本專(zhuān)利涉及一種流通式在線微藻葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量模塊，本裝置可用于微藻培養(yǎng)過(guò)程中葉綠素?zé)晒獾淖兓瑸槲⒃宓纳頎顟B(tài)分析提供參考。

背景技術(shù)：

目前微藻葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量?jī)x器多為離線式且普遍體積較大，在在線應(yīng)用中并不方便。在線式微藻葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量?jī)x器價(jià)格昂貴，限制其在微藻培養(yǎng)中的規(guī)模應(yīng)用。目前的微藻葉綠素?zé)晒鈨x器光源多采用單LED或LED環(huán)形包圍的照射方式，單LED照射有光強(qiáng)不足的缺點(diǎn)，在葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量過(guò)程中易隨微藻濃度的變化產(chǎn)生偏差，LED環(huán)形包圍的照射方式解決了光強(qiáng)不足的問(wèn)題但會(huì)有一部分激發(fā)光光直射入檢測(cè)器，雖然有濾光片過(guò)濾但由于濾光片并不能完全截止激發(fā)光，會(huì)有部分激發(fā)光進(jìn)入檢測(cè)器造成信號(hào)失真，若選用多級(jí)濾光片或更好的濾光片則增加了儀器成本。檢測(cè)器有光電本增管和硅光電二極管，光電倍增管體積大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，靈敏度高，適合用于微量藻的測(cè)量，不適合微藻培養(yǎng)時(shí)的高濃度測(cè)量。硅光電二極管體積小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，適合微藻培養(yǎng)時(shí)的高濃度測(cè)量。

目前多數(shù)儀器因體積及價(jià)格問(wèn)題不適合作為微藻大規(guī)模培養(yǎng)的在線測(cè)量，且結(jié)構(gòu)上需要一些改進(jìn)，現(xiàn)在需要一種價(jià)格便宜、易于集成、結(jié)構(gòu)更合理的微藻熒光在線測(cè)量?jī)x。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了在微藻培養(yǎng)過(guò)程中提高連續(xù)藻葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量的精確度：1.本專(zhuān)利中通過(guò)將光源分兩部分成對(duì)設(shè)置，放置于以檢測(cè)光通過(guò)孔對(duì)稱(chēng)的光源放置槽對(duì)內(nèi),LED光源的照射方向與檢測(cè)光通過(guò)孔軸線的夾角小于90度，減少測(cè)量光的影響，同時(shí)節(jié)省濾光片成本。2.測(cè)量模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，適用于低成本規(guī)模培養(yǎng)使用3.檢測(cè)器采用硅光二極管，簡(jiǎn)化了電路，同時(shí)在電路中通過(guò)調(diào)節(jié)不同的信號(hào)放大級(jí)別也提高了信號(hào)的相應(yīng)范圍，從而在微藻培養(yǎng)中微藻濃度從低濃度到高濃度的過(guò)程中都能有良好的信號(hào)響應(yīng)。

流通式在線微藻葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量模塊，包括測(cè)量管、模塊框架上板、模塊框架中板、模塊框架下板、光電傳感器、LED光源對(duì)、濾光片、控制電路。

模塊框架上板、模塊框架中板、模塊框架下板通過(guò)定位孔定位后，中部的孔即為測(cè)量管定位孔，測(cè)量管從中穿過(guò)；在模塊框架中板的側(cè)面中部設(shè)有傳感器放置槽，并在傳感器放置槽的底端設(shè)有檢測(cè)光通過(guò)孔，孔朝向測(cè)量管定位孔的中軸；在模塊框架中板的中部設(shè)有光源放置槽對(duì)，光源放置槽對(duì)為大小相同的兩部分，并且以檢測(cè)光通過(guò)孔為軸相互對(duì)稱(chēng)；濾光片工作面緊貼傳感器放置槽底部，并朝向檢測(cè)光通過(guò)孔；光電傳感器工作面朝向檢測(cè)光透過(guò)孔，緊貼濾光片，且中軸與檢測(cè)光透過(guò)孔軸線重合；LED光源對(duì)包括一對(duì)大小相同，參數(shù)相同 的一對(duì)LED光源，其中每個(gè)LED光源由多個(gè)藍(lán)色LED組成，兩個(gè)LED光源分別放置于光源放置槽對(duì)的兩個(gè)光源放置槽內(nèi)，并與光源放置槽的側(cè)壁緊密貼合，最終使LED光源對(duì)形成的圓弧的中線與測(cè)量管孔的中線重合，使LED光源對(duì)發(fā)出的激發(fā)光射向測(cè)量管的中心；

所述LED光源對(duì)由一對(duì)LED光源組成，每個(gè)LED光源由多個(gè)藍(lán)色LED組成。

濾光片是能透過(guò)波長(zhǎng)大于680nm的高通濾光片。

測(cè)量管是由導(dǎo)光性能良好的材料制成的圓管，并在兩端分別設(shè)有進(jìn)樣口和出樣口。

模塊框架上板、模塊框架中板、模塊框架下板為不透明材料制成并在四周設(shè)有定位孔，中部設(shè)有測(cè)量管放置孔；其中模塊框架中板一個(gè)側(cè)面的中部設(shè)有檢測(cè)器放置槽，并在檢測(cè)器放置槽的底部朝向測(cè)量管放置孔中線開(kāi)有檢測(cè)光透過(guò)孔；以檢測(cè)光透過(guò)孔對(duì)稱(chēng)設(shè)有光源放置槽對(duì)，用于放置LED光源對(duì)。

光電傳感器為對(duì)波長(zhǎng)在680nm到900nm范圍內(nèi)光線敏感的硅光電二極管傳感器。

為了可以適應(yīng)微藻培養(yǎng)在線監(jiān)測(cè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的應(yīng)用，本專(zhuān)利通過(guò)LED作為激發(fā)光源，及硅光電二極管作為傳感器，通過(guò)調(diào)節(jié)LED光源的強(qiáng)度及硅光電二極管傳感器的放大倍數(shù)可適應(yīng)不同濃度及不同類(lèi)型的微藻培養(yǎng)在線監(jiān)測(cè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的應(yīng)用。本專(zhuān)利結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，體積小，非常適合作為模塊集成于微藻培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中。

附圖說(shuō)明

圖1為本專(zhuān)利流通式在線微藻葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量模塊示意圖；

圖2為本專(zhuān)利模塊框架上板、模塊框架中板、模塊框架下板示意圖；

圖3為本專(zhuān)利模塊框架中板示意圖；

圖4為本專(zhuān)利模塊框架中板及LED光源對(duì)、濾光片、光電傳感器示意圖；

圖5為本專(zhuān)利實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)圖；

圖中：1測(cè)量管，2模塊框架上板，3模塊框架中板，4模塊框架下板，5光電傳感器，6LED光源對(duì)，7濾光片，8控制電路，9測(cè)量管放置孔，10定位孔，11傳感器放置槽，12檢測(cè)光透過(guò)孔，13光源放置槽對(duì)，14光源電源線通過(guò)孔。

圖6為控制電路的框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1給出了本專(zhuān)利流通式在線微藻葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量模塊示意圖，其中包括測(cè)量管1，模塊框架上板2，模塊框架中板3，模塊框架下板4，光電傳感器5，LED光源對(duì)6，濾光片7，控制電路8。所示的測(cè)量管1安裝在由模塊框架上板2、模塊框架中板3、模塊框架下板4組合后形成的測(cè)量管放置孔內(nèi)，LED光源對(duì)6安裝在模塊框架中板3上設(shè)有的光源放置槽對(duì)內(nèi)；濾光片7安裝于設(shè)置在模塊框架中板3上的傳感器放置槽內(nèi)，光電傳感器5緊貼濾光片7安裝于傳感器放置槽內(nèi)；LED光源對(duì)6通過(guò)電源線與控制電路8相連；光電傳感器5通過(guò)信號(hào)線與控制電路8相連。

圖2給出了本專(zhuān)利模塊框架上板、模塊框架中板、模塊框架下板示意圖，其中包括模塊框架上板2，模塊框架中板3，模塊框架下4，測(cè)量管放置孔9，定位孔10，傳感器放置槽11，檢測(cè)光透過(guò)孔12，光源電源線通過(guò)孔14。所示的模塊框架上板2，模塊框架中板3，模塊框架下4通過(guò)對(duì)齊四個(gè)定位孔10并通過(guò)螺絲桿固定后，由模塊框架上板2，模塊框架中板3，模塊框架下4中部的開(kāi)孔共同構(gòu)成測(cè)量管放置孔9；在模塊框架中板3的距離測(cè)量管放置孔9較遠(yuǎn)的側(cè)面上的中部設(shè)有傳感器放置槽11，傳感器放置槽11的底部距離測(cè)量管放置孔9的邊緣留有一定距離，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和阻擋光線的作用；傳感器放置槽11底部的中部開(kāi)有檢測(cè)光透過(guò)孔12，其中線與測(cè)量管放置孔9的中線垂直相交，其直徑略大于光電傳感器的感光面積。

圖3給出了本專(zhuān)利模塊框架中板示意圖，其中包模塊框架中板3，測(cè)量管放置孔9，定位孔10，傳感器放置槽11，檢測(cè)光透過(guò)孔12，光源放置槽對(duì)13，光源電源線通過(guò)孔14。定位孔10用于與模塊框架上板、模塊框架下板對(duì)齊固定；測(cè)量管放置孔9用于放置測(cè)量管；在模塊框架中板3的距離測(cè)量管放置孔9較遠(yuǎn)的側(cè)面上的中部設(shè)有傳感器放置槽11，傳感器放置槽11的底部距離測(cè)量管放置孔9的邊緣留有一定距離，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和阻擋光線的作用；傳感器放置槽11底部的中部開(kāi)有檢測(cè)光透過(guò)孔12，其中線與測(cè)量管放置孔9的中線垂直相交，其直徑略大于光電傳感器的感光面積。在模塊框架中板3上設(shè)有光源放置槽對(duì)13，光源放置槽對(duì)13位于測(cè)量管放置孔9的外圍，并且以檢測(cè)光透過(guò)孔12為軸對(duì)稱(chēng)，在模塊框架中板3上與光源放置槽對(duì)13相對(duì)的側(cè)面開(kāi)有光源電源線通過(guò)孔14，使LED光源電源線通過(guò)光源電源線通過(guò)孔14將LED光源對(duì)與控制電路相連。

圖4給出了本專(zhuān)利模塊框架中板及LED光源對(duì)、濾光片、光電傳感器示意圖，其中包括齒模塊框架中板3,光電傳感器5,LED光源對(duì)6,濾光片7,傳感器放置槽11，光源放置槽對(duì)13。濾光片7放置于傳感器放置槽11的底部，其工作面朝向傳感器放置槽11的底部，光電傳感器5工作面緊貼濾光片7放置于傳感器放置槽11內(nèi)，最后將光電傳感器5及濾光片7通過(guò)粘合的方式固定于傳感器放置槽11內(nèi)；LED光源對(duì)6放置于光源放置槽對(duì)13內(nèi)，LED光源對(duì)6包含兩個(gè)LED光源，光源放置槽對(duì)13也由兩個(gè)光源放置槽組成，兩個(gè)LED光源分別放置于光源放置槽內(nèi)，LED光源底部與光源放置槽底部粘合，LED光源的照射方向朝向模塊框架中板3的中部。

圖5為本專(zhuān)利實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)圖，其中橫坐標(biāo)軸為微藻培養(yǎng)時(shí)間單位小時(shí)，縱坐標(biāo)軸為微藻葉綠素?zé)晒獾膮?shù)之一Fv/Fm可用來(lái)表示葉綠素最大光合作用潛在能力；圖5中，箭頭A表示在培養(yǎng)時(shí)打開(kāi)光源，箭頭B表示在培養(yǎng)時(shí)關(guān)閉光源，在圖中可以看出光源打開(kāi)和關(guān)閉對(duì)微藻的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm產(chǎn)生了較大的影響，并且Fv/Fm隨著光照時(shí)間及整個(gè)培養(yǎng)時(shí)間的變化也存在波動(dòng)變化。圖6為控制電路的框圖；如圖所示，虛線框內(nèi)的部分為本電路的組成部分，包括電源輸入濾波，光源電源，數(shù)字電路電源，模擬電路電源,光源開(kāi)關(guān)電路，微控制器，通信電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，信號(hào)調(diào)理，模擬信號(hào)放大等。

其中電源輸入濾波用于去除外部直流電源的干擾；光源電源為光源提供電源；數(shù)字電路電源為微控制器、通信電路供電；模擬電路電源為模擬信號(hào)放大、信號(hào)調(diào)理、模轉(zhuǎn)換器供電；計(jì)算機(jī)或PLC等通過(guò)通信電路與微控制器通信，發(fā)送命令到微控制器；微控制器通過(guò)控制光源開(kāi)關(guān)電路來(lái)控制光源的點(diǎn)亮與熄滅；來(lái)自光電傳感器的信號(hào)通過(guò)模擬信號(hào)放大將信號(hào)放大后經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理降低噪聲后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入微控制器，并經(jīng)過(guò)微控制器的計(jì)算后通過(guò)通信電路將數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)或PLC。

本專(zhuān)利流通式在線微藻葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量模塊的使用方法為：

微藻樣品通過(guò)測(cè)量管1的進(jìn)樣口流入測(cè)量管1后，控制電路8控制LED光源對(duì)6發(fā)出測(cè)量光并維持0.6秒到2秒的時(shí)間，測(cè)量光照射到測(cè)量管內(nèi)部的微藻后，微藻內(nèi)的葉綠素受到激發(fā)發(fā)射出熒光，熒光通過(guò)檢測(cè)光透過(guò)孔12透過(guò)濾光片7照射在光電傳感器5的工作面上產(chǎn)生電信號(hào)，光電傳感器5產(chǎn)生的電信號(hào)通過(guò)信號(hào)線傳遞到控制電路8上被控制電路8采集并計(jì)算，最后傳遞給計(jì)算機(jī)或其他分析或記錄設(shè)備。微藻樣品通過(guò)測(cè)量管1的進(jìn)樣口與出樣口與微藻培養(yǎng)的反應(yīng)器相連，通過(guò)不斷循環(huán)達(dá)到在線監(jiān)測(cè)微藻培養(yǎng)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的目的。