CN102297852A - 一种单轴传动四杆机构的便携式spr检测仪 - Google Patents

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韦天新
裴芳誉
李志辉
劳捷
鲍涵
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Abstract

本发明涉及一种单轴传动四杆机构的便携式SPR检测仪，属于检测技术领域。本发明包括支座、螺杆、滑块、样品台、四杆机构、光源、信号接收器、信号处理模块。滑块支撑杆同时与支座两端的支撑板固定，滑块支撑杆上滑动连接滑块，支座两端的支撑板上分别固定步进电机和样品台；螺杆一端与步进电机连接，螺杆另一端穿过滑块的螺孔，与另一端的支撑板活动连接；四杆机构的一组对角分别与样品台端的支撑板和滑块活动连接，在四杆机构的上固定光源和信号接收器；信号处理模块同时与步进电机、信号接收器连接。本发明的检测仪结构简单，使用前无需校正光路，且扫描角度范围宽，精度高和灵敏度好，入射光和反射光的角度变化严格对称，减少了误差。

Description

一种单轴传动四杆机构的便携式SPR检测仪
技术领域
本发明涉及一种单轴传动四杆机构的便携式SPR检测仪，属于检测技术领域。
背景技术
表面等离子体共振(SPR)是一种物理光学现象。沿着金属和电介质间的界面传播的电磁波形成表面等离子体(SP)。当平行表面的偏振光以共振角照在界面上时，发生全反射，入射光与表面等离子体耦合，引起表面等离子体共振(SPR)，界面反射率显著减少。SPR对附着在金属表面的电介质非常敏感，附着在金属表面上的电介质均可被检测。折射率是电介质的固有特征，不同折射率的电介质引发SPR的共振角不同。同一种材料，附着在金属表面的量不同，SPR的响应强度不同。根据上述原理，通常将能与样品进行反应的功能电介质固定在几十纳米厚的金属(金、银等)膜表面，电介质与样品反应后，折射率变化，共振角改变，利用电介质共振角的变化对样品进行定量或定性分析。
目前，应用最广泛的SPR检测仪主要有角度调制型和波长调制型两种。波长调制型SPR检测仪装置简易，价格低廉，一般便携式SPR检测仪均采用波长调制方法，但是，波长调制很难实现，扫描角度范围窄。角度调制SPR检测仪原理简单、检测精度高、扫描角度范围广，但是，装置复杂，难以小型化，在集成便携机型方面的应用受到限制，且光源和信号接收器分别搭载于独立的轴上，调节角度时由两个转台控制转动，增大了角度调制的过程中产生的误差。
发明内容
本发明的目的是为了克服传统便携式SPR检测仪扫描角度范围小，使用前需要校正光路，且双轴双转台装置引入较大误差等的问题，而本发明提供了一种基于角度调制的单轴传动四杆机构的便携式SPR检测器。该检测仪扫描角度范围广，不需要在使用前校正光路，可以直接进行测试，且单轴***减小仪器的误差，结构简单，集成化程度高，误差小。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的一种单轴传动四杆机构的便携式SPR检测仪，包括支座1、螺杆2、滑块支撑杆3、滑块4、样品台5、四杆机构6、光源7、信号接收器8、步进电机和信号处理模块。
滑块支撑杆3同时与支座1两端的支撑板固定，滑块支撑杆3上滑动连接滑块4，使滑块4可沿滑块支撑杆3滑动，滑块4上开有螺孔，支座1一端的支撑板上固定步进电机，支座另一端的支撑板搭载样品台5，样品台5的工作台面与滑块支撑杆3垂直；螺杆2一端穿过支座步进电机端的支撑板与步进电机的转子连接，螺杆2另一端穿过滑块4的螺孔，与支座样品台端的支撑板活动连接，螺杆2与滑块支撑杆3平行；四杆机构6为四条等长的支撑杆，通过各支撑杆首尾活动连接，组成可沿对角线方向伸缩活动的菱形结构，四杆机构6的一组对角分别与样品台端的支撑板和滑块4活动连接，且四杆机构6组成的平面与样品台5的工作台面垂直，在四杆机构6样品台端的两条支撑杆上分别固定光源7和信号接收器8，四杆机构6中相邻两条支撑杆连接处设有限制伸缩活动角度的卡槽结构，用于限定扫描角度范围和防止光源碰撞检测器；信号处理模块同时与步进电机、信号接收器8连接，信号处理模块控制步进电机的转子转动，进而带动滑块4在螺杆2上运动，同时信号处理模块接收和处理信号接收器8收集到的信号。
所述的光源7为LED点光源或激光光源，所述的信号接收器8为CCD接收器或光电池接收器。
样平台5通过微调螺杆与微调手柄9相连，转动微调手柄，使样品台沿螺杆2方向前后移动，实现对样品台位置的微调。
工作过程
使用时，棱镜10放置在传感芯片11上，棱镜和传感芯片的组合结构覆盖于样品池12中心后，共同搭载于样品台5中心，选定并装上光源7和信号接收器8；信号处理模块控制步进电机，带动滑块4在螺杆2上运动，改变四杆机构6的构形，调节光源7和信号接收器8至所需的起始扫描角度，光源发出的光束经偏振片形成偏振光，射入棱镜10和传感芯片11的界面，经反射进入信号接收器8，信号传回信号处理模块进行分析处理。信号处理模块控制步进电机，带动滑块4以一定步长在螺杆2上连续移动，使光源7和信号接收器8由起始工作角度开始连续对称改变其所处位置，当入射光角度为共振角时引发SPR效应，反射光强度减至最弱，信号接收器8将收集到的信号传回信号处理模块，经信号处理模块处理得到实验数据。
有益效果
本发明采用单轴传动四杆机构，解决了传统便携式SPR检测仪扫描角度范围窄，使用前需要校正光路，且双轴双转台装置引入较大误差等问题。单轴传动四杆机构的便携式SPR检测器不仅保留了传统SPR检测仪精度高和灵敏度好的优点，还简化装置，使检测器体积缩小，便于携带，并且改为单轴传动，减少调节角度时引起的误差。四杆机构6上有一定角度的卡槽结构，可防止光源7与检测器8相撞。基于步进电机的精确控制和四杆机构6的特性，扫描角度的分辨率可达0.01°。四杆机构6于单轴方向移动，同时对称改变光源7和信号接收器8的位置，使入射光和反射光的角度变化严格对称，减少了误差。
附图说明
图1为本发明的SPR检测器的结构示意图；
图2为本发明的SPR检测器检测裸金传感芯片的SPR曲线；
其中，支座-1；螺杆-2；滑块支撑杆-3；滑块-4；样品台-5；四杆机构-6；光源-7；信号接收器-8；微调手柄9；棱镜-10；传感芯片-11；样品池-12；
具体实施方式
下面结合附图和对裸金传感芯片的测试实验实施例对本发明的内容做进一步说明；
实施例
如图1所示，本发明的一种单轴传动四杆机构的便携式SPR检测仪，包括支座1、螺杆2、滑块支撑杆3、滑块4、样品台5、四杆机构6、光源7、信号接收器8、微调手柄9、步进电机和信号处理模块。
滑块支撑杆3同时与支座1两端的支撑板固定，滑块支撑杆3上滑动连接滑块4，使滑块4可沿滑块支撑杆3滑动，滑块4上开有螺孔，支座1一端的支撑板上固定步进电机，支座另一端的支撑板搭载样品台5，样品台5的工作台面与滑块支撑杆3垂直；螺杆2一端穿过支座步进电机端的支撑板与步进电机的转子连接，螺杆2另一端穿过滑块4的螺孔，与支座样品台端的支撑板活动连接，螺杆2与滑块支撑杆3平行；四杆机构6为四条等长的支撑杆，通过各支撑杆首尾活动连接，组成可沿对角线方向伸缩活动的菱形结构，四杆机构6的一组对角分别与样品台端的支撑板和滑块4活动连接，且四杆机构6组成的平面与样品台5的工作台面垂直，在四杆机构6样品台端的两条支撑杆上分别固定光源7和信号接收器8，四杆机构6中相邻两条支撑杆连接处设有限制伸缩活动角度的卡槽结构，用于限定扫描角度范围和防止光源碰撞检测器；四杆机构6以承载光源7和信号接收器8的支撑杆为边的活动角度范围为25°～80°；信号处理模块同时与步进电机、信号接收器8连接，信号处理模块控制步进电机的转子转动，进而带动滑块4在螺杆2上运动，同时信号处理模块接收和处理信号接收器8收集到的信号。
样平台5通过微调螺杆与微调手柄9相连，转动微调手柄，使样品台在2～5mm的范围内沿螺杆2方向前后移动，实现样品台位置的微调。
使用时，棱镜10放置在传感芯片11上，棱镜和传感芯片的组合结构覆盖于样品池12中心后，共同搭载于样品台5中心，光源7选用LED电光源，信号接收器8选用CCD接收器；信号处理模块控制步进电机，带动滑块4在螺杆2上运动，改变四杆机构6的构形，调节光源7和信号接收器8至所需的起始扫描角度，光源发出的光束经偏振片形成偏振光，射入棱镜10和传感芯片11的界面，经反射进入信号接收器8，信号传回信号处理模块进行分析处理。信号处理模块控制步进电机，带动滑块4以一定步长在螺杆2上连续移动，使光源7和信号接收器8由起始工作角度开始连续对称改变其所处位置，当入射光角度为共振角时引发SPR效应，反射光强度减至最弱，信号接收器8将收集到的信号传回信号处理模块，经信号处理模块处理所得数据如图2所示。

Claims (2)

1.一种单轴传动四杆机构的便携式SPR检测仪，其特征在于：包括支座(1)、螺杆(2)、滑块支撑杆(3)、滑块(4)、样品台(5)、四杆机构(6)、光源(7)、信号接收器(8)、步进电机和信号处理模块；
滑块支撑杆(3)同时与支座(1)两端的支撑板固定，滑块支撑杆(3)上滑动连接滑块(4)，使滑块(4)可沿滑块支撑杆(3)滑动，滑块(4)上开有螺孔，支座(1)一端的支撑板上固定步进电机，支座另一端的支撑板搭载样品台(5)，样品台(5)的工作台面与滑块支撑杆(3)垂直；螺杆(2)一端穿过支座步进电机端的支撑板与步进电机的转子连接，螺杆(2)另一端穿过滑块(4)的螺孔，与支座样品台端的支撑板活动连接，螺杆(2)与滑块支撑杆(3)平行；四杆机构(6)为四条等长的支撑杆，通过各支撑杆首尾活动连接，组成可沿对角线方向伸缩活动的菱形结构，四杆机构(6)的一组对角分别与样品台端的支撑板和滑块(4)活动连接，且四杆机构(6)组成的平面与样品台(5)的工作台面垂直，在四杆机构(6)样品台端的两条支撑杆上分别固定光源(7)和信号接收器(8)，四杆机构(6)中相邻两条支撑杆连接处设有限制伸缩活动角度的卡槽结构，用于限定扫描角度范围和防止光源碰撞检测器；信号处理模块同时与步进电机、信号接收器(8)连接，信号处理模块控制步进电机的转子转动，进而带动滑块(4)在螺杆(2)上运动，同时信号处理模块接收和处理信号接收器(8)收集到的信号；
所述的光源(7)为LED点光源或激光光源，所述的信号接收器(8)为CCD接收器或光电池接收器。
2.如权利要求1所述的一种单轴传动四杆机构的便携式SPR检测仪，其特征在于：样平台(5)通过微调螺杆与微调手柄(9)相连，转动微调手柄，使样品台沿螺杆(2)方向前后移动，实现对样品台位置的微调。
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