專利名稱：一種二噁英類毒素信號采集裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種二噁英類毒素信號采集裝置和方法。
背景技術(shù)：
二噁英類是由I個或2個氧原子連接2個氯取代的苯環(huán)組成的三環(huán)芳香族有機(jī)化合物，包括多氯苯并二卩惡英類(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins,簡稱PCDDs)和多氯二苯并呋喃(Polychlorinated dibenzo-p-furans,簡稱PCDFs),統(tǒng)稱為二卩惡英類。因其具有極強(qiáng)的致癌性、生物富集性等危害，受到國際社會的廣泛關(guān)注。二噁英是人類生產(chǎn)過程中無意產(chǎn)生的有機(jī)污染物，來源非常廣，其中廢物焚燒被認(rèn)為是主要的產(chǎn)生源之一。
目前國際上采用較多的檢測二噁英類的方法是色譜法(HRGC/HRMS )、免疫測定(EIA)法和生物測定法三種。色譜法的優(yōu)點是可以分離二噁英類的每種成分，并進(jìn)行準(zhǔn)確定量，能測出痕量毒物(fg/g)，但不能進(jìn)行二噁英類總量計算，也不能用一根色譜儀分離柱分離出全部異構(gòu)體。該方法需要復(fù)雜的樣品前處理過程，測試周期較長，并且要求有精密的儀器、良好的實驗環(huán)境、經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的操作人員等，用該法檢測二噁英類毒物的費用高達(dá)1000-3000美元，費用昂貴。免疫測定技術(shù)的原理是基于免疫系統(tǒng)所產(chǎn)生的抗體與二噁英(抗原)具有很強(qiáng)的特異結(jié)合性，其選擇性好、靈敏度高，相較于色譜法所需時間較短；操作簡便，包括樣本前處理和檢測過程；檢測樣品費用較低，大約每個樣100美元，但其抗體不易獲得，制備非常復(fù)雜，因為抗體原因免疫測定技術(shù)并不能檢測所有的同系物，制備抗體一般只針對幾種毒性較大的種類。生物學(xué)測定法主要是通過與機(jī)體細(xì)胞內(nèi)Ah受體活化程度的測定來間接表達(dá)二噁英類的TEQ(毒性當(dāng)量)，目前主要使用的方法為熒光素酶法，是將螢火蟲熒光素酶作為報告基因結(jié)合到控制轉(zhuǎn)錄的DRE上，制備成質(zhì)粒載體并轉(zhuǎn)染H411E白鼠癌細(xì)胞(含Ah受體)。此構(gòu)成的熒光素酶誘導(dǎo)活性與二噁英的毒性系數(shù)相對應(yīng)。此種方法存在的問題是，二噁英類誘導(dǎo)的熒光素酶產(chǎn)生的光信號非常微弱，并沒有得到廣泛應(yīng)用，目前還僅限于實驗室應(yīng)用，所需檢測儀器造價昂貴。因此，如果能夠快速準(zhǔn)確測量到二噁英類誘導(dǎo)的熒光素酶產(chǎn)生的微弱光信號，進(jìn)而實現(xiàn)二噁英類毒素的檢測，具有極大的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種二噁英類毒素信號采集裝置，該裝置能夠準(zhǔn)確快速測量二噁英類誘導(dǎo)的熒光素酶產(chǎn)生的微弱光信號，具有分辨率高、精度高、線性寬、成本低等優(yōu)點。同時本發(fā)明還提供了一種基于上述裝置的二噁英類毒素信號采集方法。本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)一種二噁英類毒素信號采集裝置，包括電源管理模塊、升壓電路、光電轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、脈沖甄別器、二分頻計數(shù)器、控制單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，生物所發(fā)微弱光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為微弱電信號，然后經(jīng)運(yùn)算放大器放大后傳遞到脈沖甄別器，脈沖甄別器與二分頻計數(shù)器連接，用于對信號電壓幅度進(jìn)行比較，當(dāng)脈沖電壓幅度超過設(shè)定閾值，輸出高電平信號，并經(jīng)二分頻計數(shù)器發(fā)送到控制單元；控制單元通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器與脈沖甄別器相連，用于將設(shè)定的脈沖電壓幅度閾值發(fā)送到脈沖甄別器；電源管理模塊用于給裝置各部件供電；升壓電路一端與電源管理模塊連接，另一端與光電轉(zhuǎn)換器相連，用于將電源管理模塊的電壓升壓至光電轉(zhuǎn)換器工作電壓；控制單元還與上位機(jī)相連。采用脈沖甄別器的目的是因為光電轉(zhuǎn)換器所采集到的這個電壓值并不穩(wěn)定，具體呈現(xiàn)為一種交流信號，因此為了使測量準(zhǔn)確，所以在測量時比照峰值，由控制單元設(shè)置一個閾值對不符合要求的信號進(jìn)行剔除。優(yōu)選的，所述電源管理模塊使用外置6V直流供電，或使用3. 6V鋰電池供電，內(nèi)部包括充電管理模塊。更進(jìn)一步的，所述電源管理模塊使用3. 6V鋰電池供電時，電源管理模塊還包括
3.6-5V的直流升壓電路，用于將3. 6V鋰電池供電電壓升壓至5V直流供電。 優(yōu)選的，所述升壓電路采用⑶4047芯片，該芯片用于將5V直流升壓到直流1000V。優(yōu)選的，所述光電轉(zhuǎn)換器具體為光電倍增管，使用濱松光子CR314-01，波長響應(yīng)范圍 300_650nm。更進(jìn)一步的，所述光電倍增管中包括分壓電阻鏈，該分壓電阻鏈采用高精度1%金屬膜電阻。優(yōu)選的，所述運(yùn)算放大器采用高精度1%金屬膜電阻，運(yùn)算放大器后級耦合電容采用獨石電容，運(yùn)算放大器前級耦合電容采用耐高壓瓷片電容。優(yōu)選的，所述脈沖甄別器采用AD8611AR高速電壓比較器。優(yōu)選的，所述二分頻計數(shù)器采用74HC160芯片。優(yōu)選的，所述控制單元為單片機(jī)。例如采用ATMELATMEGA128L芯片。優(yōu)選的，所述控制單元采用RS232通訊方式與上位機(jī)連接。優(yōu)選的，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用MAX520芯片，該芯片具有8位精度，并且采用I2C通信方式。優(yōu)選的，所述裝置還包括存儲模塊LY62256SL芯片，用于存儲采集的信號數(shù)據(jù)，與控制單兀連接。優(yōu)選的，所述裝置還包括顯示單元和鍵盤模塊，均分別與控制單元相連。更進(jìn)一步的，所述顯示單元為液晶顯示器，采用12864字符型點陣顯示器。這種液晶顯示器具有界面友好、直觀的優(yōu)點。更進(jìn)一步的，所述鍵盤模塊采用行列掃描式鍵盤。能減少外圍電路。一種基于上述裝置的二噁英類毒素信號采集方法，具體包括以下步驟(I)將二噁英類誘導(dǎo)的熒光素酶生物反應(yīng)所發(fā)微弱光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為微弱電信號;(2)然后經(jīng)運(yùn)算放大器放大后傳遞到脈沖甄別器；(3)脈沖甄別器對信號電壓幅度進(jìn)行判斷，當(dāng)脈沖電壓幅度超過設(shè)定閾值時，輸出高電平信號到二分頻計數(shù)器，二分頻計數(shù)器將方波數(shù)除以2然后將方波信號發(fā)送到控制單元內(nèi)部計數(shù)器；( 4 )控制單元對方波脈沖信號在單位時間內(nèi)計數(shù)并發(fā)送到顯示器進(jìn)行顯示。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果I、本發(fā)明采用了光電倍增管和運(yùn)算放大器，從而能夠高速實現(xiàn)微信號放大，有效提高測量精度。2、本發(fā)明采用高精度、高速的脈沖甄別器，有效去除本底噪音，提高了測量準(zhǔn)確度。3、本發(fā)明中的控制單元和上位機(jī)之間RS232通訊，從而可實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳和下載。4、本發(fā)明中的電源管理模塊采用便攜式設(shè)計，既可使用外接電源也可使用鋰電池供電系統(tǒng)，更加便于攜帶。



圖I是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例I如圖I所示，本實施例所述一種二噁英類毒素信號采集裝置，包括電源管理模塊、升壓電路、光電轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、脈沖甄別器、二分頻計數(shù)器、控制單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。裝置運(yùn)行時，生物所發(fā)微弱光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為微弱電信號，然后經(jīng)運(yùn)算放大器放大后傳遞到脈沖甄別器，脈沖甄別器與二分頻計數(shù)器連接，用于對信號電壓幅度進(jìn)行比較，當(dāng)脈沖電壓幅度超過設(shè)定閾值，輸出高電平信號，并經(jīng)二分頻計數(shù)器發(fā)送到控制單元；控制單元通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器與脈沖甄別器相連，用于將設(shè)定的脈沖電壓幅度閾值發(fā)送到脈沖甄別器；電源管理模塊用于給裝置各部件供電；升壓電路一端與電源管理模塊連接，另一端與光電轉(zhuǎn)換器相連，用于將電源管理模塊的電壓升壓至光電轉(zhuǎn)換器工作電壓；控制單元還與上位機(jī)(電腦)相連。本實施例中，所述電源管理模塊使用3. 6V鋰電池供電，內(nèi)部包括充電管理模塊和直流升壓電路，用于將3. 6V鋰電池供電電壓升壓至5V直流供電。在實際使用過程中，也可根據(jù)實際運(yùn)行環(huán)境使用外置6V直流供電。升壓電路具體采用⑶4047芯片，該芯片用于將5V直流升壓到直流1000V。光電轉(zhuǎn)換器具體為光電倍增管，使用濱松光子CR314-01，波長響應(yīng)范圍300-650nm。光電倍增管中包括分壓電阻鏈，該分壓電阻鏈采用高精度1%金屬膜電阻。運(yùn)算放大器采用高精度1%金屬膜電阻，運(yùn)算放大器后級耦合電容采用獨石電容，運(yùn)算放大器前級耦合電容采用耐高壓瓷片電容。脈沖甄別器采用AD8611AR高速電壓比較器。 二分頻計數(shù)器采用74HC160芯片?？刂茊卧獮椴捎肁TMELATMEGA128L芯片的單片機(jī)，并采用RS232通訊方式與上位機(jī)連接。數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用MAX520芯片，該芯片具有8位精度，并且采用I2C通信方式。本實施例中，所述裝置還包括用于存儲采集的信號數(shù)據(jù)的存儲模塊LY62256SL芯片、顯示單元和鍵盤模塊，均分別與控制單元相連。所述顯示單元為液晶顯示器，采用12864字符型點陣顯示器。所述鍵盤模塊采用行列掃描式鍵盤。一種基于上述裝置的二噁英類毒素信號采集方法，具體包括以下步驟(I)將二噁英類誘導(dǎo)的熒光素酶生物反應(yīng)所發(fā)微弱光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為微弱電信號;(2)然后經(jīng)運(yùn)算放大器放大后傳遞到脈沖甄別器；(3)脈沖甄別器對信號電壓幅度進(jìn)行判斷，當(dāng)脈沖電壓幅度超過設(shè)定閾值時，輸出高電平信號到二分頻計數(shù)器，二分頻計數(shù)器將方波數(shù)除以2然后將方波信號發(fā)送到控制單元內(nèi)部計數(shù)器；( 4 )控制單元對方波脈沖信號在單位時間內(nèi)計數(shù)并發(fā)送到顯示器進(jìn)行顯示。 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種二噁英類毒素信號采集裝置，其特征在于，包括電源管理模塊、升壓電路、光電轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、脈沖甄別器、二分頻計數(shù)器、控制單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，生物所發(fā)微弱光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為微弱電信號，然后經(jīng)運(yùn)算放大器放大后傳遞到脈沖甄別器，脈沖甄別器與二分頻計數(shù)器連接，用于對信號電壓幅度進(jìn)行比較，當(dāng)脈沖電壓幅度超過設(shè)定閾值，輸出高電平信號，并經(jīng)二分頻計數(shù)器發(fā)送到控制單元；控制單元通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器與脈沖甄別器相連，用于將設(shè)定的脈沖電壓幅度閾值發(fā)送到脈沖甄別器；電源管理模塊用于給裝置各部件供電；升壓電路一端與電源管理模塊連接，另一端與光電轉(zhuǎn)換器相連，用于將電源管理模塊的電壓升壓至光電轉(zhuǎn)換器工作電壓；控制單元還與上位機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二噁英類毒素信號采集裝置，其特征在于，所述電源管理模塊使用外置6V直流供電，或使用3. 6V鋰電池供電，內(nèi)部包括充電管理模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二噁英類毒素信號采集裝置，其特征在于，所述電源管理模塊使用3. 6V鋰電池供電時，電源管理模塊還包括3. 6-5V的直流升壓電路，用于將3. 6V鋰電池供電電壓升壓至5V直流供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二噁英類毒素信號采集裝置，其特征在于，所述升壓電路采用⑶4047芯片，該芯片用于將5V直流升壓到直流1000V。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二噁英類毒素信號采集裝置，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換器具體為光電倍增管，使用濱松光子CR314-01，波長響應(yīng)范圍300-650nm ;所述光電倍增管中包括分壓電阻鏈，該分壓電阻鏈采用高精度1%金屬膜電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二噁英類毒素信號采集裝置，其特征在于，所述運(yùn)算放大器采用高精度1%金屬膜電阻，運(yùn)算放大器后級耦合電容采用獨石電容，運(yùn)算放大器前級耦合電容采用耐高壓瓷片電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二噁英類毒素信號采集裝置，其特征在于，所述脈沖甄別器采用AD8611AR高速電壓比較器； 所述二分頻計數(shù)器采用74HC 160芯片； 所述控制單元為單片機(jī)； 所述控制單元采用RS232通訊方式與上位機(jī)連接； 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用MAX520芯片，該芯片具有8位精度，并且采用I2C通信方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二噁英類毒素信號采集裝置，其特征在于，所述裝置還包括存儲模塊LY62256SL芯片，用于存儲采集的信號數(shù)據(jù)，與控制單元連接；所述裝置還包括顯示單元和鍵盤模塊，均分別與控制單元相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二噁英類毒素信號采集裝置，其特征在于，所述顯示單元為液晶顯示器，采用12864字符型點陣顯示器； 所述鍵盤模塊采用行列掃描式鍵盤。
10.一種基于權(quán)利要求1-9任一項所述的二噁英類毒素信號采集裝置的采集方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將二噁英類誘導(dǎo)的熒光素酶生物反應(yīng)所發(fā)微弱光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為微弱電信號; (2)然后經(jīng)運(yùn)算放大器放大后傳遞到脈沖甄別器； (3)脈沖甄別器對信號電壓幅度進(jìn)行判斷，當(dāng)脈沖電壓幅度超過設(shè)定閾值時，輸出高電平信號到二分頻計數(shù)器，二分頻計數(shù)器將方波數(shù)除以2然后將方波信號發(fā)送到控制單元內(nèi)部計數(shù)器； (4)控制單元對方波脈沖信號在單位時間內(nèi)計數(shù)并發(fā)送到顯示器進(jìn)行顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二噁英類毒素信號采集裝置和方法，該裝置包括光電轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、脈沖甄別器、二分頻計數(shù)器、控制單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，生物所發(fā)微弱光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為微弱電信號，然后經(jīng)運(yùn)算放大器放大后傳遞到脈沖甄別器，脈沖甄別器對信號電壓幅度進(jìn)行比較，當(dāng)脈沖電壓幅度超過設(shè)定閾值，輸出高電平信號，并經(jīng)二分頻計數(shù)器發(fā)送到控制單元；控制單元將設(shè)定的脈沖電壓幅度閾值通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器發(fā)送到脈沖甄別器；控制單元與上位機(jī)相連。上述各器件電壓均由電源管理模塊供電。光電轉(zhuǎn)換器工作電壓是通過升壓電路升壓得到。本發(fā)明還公開了一種基于上述裝置的采集方法。本發(fā)明能夠高速實現(xiàn)微信號放大，有效去除本底噪音，提高測量精度。
文檔編號G01N21/27GK102967563SQ201210488819
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者羅文波 申請人:東莞博萊特生物科技有限公司