專利名稱：一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的方法及裝置，本發(fā)明涉及一種測(cè)量熒光壽命的方法，尤其是激發(fā)光源是周期性的任意波形就能夠測(cè)量得到熒光壽命。屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，普遍使用脈寬極窄的脈沖光源激發(fā)熒光樣品，測(cè)量發(fā)光隨時(shí)間的衰減來得到熒光壽命。這種時(shí)域測(cè)量技術(shù)通常要求光脈沖持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于熒光壽命，當(dāng)光脈沖持續(xù)時(shí)間和熒光壽命同一數(shù)量級(jí)時(shí)，需要解卷積得到熒光壽命，設(shè)備比較復(fù)雜。由于對(duì)脈沖產(chǎn)生裝置的要求非常高，其要能夠產(chǎn)生比熒光壽命相當(dāng)或者更短的脈沖，而熒光壽命通常較小，現(xiàn)實(shí)當(dāng)中產(chǎn)生這樣的脈沖不易實(shí)現(xiàn)而且儀器成本很高。另外，這種極短脈沖容易受到噪音干擾，實(shí)驗(yàn)儀器的分辨率也不能無限增強(qiáng)。
為了消除噪音等的影響，還使用簡(jiǎn)諧波調(diào)制的具有一定相位和調(diào)制度的激發(fā)光源激發(fā)熒光樣品，通過激發(fā)波形和發(fā)射波形的相位延遲得到熒光壽命。雖然這種頻域測(cè)量方法具有方便、容易實(shí)現(xiàn)、對(duì)探測(cè)儀器要求不高等優(yōu)點(diǎn)，但是卻要求激發(fā)波形嚴(yán)格簡(jiǎn)諧，以便于直觀比較與發(fā)射波形的相位延遲，調(diào)制度的大小變化。
一般地，激發(fā)波形不能夠達(dá)到嚴(yán)格簡(jiǎn)諧。如果激發(fā)波形非簡(jiǎn)諧，含有高次諧波成分，再或者激發(fā)波形是一個(gè)任意波形，去激發(fā)熒光按單指數(shù)規(guī)律衰減的樣品，得到的發(fā)射波形和激發(fā)波形其波形間沒有可比性，這時(shí)相移法顯得無能為力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的不足，本發(fā)明提供一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的方法及裝置。一方面能簡(jiǎn)化測(cè)量設(shè)備，降低對(duì)激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)電路的要求，避免產(chǎn)生嚴(yán)格簡(jiǎn)諧波形的不易，另一方面有效提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度，也可望使測(cè)量范圍加大。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明提出的由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的方法，有以下步驟(1)用單色儀對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分光，得到預(yù)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)特定波長(zhǎng)下的光信號(hào)；(2)用光電倍增管將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；(3)用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄下該電信號(hào)，得到該特定波長(zhǎng)下的光波形；(4)數(shù)字示波器記錄的數(shù)據(jù)最后導(dǎo)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；(5)由計(jì)算機(jī)分別對(duì)激發(fā)波形和發(fā)射波形進(jìn)行傅利葉級(jí)數(shù)展開，獲取各階分量；(6)取出一階分量，得到激發(fā)波形基頻分量和發(fā)射波形基頻分量間的相位延遲，根據(jù)相位延遲和熒光壽命的關(guān)系得到熒光壽命值。
一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的裝置，主要包括發(fā)光激勵(lì)源、熒光信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)；由LED及其驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的發(fā)光激勵(lì)源連接光譜儀、光電倍增管、電源構(gòu)成熒光信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)；示波器和計(jì)算機(jī)連接構(gòu)成數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)。
發(fā)明的有益效果周期性任意波形可以作傅利葉級(jí)數(shù)展開得到各階簡(jiǎn)諧分量，從而在現(xiàn)有的相移法基礎(chǔ)上，比較某一階相位延遲或者調(diào)制度的變化從而得到熒光壽命。避開激發(fā)波形非簡(jiǎn)諧對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，避免目前的相移法必須依靠高簡(jiǎn)諧度激發(fā)波形的實(shí)際困難。降低對(duì)激發(fā)光源的硬件要求，提高測(cè)量熒光壽命的準(zhǔn)確度，也可望使測(cè)量范圍加大。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是裝置圖；圖2是在簡(jiǎn)諧波e(t)的激發(fā)下，熒光樣品穩(wěn)態(tài)發(fā)光F(t)隨時(shí)間的變化圖；圖3是周期性任意波形、這里是脈沖e(t)的激發(fā)下，熒光樣品穩(wěn)態(tài)發(fā)光F(t)隨時(shí)間的變化圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的方法，當(dāng)激發(fā)波形為正弦波形但是含有高次諧波的時(shí)候，有以下步驟(1)用發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間以正弦波形周期變化但不要求嚴(yán)格簡(jiǎn)諧的光源作為激發(fā)光源；(2)用單色儀對(duì)激發(fā)光信號(hào)進(jìn)行分光，得到激發(fā)光對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)下的光信號(hào)；(3)用光電倍增管將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；(4)用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄下該電信號(hào)，得到激發(fā)光的光波形；(5)把數(shù)字示波器記錄的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)；(6)用上述激發(fā)光源激發(fā)待測(cè)樣品，使其發(fā)光；(7)用單色儀對(duì)樣品的發(fā)光信號(hào)進(jìn)行分光，得到特定波長(zhǎng)下的光信號(hào)；
(8)用光電倍增管將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；(9)用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄下該電信號(hào)，得到樣品發(fā)光的光波形；(10)把數(shù)字示波器記錄的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)；(11)由計(jì)算機(jī)分別對(duì)激發(fā)波形和發(fā)射波形進(jìn)行傅利葉級(jí)數(shù)展開，獲取各階分量；(12)取出一階分量，得到激發(fā)波形基頻分量和發(fā)射波形基頻分量間的相位延遲，根據(jù)相位延遲和熒光壽命的關(guān)系得到熒光壽命值。
紫色發(fā)光二極管發(fā)出的408nm的正弦調(diào)制光波照射到熒光樣品上，激發(fā)樣品產(chǎn)生熒光。將光譜儀調(diào)節(jié)在發(fā)射光譜的峰值位置，這一波長(zhǎng)隨時(shí)間變化的光信號(hào)經(jīng)過光電倍增管轉(zhuǎn)變?yōu)殡S時(shí)間變化的電信號(hào)，并且此電信號(hào)輸出到數(shù)字示波器，顯示出發(fā)光波形，最后數(shù)字示波器記錄的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。激勵(lì)光源的電流信號(hào)作為示波器的觸發(fā)信號(hào)。激勵(lì)光的波形也用這個(gè)系統(tǒng)測(cè)量和處理。由計(jì)算機(jī)分別對(duì)激發(fā)波形和發(fā)射波形進(jìn)行傅利葉級(jí)數(shù)展開，獲取各階分量，取出一階分量，得到激發(fā)波形基頻分量和發(fā)射波形基頻分量間的相位延遲，根據(jù)相位延遲和熒光壽命的關(guān)系得到熒光壽命值。
如圖1所示，主要包括發(fā)光激勵(lì)源、熒光信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)。1是由LED及其驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的發(fā)光激勵(lì)源；2是熒光樣品；3是光譜儀、4是光電倍增管、7是電源，它們構(gòu)成熒光信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)；5示波器和6計(jì)算機(jī)構(gòu)成數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)。
如圖2所示，發(fā)射波形F(t)相對(duì)于激發(fā)波形e(t)具有相位延遲Φ，另外調(diào)制度也變化了。但是這時(shí)的激發(fā)波形e(t)和發(fā)射波形F(t)都不是嚴(yán)格簡(jiǎn)諧波形，含有少量高頻波。為避免高頻分量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，由計(jì)算機(jī)分別對(duì)激發(fā)波形和發(fā)射波形進(jìn)行傅利葉級(jí)數(shù)展開，獲取各階分量，取出一階分量，得到激發(fā)波形基頻分量和發(fā)射波形基頻分量間的相位延遲，根據(jù)相位延遲和熒光壽命的關(guān)系得到準(zhǔn)確熒光壽命值。
實(shí)施例2一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的方法，其它步驟如實(shí)施例1，有步驟包括用周期性脈沖波形的激發(fā)光源激發(fā)樣品而得到所述光信號(hào)。
如圖3所示，可以看出激發(fā)波形e(t)和發(fā)射波形F(t)的相位沒有直觀可比性。在此基礎(chǔ)上，由計(jì)算機(jī)分別對(duì)激發(fā)波形e(t)和發(fā)射波形F(t)進(jìn)行傅利葉級(jí)數(shù)展開，獲取各階分量，取出一階分量，得到激發(fā)波形基頻分量和發(fā)射波形基頻分量間的相位延遲，根據(jù)相位延遲和熒光壽命的關(guān)系得到準(zhǔn)確熒光壽命值。
實(shí)施例3.一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的方法，其它步驟如實(shí)施例1，有步驟包括用周期性任意波形的激發(fā)光源激發(fā)樣品而得到所述光信號(hào)。
實(shí)施例4.一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的方法，其它步驟如實(shí)施例1，有步驟所述相移法中的相位延遲參數(shù)值通過計(jì)算機(jī)程序來確定。
實(shí)施例5.一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的方法，其它步驟如實(shí)施例1，有步驟所述單色儀可以用濾光片代替。適用于弱光波信號(hào)濾光。這樣也可以使裝置進(jìn)一步簡(jiǎn)化。
權(quán)利要求
1.一種由周期性任意激發(fā)光源測(cè)量熒光壽命的方法，其特征在于包括以下步驟1)用單色儀對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分光，得到預(yù)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)特定波長(zhǎng)下的光信號(hào)；2)用光電倍增管將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；3)用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄下該電信號(hào)，得到該特定波長(zhǎng)下的光波形；4)數(shù)字示波器記錄的數(shù)據(jù)最后導(dǎo)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；5)由計(jì)算機(jī)分別對(duì)激發(fā)波形和發(fā)射波形進(jìn)行傅利葉級(jí)數(shù)展開，獲取各階分量；6)取出一階分量，得到激發(fā)波形基頻分量和發(fā)射波形基頻分量間的相位延遲，根據(jù)相位延遲和熒光壽命的關(guān)系得到熒光壽命值。
2.如權(quán)利要求1所述的周期性任意激發(fā)光源測(cè)量熒光壽命的方法，其特征在于包括用含有高次諧波或者為周期性的任意激發(fā)波形激發(fā)樣品而得到所述光信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的周期性任意激發(fā)光源測(cè)量熒光壽命的方法，其特征在于所述控制利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求1或2所述的周期性任意激發(fā)光源測(cè)量熒光壽命的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)傅利葉級(jí)數(shù)展開的變換利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行，或所述取分量按相移法作比較可以是從第一階開始的任意階分量，為同階分量，或所述熒光壽命是通過相位的延遲或調(diào)制度的變化而得到的。
5.如權(quán)利要求3所述的周期性任意激發(fā)光源測(cè)量熒光壽命的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)傅利葉級(jí)數(shù)展開的變換利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行，或所述取分量按相移法作比較可以是從第一階開始的任意階分量，為同階分量，或所述熒光壽命是通過相位的延遲或調(diào)制度的變化而得到的。
6.如權(quán)利要求4所述的周期性任意激發(fā)光源測(cè)量熒光壽命的方法，其特征在于包括單色儀，光電倍增管以及數(shù)字示波器，光信號(hào)經(jīng)單色儀分光后進(jìn)入光電倍增管而轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)再由數(shù)字示波器進(jìn)行記錄。
7.如權(quán)利要求6所述的周期性任意激發(fā)光源測(cè)量熒光壽命的方法，其特征在于包括用含有高次諧波或者為周期性任意波形的激發(fā)波形激發(fā)樣品而得到所述光信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的周期性任意激發(fā)光源測(cè)量熒光壽命的方法，其特征在于還包括計(jì)算機(jī)，用于對(duì)單色儀進(jìn)行波長(zhǎng)控制。
9.如權(quán)利要求8所述的周期性任意激發(fā)光源測(cè)量熒光壽命的方法，其特征在于還包括計(jì)算機(jī)，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)變換。
10.一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的裝置，主要包括發(fā)光激勵(lì)源、熒光信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)；其特征在于由LED及其驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的發(fā)光激勵(lì)源連接光譜儀、光電倍增管、電源構(gòu)成熒光信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)；示波器和計(jì)算機(jī)連接構(gòu)成數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)。
全文摘要
一種由周期性任意波形激發(fā)測(cè)量熒光壽命的方法，為了克服現(xiàn)有測(cè)量方法測(cè)量熒光壽命的困難，以測(cè)量發(fā)射波形相對(duì)于激發(fā)波形的相位延遲計(jì)算得到熒光壽命的相移法為基礎(chǔ)，采用具有一定調(diào)制度和頻率可調(diào)諧的激發(fā)光源激勵(lì)熒光樣品。由計(jì)算機(jī)分別對(duì)激發(fā)波形和發(fā)射波形進(jìn)行傅利葉級(jí)數(shù)展開，只需提取基頻分量間的相位延遲，就可以根據(jù)相位延遲和熒光壽命的關(guān)系計(jì)算得到準(zhǔn)確熒光壽命值，從而避開了激發(fā)波形中含有的高次諧波對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，提高了測(cè)量熒光壽命的準(zhǔn)確度。解決了目前相移法必須依靠高簡(jiǎn)諧度激發(fā)波形等問題。提供一種由周期性任意波形激發(fā)光源就可以測(cè)量熒光壽命的方法，提高準(zhǔn)確度外還降低了對(duì)激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)電路的要求。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1987429SQ20051013185
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者馮穎, 黃世華, 梁春軍 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)