基礎(chǔ)研究階段，尚無(wú)一種無(wú)損血糖檢 測(cè)儀器能夠通過(guò)美國(guó)FDA認(rèn)證用于臨床應(yīng)用。
目前醫(yī)學(xué)上使用的通過(guò)美國(guó)FDA認(rèn)證的血糖檢測(cè)方法，都是有損或者 微損檢測(cè)方式，這些方法需要每次刺破皮膚采取靜脈或者指尖的血液樣本， 通過(guò)試紙比色測(cè)量來(lái)測(cè)試人體的血液中葡萄糖濃度。這些方法不僅費(fèi)時(shí)、 成本高、又造成局部感染的風(fēng)險(xiǎn)，而且采取血樣的麻煩和疼痛更使得大多 數(shù)糖尿病人不可能按理論上的要求每天多次監(jiān)測(cè)其血糖水平，影響了糖尿 病患者及時(shí)、快速的診斷治療。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)糖尿病患者的治療率僅為 27.2%。在這種情況下，患者和社會(huì)都非常迫切的需要一種無(wú)痛、連續(xù)、方 便的血糖監(jiān)測(cè)技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是首先提出一種不接觸 的方式測(cè)量溶液濃度的裝置和方法，其次是如何讓檢測(cè)單元接收到盡量小 的，容器外壁直接反射回來(lái)的檢測(cè)光和容器內(nèi)壁除探測(cè)焦點(diǎn)之外的散射光， 而盡量多的接收透過(guò)待測(cè)溶液并經(jīng)位于容器內(nèi)壁的探測(cè)焦點(diǎn)所在位置反射 回來(lái)的檢測(cè)光，以提高檢測(cè)精度。
上述檢測(cè)光為散射光。
紅外光譜法的理論依據(jù)是郎伯一比爾(Lambert-Beer)定律。近紅外光 線照射到生物組織，其中一部分光會(huì)被組織內(nèi)的各種成分(如蛋白質(zhì)、水 等)散射或者吸收，僅有剩余的部分透射或者反射出來(lái)。因此光在生物體 組織中傳輸時(shí)，出射光強(qiáng)會(huì)由于組織的散射和吸收而逐漸衰減。出射光強(qiáng) 與入射光強(qiáng)成正比，與生物體組織內(nèi)吸收或者散射組分的濃度和光通過(guò)該 組織的光程的乘積成指數(shù)衰減。假定入射光為單色光，并且組織的吸收和 散射均發(fā)生在均一的組織內(nèi)，則光的衰減規(guī)律可以由比爾-朗伯定律 (Beer-Lambert Law)描述
上式中，10， I分別為入射和出射光強(qiáng)，a為樣品的吸光系數(shù)。c為被 測(cè)組分濃度，令A(yù)為被測(cè)組分吸光度，則可寫(xiě)成A二ac。
因?yàn)樯锝M織中存在的組分大多都對(duì)紅外光有吸收，而且它們的吸收 譜互相重疊，因而使問(wèn)題變得復(fù)雜。為此，可以采取用多波長(zhǎng)進(jìn)行近紅外 光探測(cè)，其中每一個(gè)波長(zhǎng)的吸光度都會(huì)形成一個(gè)方程，即
式中ai j表示第i個(gè)波長(zhǎng)時(shí)第j個(gè)組分的吸光系數(shù)。設(shè)組織中含有n 種組分，其濃度分別為、c2，…c"，則可以通過(guò)不同波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)建立一 個(gè)關(guān)于組分濃度的方程組求解葡萄糖的濃度
ailCI + "12C2 + ... + "l C =
flf^Cj + a22c2 +…+ a2"c" — -42其中各組分吸光系數(shù)aij已知，生物組織對(duì)第i個(gè)波長(zhǎng)的光的吸光度 Ai通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，即可解算出各組分的濃度、&，…e"。在數(shù)據(jù)處理中， 應(yīng)用化學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)法分析譜數(shù)據(jù)可以利用特定波長(zhǎng)上光吸收量與糖濃度間的 定標(biāo)模型來(lái)估算糖溶液的濃度。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
一種光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置，包括發(fā)出吸收光的 吸收光源、發(fā)出參考光的參考光源和光電檢測(cè)裝置；所述參考光和吸收光 經(jīng)過(guò)調(diào)整匯聚分別透過(guò)盛裝待測(cè)溶液的容器射入所述盛裝待測(cè)溶液，并經(jīng) 過(guò)所述容器的內(nèi)壁反射射出所述容器，還包括物鏡透鏡組和目鏡透鏡組；
所述物鏡透鏡組用于將所述參考光和吸收光聚焦于所述容器的內(nèi)壁面上的
探測(cè)焦點(diǎn)；所述目鏡透鏡組設(shè)置在所述參考光和吸收光進(jìn)入所述光電檢測(cè)
裝置的光路上，用于將由所述探測(cè)焦點(diǎn)反射回的所述參考光和吸收光聚焦
于檢測(cè)焦點(diǎn)；所述光電檢測(cè)裝置接收通過(guò)所述檢測(cè)焦點(diǎn)的參考光和吸收光
并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。
所述吸收光源和參考光源分別采用發(fā)光二極管，也可以采用激光光源 或超輻射發(fā)光二極管。發(fā)光二極管可視為一種電光源，則所述的光學(xué)方式
檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置還包括第一光匯聚裝置和第二光匯聚裝
置；所述第一光匯聚裝置設(shè)置于靠近所述吸收光源的位置，用于將所述吸
收光匯聚成平行光;所述第二光匯聚裝置設(shè)置于靠近所述參考光源的位置， 用于將所述參考光匯聚成平行光。
所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置還包括第一雙向色 鏡；經(jīng)過(guò)所述第一光匯聚裝置匯聚的所述吸收光，與經(jīng)過(guò)所述第二光匯聚 裝置匯聚的所述參考光相互垂直相交,所述第一雙向色鏡設(shè)置于該相交處， 并分別與所述吸收光和參考光的夾角為45度;所述吸收光透過(guò)所述第一雙 向色鏡，所述參考光被所述雙向色鏡反射，透過(guò)所述第一雙向色鏡的所述 吸收光與被所述第一雙向色鏡反射的所述參考光合為一個(gè)光路射向所述物 鏡透鏡組。所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置還包括寬帶分光 鏡；所述寬帶分光鏡設(shè)置于所述吸收光和參考光合為一個(gè)光路射向所述物 鏡透鏡組的光路上，并與該光路的夾角為45度，射向所述物鏡透鏡組的所 述吸收光和參考光透過(guò)所述寬帶分光鏡射向所述物鏡透鏡組，由所述探測(cè) 焦點(diǎn)反射回的所述參考光和吸收光經(jīng)過(guò)所述物鏡透鏡組匯聚射向所述寬帶 分光鏡，并由所述寬帶分光鏡反射射向所述目鏡透鏡組。
所述光電檢測(cè)裝置包括開(kāi)有針孔的擋板；所述針孔的位置位于所述
檢測(cè)焦點(diǎn)的位置，僅通過(guò)所述針孔的所述吸收光或參考光被所述光電檢測(cè) 裝置轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。
所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置還包括第二雙向色 鏡；所述目鏡透鏡組包括第一目鏡透鏡組和第二目鏡透鏡組；所述光電 檢測(cè)裝置包括第一光電檢測(cè)裝置和第二光電檢測(cè)裝置；所述第二雙向色
鏡設(shè)置于由所述寬帶分光鏡反射的所述吸收光和參考光的光路上，并與該
光路成一定角度；所述吸收光透過(guò)所述第二雙向色鏡射向所述第一 目鏡透
鏡組，并由所述第一目鏡透鏡組聚焦后被所述第一光電檢測(cè)裝置接收并轉(zhuǎn)
換為相應(yīng)的電信號(hào)；所述參考光被所述第二雙向色鏡反射射向所述第二目 鏡透鏡組，并由所述第二目鏡透鏡組聚焦后被所述第二光電檢測(cè)裝置接收 并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。
所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置另一個(gè)實(shí)施例，還包 括波分復(fù)用器和雙波長(zhǎng)耦合器；所述吸收光源發(fā)出的吸收光和所述參考 光源發(fā)出的參考光，分別通過(guò)光纖進(jìn)入所述波分復(fù)用器，再通過(guò)光纖傳播 到所述雙波長(zhǎng)耦合器，然后通過(guò)雙向光纖射出到所述目鏡透鏡組，該雙向 光纖射出光的端部為雙向光纖端點(diǎn)，所述雙向光纖端點(diǎn)設(shè)置在所述檢測(cè)焦 點(diǎn)的位置；由所述雙向光纖端點(diǎn)射出的所述吸收光和參考光經(jīng)過(guò)所述目鏡 透鏡組匯聚，再由所述物鏡透鏡組聚焦于所述探測(cè)焦點(diǎn)；由所述探測(cè)焦點(diǎn) 反射的所述吸收光或參考光依次經(jīng)過(guò)所述物鏡透鏡組和目鏡透鏡組聚焦于 所述檢測(cè)焦點(diǎn)，然后由所述雙向光纖端點(diǎn)送入所述雙向光纖，再經(jīng)過(guò)所述 雙波長(zhǎng)耦合器，然后傳送到通過(guò)光纖與所述雙波長(zhǎng)耦合器光耦合的所述光 電檢測(cè)裝置。所述光電檢測(cè)裝置包括解波復(fù)用器和光電探測(cè)電路；所述解波復(fù)用 器用于接收由所述探測(cè)焦點(diǎn)反射回的經(jīng)過(guò)所述光纖與所述雙波長(zhǎng)耦合器返 回的所述吸收光和參考光，并將所述吸收光和參考光分離為兩路，分別送 入所述光電探測(cè)電路轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)。
本發(fā)明還提供一種利用所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的 裝置的檢測(cè)方法，所述光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置能夠相對(duì) 于盛裝待測(cè)溶液的容器進(jìn)行移動(dòng)，所述物鏡透鏡組聚焦的所述吸收光和參 考光的焦點(diǎn)也隨之移動(dòng)，當(dāng)所述光電檢測(cè)裝置接收到的光信號(hào)最強(qiáng)的時(shí)候， 則所述物鏡透鏡組聚焦的所述吸收光和參考光的焦點(diǎn)到達(dá)所述容器的內(nèi)壁 面上的探測(cè)焦點(diǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下
首先能夠無(wú)損的測(cè)量生物體中體液的濃度。而且由于使用光學(xué)共焦技 術(shù)對(duì)組織進(jìn)行探測(cè)，不需要探頭直接接觸或侵入待測(cè)組織， 一方面避免了 侵入式探測(cè)對(duì)生物組織所帶來(lái)的損害和潛在的感染風(fēng)險(xiǎn)，另一方面也避免 了由于探頭接觸待測(cè)組織因?yàn)閴毫σ鸾M織形變而帶來(lái)的探測(cè)誤差，提高 了探測(cè)的精度和穩(wěn)定性。
同時(shí)，本發(fā)明還可以有目的性的選擇探測(cè)范圍。在對(duì)生物組織的探測(cè) 中，光學(xué)共焦技術(shù)可以根據(jù)不同的目的，可以做到只釆集自特定位置和特 定深度返回的光子，這樣就濾除了來(lái)自不同界面和位置處的雜散光，使得 系統(tǒng)具有高信噪比。這類(lèi)方法的探測(cè)靈敏度與系統(tǒng)的信噪比成正比關(guān)系， 采用將光線射入人體皮膚后接收來(lái)自真皮層的漫反射光子的方法系統(tǒng)的典 型信噪比在104量級(jí)，而采用本發(fā)明的技術(shù)方案信噪比至少可達(dá)105量級(jí)。
并且，由于本發(fā)明的技術(shù)方案檢測(cè)的光程比傳統(tǒng)的方法大大提高，因 此在其他條件不變的前提下，會(huì)很大程度上提高探測(cè)的靈敏度。


圖1是本發(fā)明光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置第一種實(shí)施例 的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置第二種實(shí)施例 的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 如圖1所示，為本發(fā)明的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置應(yīng) 用于檢測(cè)眼球房水內(nèi)溶液濃度的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
吸收光源100所發(fā)出的吸收光以及參考光源200所發(fā)出的參考光分別 經(jīng)第一光匯聚裝置301和第二光匯聚裝置302匯聚，并由第一雙向色鏡401 匯合成同一光路。
其中，所述吸收光指被待測(cè)濃度物質(zhì)吸收卻不被被測(cè)溶液中其他物質(zhì) 吸收或者較小吸收的特定波長(zhǎng)的光；所述參考光發(fā)出不被被測(cè)溶液中待測(cè) 濃度物質(zhì)吸收或者較小吸收的特定波長(zhǎng)的光。由于不同光波長(zhǎng)的光之間都 存在被不同的溶液中物質(zhì)吸收比率的差異，本發(fā)明的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi) 特定物質(zhì)濃度的裝置也可以設(shè)置三個(gè)或者三個(gè)以上發(fā)出不同的波長(zhǎng)光的光 源，則可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量溶液中多種不同物質(zhì)的濃度。
其檢測(cè)過(guò)程如下
a、首先對(duì)一個(gè)與人眼虹膜有著相同的散射和吸收系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn) 行背向散射光強(qiáng)監(jiān)測(cè)，由光電檢測(cè)裝置800得到未經(jīng)房水吸收時(shí)所述吸收 光和參考光的信號(hào)強(qiáng)度A10與A20。該信號(hào)可以認(rèn)為與光強(qiáng)成正比，因此
、=』10
有、&，則I10與I20分別為所述吸收光和參考光的入射光強(qiáng)。
所述吸收光和參考光通過(guò)第一雙向色鏡401匯合。該第 一雙向色鏡401 對(duì)所述吸收光透射，而對(duì)所述參考光反射，則如圖所示，所述吸收光和參 考光耦合成一束，再通過(guò)寬帶分光器500和物鏡透鏡組600射入人眼，透 過(guò)角膜、房水后聚焦于在虹膜上的探測(cè)焦點(diǎn)。
由虹膜反射產(chǎn)生的背向散射光經(jīng)過(guò)物鏡透鏡組600返回，在寬帶分光 器500處反射，被第二雙相色鏡402按波長(zhǎng)分為兩束，分別經(jīng)過(guò)第一目鏡 透鏡組710和第二目鏡透鏡組720聚焦于檢測(cè)焦點(diǎn)，并分別被第一光電檢 測(cè)裝置810和第二光電檢測(cè)裝置820獲取。其中第一光電檢測(cè)裝置810和 第二光電檢測(cè)裝置820都分別具有一個(gè)針孔801，該針孔801分別設(shè)置于 與第一目鏡透鏡組710和第二目鏡透鏡組720的檢測(cè)焦點(diǎn)相應(yīng)的位置，以 僅讓通過(guò)檢測(cè)焦點(diǎn)的所述吸收光或參考光分別進(jìn)入第一光電檢測(cè)裝置810和第二光電檢測(cè)裝置820。
光電檢測(cè)裝置800接收共焦的光電信號(hào)，經(jīng)放大、處理、解調(diào)，得到
虹膜對(duì)所述吸收光和參考光的反射信號(hào)強(qiáng)度Al與A2，同樣有^ 72，其 中II與12分別為兩種波長(zhǎng)下的出射光強(qiáng)。此時(shí)的光會(huì)有兩次經(jīng)過(guò)人眼，
經(jīng)過(guò)眼前房時(shí)，房水中的水、葡萄糖等物質(zhì)會(huì)對(duì)紅外光產(chǎn)生吸收，根據(jù)背 景介紹中的郎伯一比爾(Lambert-Beer)定律，假設(shè)房水中有n種組分，其 中第一種組分為葡萄糖，即葡萄糖水溶液的濃度為cl，在兩個(gè)波長(zhǎng)下的吸 光系數(shù)分別為all和a21，此時(shí)的出射光強(qiáng)II與12分別為
Jl 一 ^ J10
7"— (a2lcl+a22c2+."+"2nC")J 7"
將兩式相除并取對(duì)數(shù)可得
[(au — "21)q +("12 —a22)c2 H— + — "2")C"W = ln! —ln丄
因?yàn)榉克谐怂?，其他組分的濃度都非常小，而且還可以通過(guò) 適當(dāng)選取兩束近紅外光的波長(zhǎng)，使得除葡萄糖外的其他組分在兩個(gè)波長(zhǎng)下
的吸光系數(shù)均差別很小，可以忽略不計(jì)，于是上式近似為
ln~-ln丄 V 72。
/2 乂
其中如前所述可知&《、^4 。葡萄糖溶液在兩波長(zhǎng)下的吸光
系數(shù)all和a21為已知的物理常數(shù)，d為人眼的前房軸長(zhǎng)，可通過(guò)儀器精 確測(cè)量且長(zhǎng)期穩(wěn)定不變。于是人眼房水中的葡萄糖濃度可由上式求得。
上述方法中，光源可以采用激光光源、或發(fā)光二極管光源、或超輻射 發(fā)光二極管光源，或其他類(lèi)型的光源；光源的波段可以選擇紫外光源、或 可見(jiàn)光源、或紅外光源等。
探測(cè)焦點(diǎn)的位置也可以選擇為虹膜、晶狀體前表面、晶狀體后表面、 或眼虹膜表面，也可以選擇為眼視網(wǎng)膜毛細(xì)血管層等其它部位，只要透過(guò) 眼前房房水即可，并能有相應(yīng)的反射面。
如圖2所示，本發(fā)明的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置應(yīng)用 于檢測(cè)檢測(cè)眼球房水內(nèi)溶液濃度的另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。與上述實(shí)施例采 用自由空間光路分別將所述吸收光和參考光聚焦射入光纖后匯入波分復(fù)用器350，然 后經(jīng)過(guò)雙波長(zhǎng)耦合器360后由雙向光纖端點(diǎn)900出射。出射的所述吸收光 和參考光經(jīng)過(guò)目鏡透鏡組700和物鏡透鏡組600聚焦于位于虹膜面上的探 測(cè)焦點(diǎn)。經(jīng)由所述探測(cè)焦點(diǎn)反射的散射光經(jīng)所述物鏡透鏡組600匯聚并由 所述目鏡透鏡組700聚焦于檢測(cè)焦點(diǎn)。而所述雙向光纖端點(diǎn)900正好位于 所述檢測(cè)焦點(diǎn)的位置，僅有匯聚于所述檢測(cè)焦點(diǎn)的光才被所述雙向光纖端 點(diǎn)900獲取并由所述雙波長(zhǎng)耦合器360到解波復(fù)用器850，所述解波復(fù)用 器850按波長(zhǎng)將所述吸收光和參考光相互分離，分別被光電檢測(cè)電路860 經(jīng)探測(cè)和前置放大等處理轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，可以由具有數(shù)據(jù)處理能力 的數(shù)據(jù)處理單元980進(jìn)行相應(yīng)的處理獲得具體的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)處理單元980 還可以與外部的計(jì)算機(jī)990連接，進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置，包括發(fā)出吸收光的吸收光源(100)、發(fā)出參考光的參考光源(200)和光電檢測(cè)裝置(800)；所述參考光和吸收光經(jīng)過(guò)調(diào)整匯聚分別透過(guò)盛裝待測(cè)溶液的容器射入所述盛裝待測(cè)溶液，并經(jīng)過(guò)所述容器的內(nèi)壁反射射出所述容器，其特征在于，還包括物鏡透鏡組(600)和目鏡透鏡組(700)；所述物鏡透鏡組(600)用于將所述參考光和吸收光聚焦于所述容器的內(nèi)壁面上的探測(cè)焦點(diǎn)；所述目鏡透鏡組(700)設(shè)置在所述參考光和吸收光進(jìn)入所述光電檢測(cè)裝置(800)的光路上，用于將由所述探測(cè)焦點(diǎn)反射回的所述參考光和吸收光聚焦于檢測(cè)焦點(diǎn)；所述光電檢測(cè)裝置(800)接收通過(guò)所述檢測(cè)焦點(diǎn)的參考光和吸收光并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置， 其特征在于，所述吸收光源(100)和參考光源(200)分別采用發(fā)光二極 管。
3、 如權(quán)利要求2所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置， 其特征在于，還包括第一光匯聚裝置(301)和第二光匯聚裝置；所述第 一光匯聚裝置(301)設(shè)置于靠近所述吸收光源(100)的位置，用于將所 述吸收光匯聚成平行光；所述第二光匯聚裝置(302)設(shè)置于靠近所述參考 光源(200)的位置，用于將所述參考光匯聚成平行光。
4、 如權(quán)利要求3所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置， 其特征在于，還包括第一雙向色鏡(401);經(jīng)過(guò)所述第一光匯聚裝置(301) 匯聚的所述吸收光，與經(jīng)過(guò)所述第二光匯聚裝置(302)匯聚的所述參考光 相互垂直相交，所述第一雙向色鏡(401)設(shè)置于該相交處，并分別與所述 吸收光和參考光的夾角為45度;所述吸收光透過(guò)所述第一雙向色鏡(401)， 所述參考光被所述雙向色鏡(401)反射，透過(guò)所述第一雙向色鏡(401) 的所述吸收光與被所述第一雙向色鏡(401)反射的所述參考光合為一個(gè)光 路射向所述物鏡透鏡組(600)。
5、 如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特 定物質(zhì)濃度的裝置，其特征在于，還包括寬帶分光鏡(500);所述寬帶分光鏡(500)設(shè)置于所述吸收光和參考光合為一個(gè)光路射向所述物鏡透鏡 組(600)的光路上，并與該光路的夾角為45度，射向所述物鏡透鏡組(600) 的所述吸收光和參考光透過(guò)所述寬帶分光鏡(500)射向所述物鏡透鏡組 (600)，由所述探測(cè)焦點(diǎn)反射回的所述參考光和吸收光經(jīng)過(guò)所述物鏡透鏡 組(600)匯聚射向所述寬帶分光鏡(500)，并由所述寬帶分光鏡(500) 反射射向所述目鏡透鏡組(700)。
6、 如權(quán)利要求5所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置， 其特征在于，所述光電檢測(cè)裝置(800)包括開(kāi)有針孔(801)的擋板； 所述針孔(801)的位置位于所述檢測(cè)焦點(diǎn)的位置，僅通過(guò)所述針孔(801) 的所述吸收光或參考光被所述光電檢測(cè)裝置(800)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。
7、 如權(quán)利要求6所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置，其特征在于，還包括第二雙向色鏡(402);所述目鏡透鏡組(700)包括第一 目鏡透鏡組(710)和第二目鏡透鏡組(720);所述光電檢測(cè)裝置(800) 包括第一光電檢測(cè)裝置(810)和第二光電檢測(cè)裝置(820);所述第二雙 向色鏡(402)設(shè)置于由所述寬帶分光鏡(500)反射的所述吸收光和參考 光的光路上，并與該光路成一定角度；所述吸收光透過(guò)所述第二雙向色鏡 (402)射向所述第一目鏡透鏡組(710)，并由所述第一目鏡透鏡組(710) 聚焦后被所述第一光電檢測(cè)裝置(810)接收并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)；所述 參考光被所述第二雙向色鏡(402)反射射向所述第二目鏡透鏡組(720)， 并由所述第二目鏡透鏡組(720)聚焦后被所述第二光電檢測(cè)裝置(820) 接收并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。
8、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置， 其特征在于，還包括波分復(fù)用器(350)和雙波長(zhǎng)耦合器(360);所述吸 收光源(100)發(fā)出的吸收光和所述參考光源(200)發(fā)出的參考光，分別 通過(guò)光纖進(jìn)入所述波分復(fù)用器(350)，再通過(guò)光纖傳播到所述雙波長(zhǎng)耦合 器(360)，然后通過(guò)雙向光纖射出到所述目鏡透鏡組(700)，該雙向光纖 射出光的端部為雙向光纖端點(diǎn)(900)，所述雙向光纖端點(diǎn)(900)設(shè)置在所 述檢測(cè)焦點(diǎn)的位置；由所述雙向光纖端點(diǎn)(900)射出的所述吸收光或參考 光經(jīng)過(guò)所述目鏡透鏡組(700)匯聚，再由所述物鏡透鏡組(600)聚焦于所述探測(cè)焦點(diǎn)；由所述探測(cè)焦點(diǎn)反射的所述吸收光或參考光依次經(jīng)過(guò)所述物鏡透鏡組(600)和目鏡透鏡組(700)聚焦于所述檢測(cè)焦點(diǎn)，然后由所 述雙向光纖端點(diǎn)(900)送入所述雙向光纖，再經(jīng)過(guò)所述雙波長(zhǎng)耦合器(360)， 然后傳送到通過(guò)光纖與所述雙波長(zhǎng)耦合器(360)光耦合的所述光電檢測(cè)裝 置(800)。
9、 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置， 其特征在于，所述光電檢測(cè)裝置(800)包括解波復(fù)用器(850)和光電 探測(cè)電路(860);所述解波復(fù)用器(850)通過(guò)光纖與所述雙波長(zhǎng)耦合器(360)，用于接收由所述探測(cè)焦點(diǎn)反射回的所述吸收光和參考光，并將所 述吸收光和參考光分離為兩路，分別送入所述光電探測(cè)電路(860)轉(zhuǎn)化為 相應(yīng)的電信號(hào)。
10、 一種利用如權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)方式檢測(cè) 溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置的檢測(cè)方法，其特征在于所述光學(xué)方式檢測(cè) 溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置能夠相對(duì)于盛裝待測(cè)溶液的容器進(jìn)行移動(dòng)，所 述物鏡透鏡組(600)聚焦的所述吸收光和參考光的焦點(diǎn)也隨之移動(dòng)，當(dāng)所 述光電檢測(cè)裝置(800)接收到的光信號(hào)最強(qiáng)的時(shí)候，則所述物鏡透鏡組(600)聚焦的所述吸收光和參考光的焦點(diǎn)到達(dá)所述容器的內(nèi)壁面上的探測(cè) 焦點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置及檢測(cè)方法。光學(xué)方式檢測(cè)溶液內(nèi)特定物質(zhì)濃度的裝置，包括發(fā)出吸收光的吸收光源(100)、發(fā)出參考光的參考光源(200)和光電檢測(cè)裝置(800)；還包括物鏡透鏡組(600)和目鏡透鏡組(700)；所述物鏡透鏡組(600)用于將所述參考光和吸收光聚焦于所述容器的內(nèi)壁面上的探測(cè)焦點(diǎn)；所述目鏡透鏡組(700)設(shè)置在所述參考光和吸收光進(jìn)入所述光電檢測(cè)裝置(800)的光路上，用于將由所述探測(cè)焦點(diǎn)反射回的所述參考光和吸收光聚焦于檢測(cè)焦點(diǎn)；所述光電檢測(cè)裝置(800)接收通過(guò)所述檢測(cè)焦點(diǎn)的參考光和吸收光并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。
文檔編號(hào)G01N21/25GK101435768SQ20081021825
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者何永紅, 王貴良 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院