本發(fā)明涉及一種生物氣溶膠粒子光學檢測裝置，尤其涉及一種能夠同時檢測生物氣溶膠粒子的散射光信號和熒光信號，并通過兩個光電探測器采集生物氣溶膠的二維熒光譜信息，再將二維熒光譜信息與粒徑譜結合以生成三維生物識別信息的光學檢測裝置。

背景技術：

大氣中的生物氣溶膠顆粒，如細菌、真菌、花粉、病毒等，其內部都由多種生物物質構成，因此，其熒光光譜為顆粒內部各種熒光物質的熒光譜疊加后的總和。生物顆粒中的幾種主要成分，包括酪氨酸(tyrosine)、色氨酸(tryptophan)、還原型輔酶(NADH)和核黃素(riboflavin)，均能發(fā)出單一熒光光譜。各種氨基酸的最佳激發(fā)波長在240nm～280nm之間，熒光發(fā)射譜位于280～350nm波段；NADH的最佳激發(fā)波長為340nm,熒光峰值波長位于450nm附近；核黃素的最佳激發(fā)波長為450nm，熒光峰值波長在515nm～565nm之間。通過對生物氣溶膠顆粒二維或多維熒光譜信息的采集就可以對生物氣溶膠顆粒進行更全面和有效的識別。

生物氣溶膠粒子檢測裝置是檢測大氣環(huán)境中生物氣溶膠顆粒特性的儀器，其根據(jù)生物氣溶膠顆粒在激光束中產(chǎn)生的光散射現(xiàn)象和熒光現(xiàn)象而設計。當空氣中的生物氣溶膠粒子隨采樣氣流通過光敏感區(qū)時，產(chǎn)生與其粒徑相關的散射光脈沖以及與粒子熒光特性相關的熒光脈沖，生物氣溶膠粒子檢測裝置中的光學系統(tǒng)將散射光脈沖和熒光脈沖收集于光電轉換器件，光電轉換器件將光脈沖信號變?yōu)橄鄳碾娒}沖信號，生物氣溶膠粒子檢測裝置中的信號處理系統(tǒng)將電脈沖信號濾波及放大，并經(jīng)數(shù)字處理電路甄別計數(shù)處理后，得 到各檔粒徑和熒光的氣溶膠粒子數(shù)。

2011年12月28日公開的“單光源生物氣溶膠粒子檢測裝置”(見專利公開號：102297824A)，該檢測裝置的優(yōu)點是：在氣溶膠粒子激光分析儀(見專利文檔，專利公開號：CN101398367A)橢球鏡消光部分安裝光反射鏡的方法形成雙光斑，檢測粒子通過雙光斑的飛行時間來計算粒子的空氣動力學直徑，克服了散射光強度檢測方式粒子大小不能準確反映粒子動力學粒徑參數(shù)的問題。同時也避免了檢測粒子的濃度變化導致的熒光分析誤差的問題，提高了檢測的穩(wěn)定度。同時采用積分保持方法計算雙熒光峰強度積分，在幾乎沒有增加儀器設計成本的基礎上大大提高儀器的檢測靈敏度。但該檢測裝置存在的不足為：其熒光檢測系統(tǒng)采用單個光電探測器對紫外連續(xù)光源所激發(fā)的熒光信號進行探測，不能同時對生物氣溶膠顆粒的二維或多維熒光譜生物信息進行同時探測分析，不能很全面和有效的對生物氣溶膠顆粒進行生物識別。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種生物氣溶膠粒子光學檢測裝置，用以將生物氣溶膠粒子的二維熒光譜信息與粒徑譜結合，以生成三維生物識別信息。

為達到上述目的，本發(fā)明提供的生物氣溶膠粒子光學檢測裝置包括：紫外光源、紫外光路單元、散射光檢測單元、熒光檢測單元和數(shù)字處理單元，其中，

所述紫外光路單元包括整形透鏡組、反射鏡和橢球鏡，其中，

所述紫外光源發(fā)出的紫外光經(jīng)所述整形透鏡組整形準直后進入所述橢球鏡的中心檢測區(qū)，所述橢球鏡用來收集散射光和激發(fā)熒光；

所述反射鏡安裝于所述橢球鏡的中心檢測區(qū)后，且所述反射鏡的中心軸與紫外光發(fā)射方向之間形成一夾角以在該中心檢測區(qū)形成雙光斑；

所述中心檢測區(qū)到反射鏡面的距離為L，該雙光斑的中心距為D，該角 度為1/2arctg(D/L)；

所述散射光檢測單元、所述熒光檢測單元分別從所述橢球鏡的兩個垂直于入射紫外光的方向上和所述紫外光路單元連接；

所述數(shù)字處理單元分別與所述散射光檢測單元、所述熒光檢測單元連接；

所述散射光檢測單元用于檢測散射光信號，并將該散射光信號輸出至所述數(shù)字處理單元以得到粒徑譜信息；

所述熒光檢測單元用于檢測熒光信號，以及根據(jù)該熒光信號得到生物氣溶膠的二維熒光譜信息并輸出至所述數(shù)字處理單元，所述熒光檢測單元包括濾波片、狹縫板、整形準直透鏡、熒光分解裝置、整形聚焦透鏡和兩個光電探測器，其中，

所述激發(fā)熒光經(jīng)過所述濾光片濾除背景噪聲后經(jīng)過所述狹縫板照射至所述整形準直透鏡，

所述整形準直透鏡將經(jīng)過所述狹縫板后的所述激發(fā)熒光整形為平行光束，

所述熒光分解裝置將整形為平行光束后的所述激發(fā)熒光按照波長的不同進行分解，

不同波長的所述激發(fā)熒光以不同的入射角照射至所述整形聚焦透鏡，所述整形聚焦透鏡對所述激發(fā)熒光聚焦后在其焦面上形成多條光譜線，

兩個所述光電探測器探測多條所述光譜線以得到生物氣溶膠的二維熒光譜信息；

所述數(shù)字處理單元接收并處理來自所述散射光檢測單元和所述熒光檢測單元的檢測信號。

在本發(fā)明的一實施例中，所述紫外光源可以為紫外激光器或紫外LED。

在本發(fā)明的一實施例中，所述反射鏡可以是反射棱鏡并且所述整形透鏡組輸出的光束為準直光束，或者所述反射鏡是球面反射鏡或非球面反射鏡并且所述整形透鏡組輸出的光束為非嚴格準直光束。

在本發(fā)明的一實施例中，所述熒光分解裝置可以為平面光柵或色散棱鏡。

在本發(fā)明的一實施例中，所述數(shù)字處理單元進一步將所述二維生物熒光譜信息與粒徑譜結合以生成三維生物識別信息。

本發(fā)明提供的生物氣溶膠粒子光學檢測裝置能夠將生物氣溶膠粒子的二維熒光譜信息與粒徑譜結合以生成三維生物識別信息，從而能夠為深入研究生物氣溶膠的生物特性提供更豐富的信息和有效的技術手段。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一實施例的生物氣溶膠粒子光學檢測裝置的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施例的生物氣溶膠粒子光學檢測裝置中的紫外光路單元的光路圖。

附圖標記說明：11-紫外光源；12-紫外光路單元；13-散射光檢測單元；14-熒光檢測單元；15-數(shù)字處理單元；21-整形透鏡組；22-紫外光；23a-散射光；23b-激發(fā)熒光；24-反射鏡；25-橢球鏡；41/41′-濾波片；42-狹縫板；43-整形準直透鏡；44-熒光分解裝置；45-整形聚焦透鏡；46/46′-光電探測器；

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明一實施例的生物氣溶膠粒子光學檢測裝置的結構示意圖，圖2為本發(fā)明一實施例的生物氣溶膠粒子光學檢測裝置中的紫外光路單元的光路圖，如圖所示，本發(fā)明提供的生物氣溶膠粒子光學檢測裝置包括：紫外光源11、紫外光路單元12、散射光檢測單元13、熒光檢測單元14和數(shù)字處理單元15，其中，

紫外光路單元12包括整形透鏡組21、反射鏡24和橢球鏡25，其中，

紫外光源11可以為紫外激光器或紫外LED，紫外光源11發(fā)出的紫外光22經(jīng)整形透鏡組21整形準直后進入橢球鏡25的中心檢測區(qū)，橢球鏡25用來收集散射光23a和激發(fā)熒光23b；

反射鏡24安裝于橢球鏡25的中心檢測區(qū)后，且反射鏡24的中心軸與紫外光發(fā)射方向之間形成一夾角以在該中心檢測區(qū)形成雙光斑，反射鏡24可以是反射棱鏡并且整形透鏡組21輸出的光束為準直光束，或者反射鏡24可以是球面反射鏡或非球面反射鏡并且整形透鏡組21輸出的光束為非嚴格準直光束；

中心檢測區(qū)到反射鏡面的距離為L，該雙光斑的中心距為D，該角度為1/2arctg(D/L)；

散射光檢測單元13、熒光檢測單元14分別從橢球鏡25的兩個垂直于入射紫外光22的方向上和紫外光路單元12連接；

數(shù)字處理單元15分別與散射光檢測單元13、熒光檢測單元14連接；

散射光檢測單元13用于檢測散射光信號，并將該散射光信號輸出至數(shù)字處理單元15以得到粒徑譜信息；

熒光檢測單元14用于檢測熒光信號，以及根據(jù)該熒光信號得到生物氣溶膠的二維熒光譜信息并輸出至數(shù)字處理單元15，熒光檢測單元14包括濾波片41/41′、狹縫板42、整形準直透鏡43、熒光分解裝置44、整形聚焦透鏡45和兩個光電探測器46/46′，其中，

狹縫板42設有一狹縫供激發(fā)熒光通過，激發(fā)熒光經(jīng)過濾光片41/41′濾 除背景噪聲后經(jīng)過狹縫板42照射至整形準直透鏡43，

整形準直透鏡43將經(jīng)過狹縫板42后的激發(fā)熒光整形為平行光束，

熒光分解裝置44可以為平面光柵或色散棱鏡，熒光分解裝置44將整形為平行光束后的激發(fā)熒光按照波長的不同進行分解，

不同波長的激發(fā)熒光以不同的入射角照射至整形聚焦透鏡45，整形聚焦透鏡45對激發(fā)熒光聚焦后在其焦面上形成多條光譜線，

兩個光電探測器46/46′探測多條光譜線以得到生物氣溶膠的二維熒光譜信息；

數(shù)字處理單元15接收并處理來自散射光檢測單元13和熒光檢測單元14的檢測信號，數(shù)字處理單元15進一步將二維生物熒光譜信息與粒徑譜結合以生成三維生物識別信息。

本發(fā)明提供的生物氣溶膠粒子光學檢測裝置能夠將生物氣溶膠粒子的二維熒光譜信息與粒徑譜結合以生成三維生物識別信息，從而能夠為深入研究生物氣溶膠的生物特性提供更豐富的信息和有效的技術手段。

本領域普通技術人員可以理解：附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。

本領域普通技術人員可以理解：實施例中的裝置中的模塊可以按照實施例描述分布于實施例的裝置中，也可以進行相應變化位于不同于本實施例的一個或多個裝置中。上述實施例的模塊可以合并為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明實施例技術方案的精神和范圍。