CN109945971B - 用于紫外线检测的可视化荧光传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于紫外线检测的可视化荧光传感器及其制作方法，属于对紫外辐射敏感的器件技术领域。荧光传感器包含有成像通道和功能元件，成像通道用于提供光线从进入到成像所需的传导通道，以及为各个功能元件提供安置的基础，功能元件包含有滤光元件、反射元件、荧光激发元件、成像元件以及叠加光源元件；该荧光传感器用于紫外线检测，具有体积小，制造工艺简单，成本低，操作简单，可视化和可重复使用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及对紫外辐射敏感的器件技术领域，具体涉及一种用于紫外线检测的可视化荧光传感器及其制作方法。
背景技术
紫外线检测传感器是指在不同的紫外线强度下对紫外线有响应的半导体材料产生不同的光电信号的一种传感器，如申请号为CN 201720018821.7的中国实用新型专利公开了一种高灵敏度的微型集成紫外线检测传感器，其连接有电信号的线路板上设有芯片组，芯片组通过芯片组连线与线路板连接，芯片组周围设有封装层，芯片组包括有若干个紫外线检测芯片，紫外线检测芯片之间通过导电线进行串联并连接，该紫外线检测传感器具有灵敏度高、体积小、可靠性高的优点，并且在安装过程中误差小、效率高、成品率高且适合大批量生产。
目前，紫外线检测传感器的研究主要集中于光电传感器和荧光传感器。光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。其工作原理基于光电效应。光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。光电传感器具有灵敏度高，响应速度快，稳定性好等优点。但光电传感器的制作工艺比较复杂；材料合成需要用到较多的设备，并且需要用到贵金属材料，因此价格并不低廉；光电传感器的一部分为电分析仪器，该仪器往往较大，不方便携带，因此不适合户外检测。
荧光传感器是指将分子间的相互作用转换为荧光信号表现出来的装置。荧光传感器是一种灵敏度高、选择性好、稳定性良好的一种传感器，在环境监测、食品安全、生命科学、临床医学等领域得到越来越多的应用。虽然荧光传感器可小型化，但是其检测器价格较昂贵。如果不用检测器，直接用肉眼观察，则因为人类眼睛的敏感度不高，导致检测的灵敏度低。
因此研制一种成本低，制备简单，体积小，可重复利用和可视化的紫外线检测传感器对推进户外的紫外线检测具有重要意义。近年来随着新材料，尤其是荧光纳米材料的发展，以及3D打印技术的出现，使可视化荧光传感应用于户外紫外线检测成为可能。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种用于紫外线检测的可视化荧光传感器及其制作方法，用于紫外线检测，具有体积小，制造工艺简单，成本低，操作简单，可视化和可重复使用的优点。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
用于紫外线检测的可视化荧光传感器，包含有：
成像通道，用于提供光线从进入到成像所需的传导通道，以及为各个功能元件提供安置的基础；
其中，所述成像通道的一端设置有紫外光收集窗口，另一端设置有成像观察窗口；
所述功能元件包含有滤光元件、反射元件、荧光激发元件、成像元件以及叠加光源元件；
紫外光由所述紫外光收集窗口进入所述成像通道，通过所述滤光元件后在所述荧光激发元件上产生荧光，所述荧光与所述叠加光源元件产生的光线相叠加后在所述成像元件上成像，从所述成像观察窗口观察该成像。
作为上述技术方案的优选，所述滤光元件为紫外滤光片；所述反射元件为镀金玻璃片；所述荧光激发元件为荧光薄膜；所述成像元件为中空的铝片；所述叠加光源元件为绿色的LED灯。
作为上述技术方案的优选，所述成像通道上还设置有若干个功能元件插槽和一个光源放置孔；
所述功能元件插槽用于安置所述滤光元件、所述反射元件、所述荧光激发元件和所述成像元件；
所述光源放置孔用于安置所述叠加光源元件。
作为上述技术方案的优选，所述功能元件插槽为双槽结构，由外槽和内槽构成，所述内槽用于限位所述功能元件，所述外槽用于放置形状匹配的遮光材料，用于遮光和固定所述功能元件。
作为上述技术方案的优选，所述叠加光源元件通过环氧树脂与所述光源放置孔相固接。
作为上述技术方案的优选，所述紫外光收集窗口和所述成像观察窗口所在面为平面，且两个所述的平面相互垂直。
作为上述技术方案的优选，所述反射元件所在面为平面，且所述反射元件所在的平面与所述紫外光收集窗口所在平面、所述成像观察窗口所在平面均呈45度角。
用于紫外线检测的可视化荧光传感器的制作方法，包括如下步骤：
①制作成像通道：在绘图软件中绘制成像通道的三维模型，然后将其导入到3D打印机中打印出所述成像通道；
②安装功能元件：在所述成像通道上的相应位置处安装滤光元件、反射元件、荧光激发元件、成像元件和叠加光源元件即成。
作为上述技术方案的优选，所述滤光元件、所述反射元件、所述荧光激发元件和所述成像元件安装入功能元件插槽中，并用遮光材料封堵、闭光；所述叠加光源元件安装入光源放置孔中，并用环氧树脂相固接。
作为上述技术方案的优选，所述绘图软件为AutoCAD，所述3D打印机所用图形转换软件为Cura14.07。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
（1）体积小：方便携带，适合户外实时检测紫外线；
（2）成本低：整个装置除紫外滤光片外，其他的材料都是廉价易得的。滤光片由于尺寸较小，因此成本也较低；
（3）制作工艺简单：只需要在打印出成像通道后将功能元件放入指定位置，然后用环氧树脂胶和遮光材料密封就可完成，工艺十分简单；
（4）可重复使用：由于紫外线并不会消耗功能元件，因此该传感器可重复使用，且将传感器的紫外线收集窗口对准光源就可检测，操作十分简单；
（5）可视化：装置采用双色光叠加成像的方法，利用LED灯的绿光与紫外线激发的荧光薄膜的红色荧光相叠加，通过不同紫外线强度下产生从绿光到黄光再到橙光的颜色成像，该颜色变化可灵敏地被肉眼识别。
附图说明
图1为实施例所述的用于紫外线检测的可视化荧光传感器结构示意图；
图2为在图1的左视图；
图中， 1-成像通道、1-1-紫外光收集窗口、1-2-成像观察窗口、1-3-功能元件插槽、1-4-光源放置孔、2-滤光元件、3-反射元件、4-荧光激发元件、5-成像元件、6-叠加光源元件。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图以实施例对本发明进行详细说明。
实施例：如图1~图2所示，用于紫外线检测的可视化荧光传感器，由成像通道1和设置在所述成像通道1上的功能元件构成。
成像通道1呈“L”形，其两端分别设置有紫外光收集窗口1-1和成像观察窗口1-2，紫外光收集窗口1-1和所述成像观察窗口1-2所在面为平面，且两个所述的平面相互垂直；
功能元件包含有滤光元件2、反射元件3、荧光激发元件4、成像元件5以及叠加光源元件6，在本实施例中，分别为紫外滤光片、镀金玻璃片、荧光薄膜、中空的圆形铝片和绿色的LED灯，镀金玻璃片所在面为平面，且该平面与所述紫外光收集窗口1-1所在平面、所述成像观察窗口1-2所在平面均呈45度角设置；
其中，紫外滤光片、镀金玻璃片、荧光薄膜和铝片***到功能元件插槽1-3内，所述功能元件插槽1-3为双槽结构，由外槽和内槽构成，所述内槽用于限位所述功能元件，所述外槽用于放置形状匹配的遮光材料，用于遮光和固定所述功能元件；
LED灯通过环氧树脂与光源放置孔1-4相固接；
该检测器的体积较小，成像通道1的尺寸为：竖直部分40mm(长)×40mm(宽)×80mm(高)，横向部分115mm(长)×40mm(宽)×40mm(高)。
该检测器的制作方法为：
在AutoCAD软件中绘制出所要成像通道1的三维模型图，然后将其导入3D打印机中，经图形转换软件选用Cura14.07转换后打印出成像通道1的模型；
在成像通道1模型的功能元件插槽1-3上对应放入紫外滤光片，镀金玻璃片，荧光材料薄膜片和中空铝片，并用遮光材料封堵、闭光；
在图2所示左侧的光源放置孔1-4内放置绿光LED灯，并用环氧树脂密封，注意LED灯放置时应保持水平。
Claims (5)
1.用于紫外线检测的可视化荧光传感器，其特征在于，包含有：
成像通道（1），用于提供光线从进入到成像所需的传导通道，以及为各个功能元件提供安置的基础；
其中，所述成像通道（1）的一端设置有紫外光收集窗口（1-1），另一端设置有成像观察窗口（1-2）；
所述功能元件包含有滤光元件（2）、反射元件（3）、荧光激发元件（4）、成像元件（5）以及叠加光源元件（6）；
紫外光由所述紫外光收集窗口（1-1）进入所述成像通道（1），通过所述滤光元件（2）后在所述荧光激发元件（4）上产生荧光，所述荧光与所述叠加光源元件（6）产生的光线相叠加后在所述成像元件（5）上成像，从所述成像观察窗口（1-2）观察该成像；
所述成像通道（1）上还设置有若干个功能元件插槽（1-3）和一个光源放置孔（1-4）；
所述功能元件插槽（1-3）用于安置所述滤光元件（2）、所述反射元件（3）、所述荧光激发元件（4）和所述成像元件（5）；
所述光源放置孔（1-4）用于安置所述叠加光源元件（6）；
所述功能元件插槽（1-3）为双槽结构，由外槽和内槽构成，所述内槽用于限位所述功能元件，所述外槽用于放置形状匹配的遮光材料，用于遮光和固定所述功能元件。
2.根据权利要求1所述的用于紫外线检测的可视化荧光传感器，其特征在于：
所述滤光元件（2）为紫外滤光片；
所述反射元件（3）为镀金玻璃片；
所述荧光激发元件（4）为荧光薄膜；
所述成像元件（5）为中空的铝片；
所述叠加光源元件（6）为绿色的LED灯。
3.根据权利要求1所述的用于紫外线检测的可视化荧光传感器，其特征在于：所述叠加光源元件（6）通过环氧树脂与所述光源放置孔（1-4）相固接。
4.根据权利要求1所述的用于紫外线检测的可视化荧光传感器，其特征在于：所述紫外光收集窗口（1-1）和所述成像观察窗口（1-2）所在面为平面，且两个所述的平面相互垂直。
5.根据权利要求4所述的用于紫外线检测的可视化荧光传感器，其特征在于：所述反射元件（3）所在面为平面，且所述反射元件（3）所在的平面与所述紫外光收集窗口（1-1）所在平面、所述成像观察窗口（1-2）所在平面均呈45度角。
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