CN108801957B - 一种基于光学方法的生化物质检测仪器及其校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光学方法的生化物质检测仪器及其校准方法，属于生化物质检测技术领域，通过MCU芯片控制选择LED驱动器恒流大小、滤光片波长以及可调增益；分别记录下在四个波长滤光片下的空载值和在加入吸光度从小到大的标准物质后测得的有载值；通过空载值和有载值计算得到标准物质的吸光度A；将计算得到标准物质的吸光度A与该标准物质的标准吸光度进行对比分析，得到在不同波长滤光片下的校准值，将该校准值直接写入硬件的EEPROM里。本发明使检测仪器测试的结果更加准确，使用该校准方法相对于制定校准方案对检测***进行全面的性能测试及验证这种校准方法，时间和成本均大大减少。
Description
技术领域
本发明涉及一种生化物质检测仪器及其校准方法，特别是涉及一种基于光学方法的生化物质检测仪器及其校准方法，属于生化物质检测技术领域。
背景技术
目前的生化物质检测仪器，由于性能受限或者是硬件上存在的差异性，在使用标准物质进行检测时发现，测得的数据与国家计量部门对标准物质出具的检测报告中的结果对比发现有一定的偏差，这些偏差有的在合理的范围内不用校正，而有的数据则偏差较大，需要进行校正才行。
基于光学方法的生化物质检测仪器属于国家计量检定的仪器设备，由于诸多因素限制，该检测仪器检定工作开展并不顺利，因此，校准对于保障生化物质检测仪器正常运行、保证检测结果准确可靠至关重要，校准不仅仅是为了发现生化物质检测仪器的工作状态是否正常，也就是说校准不是目的，而是一种手段，通过校准调整仪器的工作状态，及时发现检测仪器已经存在或者影响检测结果的因素，排除故障，确保仪器正常工作，目前，对生化物质检测仪器的校准方法主要有两种，其一是用标准物质进行检测，其二是制定校准方案对检测***进行全面的性能测试及验证。
鉴于以上的两种对生化物质检测仪器的校准方法，本发明对生化物质检测仪器的校准进行优化改进，另外，第一种方案中用标准物质检测来对生化物质检测仪器进行校正，更多的是一种校准验证的过程，而没有对仪器做出实际的校准措施，因此，为了解决以上两个问题，需要提出一种基于光学方法的生化物质检测仪器。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种基于光学方法的生化物质检测仪器及其校准方法，解决其校准过程所需要花费时间过长、投入成本大的问题。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种基于光学方法的生化物质检测仪器，包括MCU芯片及分别与所述MCU芯片连接用于LED驱动的LED驱动器、用于进行滤光的滤光片、用于将电信号进行放大的增益可调放大电路和用于进行信号采集的ADC采集电路，所述LED驱动器与白光LED连接，所述滤光片通过光纤与样品测试盒连接，所述白光LED通过所述滤光片与样品测试盒连接，所述样品测试盒通过光电传感器与所述增益可调放大电路连接，所述增益可调放大电路通过ADC采集电路与所述MCU芯片连接。
优选的，所述LED驱动器位于生化物质检测仪器的发射端，所述LED驱动器通过恒流驱动，所述LED驱动器的最大驱动电流为1.3A，其LED驱动光源有45ma和145ma两个量程。
优选的，所述增益可调放大电路位于生化物质检测仪器的接收端，所述增益可调放大电路的增益选择有1倍和5倍两个量程。
优选的，所述滤光片为具有4个波长的滤光片，所述滤光片的4个波长分别为412nm、520nm、550nm和630nm。
优选的，所述白光LED为全光谱白光LED，所述全光谱白光LED覆盖测试所需的全部波长，且每个波长下都有足够的发光强度。
优选的，所述光电传感器为光敏二极管，为所述全光谱白光LED所需各波长下灵敏度均高的OSD1226型光敏二极管，用于保证测试所需各波长的光均可有效发射和接收。
优选的，所述光敏二极管将透过样品测试盒的光信号转化成电信号，该电信号经过所述增益可调放大电路放大后被所述ADC采集电路采集到，所述ADC采集电路将采集的结果传输到所述MCU芯片进行数据分析。
一种基于光学方法的生化物质检测仪器的校准方法，包括如下步骤：
通过MCU芯片控制选择切换LED驱动器的恒流大小、滤光片的波长以及增益可调放大电路的可调增益，使ADC采集电路采集的数据在一个合理的数值上；
分别记录下在412nm、520nm、550nm和630nm四个波长的滤光片下测得的空载值和在加入吸光度从小到大的标准物质后测得的有载值；
通过测试空载值和加入标准物质后的有载值计算得到标准物质的吸光度A；
将计算得到标准物质的吸光度A与该标准物质的标准吸光度进行对比分析，得到不同吸光度的标准物质在不同波长滤光片下的校准值，然后将该校准值直接写入硬件的EEPROM里。
进一步的，空载值为ADC采集电路量程的三分之二以上，为不饱和状态。
进一步的，吸光度A分别与有载值和空载值的关系，如公式1所示：
A＝-lg(有载值/空载值) (公式1)
其中，空载值为未加入标准物质样品测得的AD值；有载值为加入吸光度从小到大的标准物质后测得的AD值。
本发明的有益技术效果：
1、本发明提供的基于光学方法的生化物质检测仪器及其校准方法，是对检测仪器使用标准物质进行检测，更换合适的滤光片、发射端选择合适的光强和接收端选择合适的增益，然后完成相应测试，最后对该数据进行分析校正，并将检测仪器的校正值写入EEPROM里，发射端的LED驱动光源有45ma和145ma两个量程，可进行程控切换，接收端的增益选择也有两个量程可进行程控，有4个波长的滤光片可以进行程控切换，通过ADC数据采集传输到MCU。
2、本发明提供的基于光学方法的生化物质检测仪器的校准方法，是使用标准物质对基于光学方法的生化物质检测仪器校准过程的优化改进，在对基于光学方法的生化物质检测仪器校准过程中，程控切换驱动光源的恒定电流和可变增益放大电路，使ADC采集的数据在量程的三分之二以上，从而在样品吸光度过高的测试下，不至于测出零值的情况而导致无法测出准确结果。
3、本发明提供的基于光学方法的生化物质检测仪器及其校准方法，在使用的标准物质对基于光学方法的生化物质检测仪器校准过程的优化改进后，检测仪器测试的结果更加准确，使用该校准方法相对于制定校准方案对检测***进行全面的性能测试及验证这种校准方法，时间和成本均大大减少。
附图说明
图1为按照本发明的基于光学方法的生化物质检测仪器的一优选实施例的结构原理图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器，包括MCU芯片及分别与MCU芯片连接用于LED驱动的LED驱动器、用于进行滤光的滤光片、用于将电信号进行放大的增益可调放大电路和用于进行信号采集的ADC采集电路，LED驱动器与白光LED连接，滤光片通过光纤与样品测试盒连接，白光LED通过滤光片与样品测试盒连接，样品测试盒通过光电传感器与增益可调放大电路连接，增益可调放大电路通过ADC采集电路与MCU芯片连接。
在本实施例中，如图1所示，LED驱动器位于生化物质检测仪器的发射端，LED驱动器通过恒流驱动，LED驱动器的最大驱动电流为1.3A，其LED驱动光源有45ma和145ma两个量程，增益可调放大电路位于生化物质检测仪器的接收端，增益可调放大电路的增益选择有1倍和5倍两个量程，滤光片为具有4个波长的滤光片，滤光片的4个波长分别为412nm、520nm、550nm和630nm。
在本实施例中，如图1所示，白光LED为全光谱白光LED，全光谱白光LED覆盖测试所需的全部波长，且每个波长下都有足够的发光强度，光电传感器为光敏二极管，为全光谱白光LED所需各波长下灵敏度均高的OSD1226型光敏二极管，用于保证测试所需各波长的光均可有效发射和接收，光敏二极管将透过样品测试盒的光信号转化成电信号，该电信号经过增益可调放大电路放大后被ADC采集电路采集到，ADC采集电路将采集的结果传输到MCU芯片进行数据分析。
如图1所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器的校准方法，包括如下步骤：
通过MCU芯片控制选择切换LED驱动器的恒流大小、滤光片的波长以及增益可调放大电路的可调增益，使ADC采集电路采集的数据在一个合理的数值上；
分别记录下在412nm、520nm、550nm和630nm四个波长的滤光片下测得的空载值和在加入吸光度从小到大的标准物质后测得的有载值；
通过测试空载值和加入标准物质后的有载值计算得到标准物质的吸光度A；
将计算得到标准物质的吸光度A与该标准物质的标准吸光度进行对比分析，得到不同吸光度的标准物质在不同波长滤光片下的校准值，然后将该校准值直接写入硬件的EEPROM里。
在本实施例中，空载值为ADC采集电路量程的三分之二以上，为不饱和状态。
在本实施例中，吸光度A分别与有载值和空载值的关系，如公式1所示：
A＝-lg(有载值/空载值) (公式1)
其中，空载值为未加入标准物质样品测得的AD值；有载值为加入吸光度从小到大的标准物质后测得的AD值。
在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器的校准说明如下：
通过MCU控制选择切换合适的LED驱动的恒流大小、滤光片以及接收端可调增益，以使得ADC采集的数据在一个合理的数值上，正常空载值为ADC量程的三分之二以上，不可以饱和，这样对测试标准物质中吸光度比较高的测试结果才不会太小，甚至出现零值的情况，分别记录下在412nm、520nm、550nm和630nm四个波长的滤光片下测得的空载值和在加入吸光度从小到大标准物质后测得的加载值。
在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器的原理分析如下：
通过测试空载值和加入标准物质后的有载值计算得到标准物质的吸光度，空载值为未加入标准物质样品测得的AD值，有载值为加入标准物质样品后测得的AD值，吸光度A与有载值和空载值的关系，如公式1所示，然后将A值与国家权威计量部门出具的对该标准物质的检测报告结果做对比分析，得到不同吸光度的标准物质在不同波长滤光片下的校准值，然后将该校准值直接写入硬件的EEPROM里。
A＝-lg(有载值/空载值) (公式1)
在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器的校准方法，是使用标准物质对基于光学方法的生化物质检测仪器校准过程的优化改进，在对基于光学方法的生化物质检测仪器校准过程中，程控切换驱动光源的恒定电流和可变增益放大电路，使ADC采集的数据在量程的三分之二以上，从而在样品吸光度过高的测试下，不至于测出零值的情况而导致无法测出准确结果。
在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器及其校准方法，在使用的标准物质对基于光学方法的生化物质检测仪器校准过程的优化改进后，检测仪器测试的结果更加准确，使用该校准方法相对于制定校准方案对检测***进行全面的性能测试及验证这种校准方法，时间和成本均大大减少。
综上所述，在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器及其校准方法，是对检测仪器使用标准物质进行检测，更换合适的滤光片、发射端选择合适的光强和接收端选择合适的增益，然后完成相应测试，最后对该数据进行分析校正，并将检测仪器的校正值写入EEPROM里，发射端的LED驱动光源有45ma和145ma两个量程，可进行程控切换，接收端的增益选择也有两个量程可进行程控，有4个波长的滤光片可以进行程控切换，通过ADC数据采集传输到MCU。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于光学方法的生化物质检测仪器的校准方法，其特征在于，所述生化物质检测仪器包括MCU芯片及分别与所述MCU芯片连接用于LED驱动的LED驱动器、用于进行滤光的滤光片、用于将电信号进行放大的增益可调放大电路和用于进行信号采集的ADC采集电路，所述LED驱动器与白光LED连接，所述滤光片通过光纤与样品测试盒连接，所述白光LED通过所述滤光片与样品测试盒连接，所述样品测试盒通过光电传感器与所述增益可调放大电路连接，所述增益可调放大电路通过ADC采集电路与所述MCU芯片连接；
所述LED驱动器位于生化物质检测仪器的发射端，所述LED驱动器通过恒流驱动，所述LED驱动器的最大驱动电流为1.3A，其LED驱动光源有45ma和145ma两个量程；
所述增益可调放大电路位于生化物质检测仪器的接收端，所述增益可调放大电路的增益选择有1倍和5倍两个量程；
所述滤光片为具有4个波长的滤光片，所述滤光片的4个波长分别为412nm、520nm、550nm和630nm；
所述校准方法包括如下步骤：
通过MCU芯片控制选择切换LED驱动器的恒流大小、滤光片的波长以及增益可调放大电路的可调增益，使ADC采集电路采集的数据在一个合理的数值上；
分别记录下在412nm、520nm、550nm和630nm四个波长的滤光片下测得的空载值和在加入吸光度从小到大的标准物质后测得的有载值；
通过测试空载值和加入标准物质后的有载值计算得到标准物质的吸光度A；
将计算得到标准物质的吸光度A与该标准物质的标准吸光度进行对比分析，得到不同吸光度的标准物质在不同波长滤光片下的校准值，然后将该校准值直接写入硬件的EEPROM里；
所述空载值为ADC采集电路量程的三分之二以上，为不饱和状态。
2.如权利要求1所述的基于光学方法的生化物质检测仪器的校准方法，其特征在于，所述白光LED为全光谱白光LED，所述全光谱白光LED覆盖测试所需的全部波长，且每个波长下都有足够的发光强度。
3.如权利要求2所述的基于光学方法的生化物质检测仪器的校准方法，其特征在于，所述光电传感器为光敏二极管，为所述全光谱白光LED所需各波长下灵敏度均高的OSD1226型光敏二极管，用于保证测试所需各波长的光均可有效发射和接收。
4.如权利要求3所述的基于光学方法的生化物质检测仪器的校准方法，其特征在于，所述光敏二极管将透过样品测试盒的光信号转化成电信号，该电信号经过所述增益可调放大电路放大后被所述ADC采集电路采集到，所述ADC采集电路将采集的结果传输到所述MCU芯片进行数据分析。
5.如权利要求1所述的基于光学方法的生化物质检测仪器的校准方法，其特征在于，吸光度A分别与有载值和空载值的关系，如公式1所示：
A＝-lg(有载值/空载值) (公式1)
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| GR01 | Patent grant | ||
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