CN210835757U - 一种基于流式细胞仪apd恒温控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，包括：温度检测模块，光电转换模块，散热模块，以及安装底座；所述温度检测模块设置在所述光电转换模块分布的中心位置；所述光电转换模块由至少一个APD二极管组成，且与所述散热模块贴合设置；所述散热模块安装在所述安装底座上，并形成了流式细胞仪APD恒温控制装置。在本申请中，通过温度检测模块实时监测光电转换模块的温度参数，进一步通过散热模块进行实时的散热，弥补现有技术的APD稳定度较差和流式细胞仪采集稳定度较差的不足。

Description

一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置

技术领域

本实用新型涉及温控设备领域，尤其涉及一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置。

背景技术

流式细胞仪(Flow cytometry)一般包括：光学***、液流***、检测与数据处理***，有些流式细胞仪还包括细胞分选***，是一种可以快速、准确、客观、并能同时检测单个细胞多项物理和生物学特征的高科技生物医学检测仪器，广泛应用于生物细胞特性的研究及其定量研究。

流式细胞仪信号采集的原理：a液流***带动细胞以恒定的速度流动，流经液路的流动室时，受经过光学***整形的激光光斑照射，b被荧光染色之后的细胞会正向散射和侧向散射出不同波长的荧光信号，c荧光信号被电***的APD(光电雪崩二极管)接收并大增益的放大，被放大之后信号由采集卡接收处理并上传到上位机，d上位机将接收到的数据分析以提供不同的生物学结果。

由此可见，作为信号采集前端的光电采集部分的稳定度尤为重要，其中光电采集部分的传感器APD的稳定性是确保整机稳定性的基础，APD的增益稳定性受施加的反向电压和工作环境温度同时作用，保证了其反向电压的稳定度之后，需通过TEC和机械结构来保证APD的工作温度的温度。

光电接收模块中使用的光电转换器是高增益的APD，如图2所示，为APD增益与温度曲线，当APD上施加的反向电压接近最大反向电压时，此时APD的增益是很高的，甚至可达到103，此时APD的温度稳定度尤为重要，温度的微弱变化都会影响到APD的增益，在要求高精密、高稳定性的流式细胞仪上一定要确保每个APD的温度稳定。

因此，基于以上存在的技术问题，本实用新型提供了解决以上技术问题的技术方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，弥补现有技术的APD稳定度较差和流式细胞仪采集稳定度较差的不足。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，包括：温度检测模块，光电转换模块，散热模块，以及安装底座；所述温度检测模块设置在所述光电转换模块分布的中心位置；所述光电转换模块由至少一个APD二极管组成，且与所述散热模块贴合设置；所述散热模块安装在所述安装底座上，并形成了流式细胞仪APD恒温控制装置。

在本申请中，通过温度检测模块实时监测光电转换模块的温度参数，进一步通过散热模块进行实时的散热，弥补现有技术的APD稳定度较差和流式细胞仪采集稳定度较差的不足。

进一步优选的，所述散热模块包括：散热片，传热导体，以及制冷片。

进一步优选的，包括：所述传热导体设置有多个用于容纳将所述光电转换模块中的APD二极管的容纳腔；所述制冷片设置在所述散热片与所述传热导体之间，所述制冷片以及散热片与所述安装底座呈距离设置。

进一步优选的，包括：所述制冷片通过制冷控制板调整制冷温度；所述制冷控制板上设置有电源转换芯片，驱动控制模块，以及制冷控制芯片；所述电源转换芯片分别与所述驱动控制模块以及所述制冷控制芯片通信连接，所述电源转换电路将降压转换后的电压分别加载在所述驱动控制模块以及所述制冷控制芯片的电源端；在所述制冷控制芯片的控制下通过所述驱动控制模块，控制半导体制冷片制冷。

进一步优选的，所述驱动控制模块包括MOS管Q3和MOS管Q4；所述制冷控制芯片的第26引脚与所述MOS管Q3的第一栅极端(G1)连接，所述制冷控制芯片的第25引脚与所述MOS管Q3的第二栅极端(G2)连接，所述制冷控制芯片的第27引脚分别与所述MOS管Q3的各漏极端连接；所述MOS管Q3的第一源极(S1) 端接地，所述MOS管Q3的第二源极(S2)端接所述电源转换芯片转换后的电压；所述制冷控制芯片的第21引脚与所述MOS管Q4的第一栅极端(G1)连接，所述制冷控制芯片的第19引脚与所述MOS管Q4的第二栅极端(G2)连接，所述制冷控制芯片的第20引脚分别与所述MOS管Q4的各漏极端连接；所述MOS管Q4的第一源极(S1)端接地，所述MOS管Q4的第二源极(S2)端接所述电源转换芯片转换后的电压。

进一步优选的，在所述传热导体远离所述安装底座的一端设置容纳所述温度检测模块的容纳腔；所述温度检测模块的检测端靠近所述光电转换模块设置，所述温度检测模块的信号传输端远离所述温度检测模块设置。

进一步优选的，所述光电转换模块中各所述APD二极管设置有保护罩；所述保护罩通过导热胶与容纳腔贴合设置。

进一步优选的，所述散热模块包括：散热片，传热导体，所述散热片通过螺栓固设在所述传热导体上。

本实用新型提供的一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，至少带来以下一种有益效果如下：

本实用新型中，通过设置有制冷控制板，从而能够具有温控精度高，稳定性极好，可满足科研工作的需要；本实用新型设计合理、***简单、使用方便可靠，极具推广应用价值。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置的一个实施例示意图；

图2是本实用新型APD增益与温度曲线；

图3是本实用新型APD恒温控制装置测视图；

图4是本实用新型APD恒温控制装置后视图；

图5是本实用新型APD恒温控制装置APD安装图；

图6是本实用新型APD恒温控制PID曲线图；

图7是本实用新型APD恒温控制TEC控制原理图；

图8是本实用新型APD恒温控制TEC控制另一原理图。

图中：

1-温度传感器；2-二极管；3-紧固螺钉；4-半导体制冷片；5-底座； 6-散热片；7-铜块；

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

参考图1所示是本实用新型提供了一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置实施例的示意图；一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，包括：温度检测模块，光电转换模块，散热模块，以及安装底座；所述温度检测模块设置在所述光电转换模块分布的中心位置；所述光电转换模块由至少一个APD二极管组成，且与所述散热模块贴合设置；所述散热模块安装在所述安装底座上，并形成了流式细胞仪APD恒温控制装置。其中，包括APD二极管2、温度检测模块是通过热敏电阻进行检测，铜块7为传热导体，散热片6、温度传感器1、TEC(半导体制冷片4)、底座5。

为了能够实现快速的散热，其散热模块中设置了散热片6、EC(半导体制冷片)、TEC控制板；

APD二极管2安装在铜块7内，通过保护罩进行灯管的保护，该保护罩可以为铜帽，且被传热导体充分包围，且与铜块很好的贴合，在贴合处要涂抹导热硅脂，采用这种方法是为了铜块7与APD二极管2有很好的热接触，通过控制铜块的温度稳定度达到±0.1℃，使APD的工作温度稳定在±0.1℃。针对于本申请中 APD恒温控制装置的各个方向的视图请参见图3～图5所示；

热敏电阻插在铜块内，且处于APD二极管2分布面正中心的位置；TEC安装在铜块7与散热片中间，TEC的冷面紧贴铜块7，热面紧贴散热片，贴合处涂抹导热硅脂。TEC(半导体制冷片4)控制板安装在底座5上，且TEC控制电路具有功耗低，控制精度与稳定度高的特点。

TEC安装在铜块7与散热片6中间，TEC的冷面紧贴铜块，热面紧贴散热片6，贴合处要涂抹导热硅脂。保证TEC的冷面紧贴铜块，热面与散热片相紧贴，可以保证铜块的热量能够通过散热片快速散除，同时TEC两端的温差也会减小，制冷效率处于较高的状态。

图7-图8为制冷控制板(TEC控制板)原理图，制冷控制芯片选用的是ADI 公司的ADN8831，具有效率高达90％以上，温控精度可达±0.1℃等特点；DC/DC 电源模块选用LMZ31704RVQT,该电源模块集成屏蔽式电感器，抗干扰能力强，辐射干扰小6，且效率高达95％以上。

其连接关系为：进一步优选的，所述驱动控制模块包括MOS管Q3和MOS管 Q4；所述制冷控制芯片的第26引脚与所述MOS管Q3的第一栅极端(G1)连接，所述制冷控制芯片的第25引脚与所述MOS管Q3的第二栅极端(G2)连接，所述制冷控制芯片的第27引脚分别与所述MOS管Q3的各漏极端连接；所述MOS管 Q3的第一源极(S1)端接地，所述MOS管Q3的第二源极(S2)端接所述电源转换芯片转换后的电压；所述制冷控制芯片的第21引脚与所述MOS管Q4的第一栅极端(G1)连接，所述制冷控制芯片的第19引脚与所述MOS管Q4的第二栅极端 (G2)连接，所述制冷控制芯片的第20引脚分别与所述MOS管Q4的各漏极端连接；所述MOS管Q4的第一源极(S1)端接地，所述MOS管Q4的第二源极(S2) 端接所述电源转换芯片转换后的电压。

通过上述电路图可知在TEC控制板中，ADN8831的供电电压为3V-5.5V，本专利中设计ADN8831供电电压为3.3V，设置为3.3V的目的是:

a.当TEC制冷功率较大时，需要较大的输出电流，供电电压可能被拉低，若低于3V，则ADN8831工作失常，将供电电压设置为3.3V，则留有0.3V的余量供大电流情况下工作；

b.本设计中选用的MOSFET驱动TEC，若MOSFET上压降过大，则MOSFET会发热严重，直接导致TEC控制板升温，所以选用较低的工作电压，有利于减轻 MOSFE的功耗。实时监测APD的温度，图7中与传感器连接的信号为Rth1+；在 TEC控制板的时间常数设置为90s，由于铜块的体积较大，根据使用的铜块的体积计算得知铜块的时间常数为88.6s。通过以下公式进行计算相关参数：

T＝Rho*Cp*L^2/k＝(8933[kg/m^3]*385[J/kg/K]*(0.1[m])^2)/388[J/s/m/K]＝88.6[s]

其中：T--为热稳定时间；Rho--为密度，p--为比热容，L--为长度，K--为热传输系数；

根据本申请的实施方式，通过设置制冷片中设置的制冷控制板，实现控制的 PID响应，可以看出TEC控制板的PID响应曲线符合该铜块的热控制，调节时间也符合，后续也无振荡，因此本申请解决了现有技术中存在APD稳定度较差，以及采集不稳定的问题。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，其特征在于，包括：温度检测模块，光电转换模块，散热模块，以及安装底座；

所述温度检测模块设置在所述光电转换模块分布的中心位置；所述光电转换模块由至少一个APD二极管组成，且与所述散热模块贴合设置；所述散热模块安装在所述安装底座上，并形成了流式细胞仪APD恒温控制装置。

2.如权利要求1所述的一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，其特征在于，所述散热模块包括：散热片，传热导体，以及制冷片。

3.如权利要求2所述的一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，其特征在于，包括：所述传热导体设置有多个用于容纳将所述光电转换模块中的APD二极管的容纳腔；

所述制冷片设置在所述散热片与所述传热导体之间，所述制冷片以及散热片与所述安装底座呈距离设置。

4.如权利要求3所述的一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，其特征在于，包括：所述制冷片通过制冷控制板调整制冷温度；所述制冷控制板上设置有电源转换芯片，驱动控制模块，以及制冷控制芯片；

所述电源转换芯片分别与所述驱动控制模块以及所述制冷控制芯片通信连接，所述电源转换电路将降压转换后的电压分别加载在所述驱动控制模块以及所述制冷控制芯片的电源端；在所述制冷控制芯片的控制下通过所述驱动控制模块，控制半导体制冷片制冷。

5.根据权利要求4所述的一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，其特征在于，所述温度采集电路包括：所述驱动控制模块包括MOS管Q3和MOS管Q4；

所述制冷控制芯片的第26引脚与所述MOS管Q3的第一栅极端(G1)连接，所述制冷控制芯片的第25引脚与所述MOS管Q3的第二栅极端(G2)连接，所述制冷控制芯片的第27引脚分别与所述MOS管Q3的各漏极端连接；

所述MOS管Q3的第一源极(S1)端接地，所述MOS管Q3的第二源极(S2)端接所述电源转换芯片转换后的电压；

所述制冷控制芯片的第21引脚与所述MOS管Q4的第一栅极端(G1)连接，所述制冷控制芯片的第19引脚与所述MOS管Q4的第二栅极端(G2)连接，所述制冷控制芯片的第20引脚分别与所述MOS管Q4的各漏极端连接；

所述MOS管Q4的第一源极(S1)端接地，所述MOS管Q4的第二源极(S2)端接所述电源转换芯片转换后的电压。

6.如权利要求2所述的一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，其特征在于，

在所述传热导体远离所述安装底座的一端设置容纳所述温度检测模块的容纳腔；所述温度检测模块的检测端靠近所述光电转换模块设置，所述温度检测模块的信号传输端远离所述温度检测模块设置。

7.如权利要求1或2所述的一种基于流式细胞仪APD恒温控制装置，其特征在于，所述光电转换模块中各所述APD二极管设置有保护罩；所述保护罩通过导热胶与容纳腔贴合设置。

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