本實(shí)用新型屬于傳統(tǒng)光學(xué)和光電傳感的交叉領(lǐng)域，涉及一種利用鎖相放大器直接提取樣品濃度信息的檢測裝置。
背景技術(shù)：
表面等離子共振傳感技術(shù)(surface plasmon resonance，以下簡稱SPR傳感技術(shù))是一種利用激光在金屬和介質(zhì)的界面產(chǎn)生表面等離子激元來傳感金屬表面附著樣品信息的新型傳感技術(shù)。其中相位型SPR傳感技術(shù)的基本原理為：一束包含有P偏振光和S偏振光的激光，經(jīng)過SPR傳感，P偏振光的相位會(huì)改變，而S偏振光的相位基本不發(fā)生改變。不同的樣品對應(yīng)的P偏振光相位的改變不同，因此，可以通過檢測P偏振光和S偏振光的相位差來提取出對應(yīng)的檢測樣品的濃度信息。
鎖相放大器是一種對交變信號(hào)進(jìn)行相敏檢測的放大器，輸入一組已知頻率的信號(hào)作為參考信號(hào)，其可以響應(yīng)檢測信號(hào)中與其頻率相等的信號(hào)。當(dāng)待測信號(hào)與參考信號(hào)同頻率時(shí)，相敏檢測器輸出的信號(hào)與檢測有效信號(hào)的幅度Vs有關(guān)，也與檢測信號(hào)與參考信號(hào)的相位差有關(guān)。
利用上述相位型SPR傳感技術(shù)和鎖相放大器的基本原理，可以實(shí)現(xiàn)不同濃度樣品的檢測。當(dāng)通入不同濃度的樣品時(shí)，會(huì)改變傳感金屬膜表面的折射率，導(dǎo)致出射光中的P偏振光的相位發(fā)生改變，而S偏振光的相位基本不變。因此，通過檢測P偏振光和S偏振光的相位差，可以得到不同濃度的樣品的折射率信息。然而，光電探測器可以探測到P偏振光和S偏振光的光強(qiáng)，無法直接提取出P偏振光和S偏振光的相位差。因此，需要通過對探測到的光強(qiáng)進(jìn)行算法處理，將P偏振光和S偏振光的相位提取出來，從而得到檢測樣品的濃度信息。
如今，相位型SPR傳感器用于提取P偏振光和S偏振光的相位信息的方法主要是通過外加相位調(diào)制器對P偏振光和S偏振光同時(shí)進(jìn)行周期性的相位調(diào)制，然后通過分析處理檢測到的P偏振光和S偏振光的光強(qiáng)，通過一系列的算法從光強(qiáng)中提取相位，進(jìn)一步得到P偏振光和S偏振光的相位 差?；谶@種方法的SPR傳感器無法直接實(shí)時(shí)的觀測到待測樣品的信息，需要通過后期的算法處理才能提取出P偏振光和S偏振光的相位差。而且光強(qiáng)的波動(dòng)和噪聲會(huì)對提取出的相位信息有較大的影響，算法程序復(fù)雜，穩(wěn)定性差，實(shí)時(shí)性不強(qiáng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用鎖相放大器直接提取樣品濃度信息的檢測裝置。
本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：
本實(shí)用新型包括激光光源、第一分束器、第二分束器、等離子體傳感器、振鏡、信號(hào)發(fā)生器、沃拉斯頓棱鏡、光強(qiáng)探測器、鎖相放大器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。
激光光源發(fā)出的一束激光經(jīng)過第一分束器分成兩束相同的光，其中一束激光經(jīng)過耦合棱鏡到達(dá)等離子體傳感器的傳感金膜并發(fā)生全反射，樣品附著在金膜表面；另一束激光經(jīng)過能轉(zhuǎn)動(dòng)的振鏡，到達(dá)第二分束器，所述振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)受控于信號(hào)發(fā)生器；兩束激光中同偏振態(tài)的偏振光在第二分束器處發(fā)生干涉，得到P偏振干涉光和S偏振干涉光。沃拉斯頓棱鏡將P偏振干涉光和S偏振干涉光分開，分別用探測器探測光強(qiáng)。將P偏振干涉光的信號(hào)作為檢測信號(hào)，S偏振干涉光的信號(hào)作為參考信號(hào)連接到鎖相放大器，鎖相放大器通過數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)連接。
本實(shí)用新型具有的有益效果是：一方面可以直接提取出金膜表面附著的樣品濃度的信息，為檢測生物分子的相互作用提供了新的傳感工具；另一方面，鎖相放大器的運(yùn)用相對于傳統(tǒng)算法提取相位的方法，具有實(shí)時(shí)性好，噪聲低和精度高等優(yōu)點(diǎn)。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳述：
如圖1所示，本實(shí)施例包括一個(gè)激光光源、兩個(gè)分束器、一個(gè)傳感器(金膜)、一個(gè)振鏡、一個(gè)信號(hào)發(fā)生器、一個(gè)沃拉斯頓棱鏡、兩個(gè)光強(qiáng)探測器、一個(gè)鎖相放大器、一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡和一臺(tái)計(jì)算機(jī)。
激光光源產(chǎn)生的一束激光經(jīng)過分束器分成兩束相同的光，其中一束激光經(jīng)過耦合棱鏡入射到等離子體傳感器的傳感金膜表面并發(fā)生全反射，樣品通過進(jìn)樣口注射并附著在金膜表面，不同濃度的樣品會(huì)影響反射光中P偏振光的相位信息；另一束激光入射到振鏡表面，信號(hào)發(fā)生器可以控制振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度和頻率，振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)改變出射光的方向，從而改變光程；兩束激光中同偏振態(tài)的偏振光會(huì)在分束器處發(fā)生干涉，分別得到P偏振干涉光和S偏振干涉光。通過振鏡產(chǎn)生的光程差會(huì)對兩束干涉光實(shí)現(xiàn)相同的相位調(diào)制，并且相位調(diào)制的頻率相同。通過沃拉斯頓棱鏡將P偏振干涉光和S偏振干涉光分開，分別用光強(qiáng)探測器探測光強(qiáng)。將P偏振干涉光的信號(hào)作為鎖相放大器的待測信號(hào)，S偏振干涉光的信號(hào)作為鎖相放大器的參考信號(hào)，由于P偏振干涉光和S偏振干涉光是同時(shí)經(jīng)過同一個(gè)振鏡進(jìn)行的相位調(diào)制，兩者頻率相同，所以鎖相放大器可以實(shí)時(shí)且直接地得到P偏振干涉光和S偏振干涉光的相位差。當(dāng)樣品的濃度發(fā)生改變時(shí)，P偏振干涉光和S偏振干涉光的相位差會(huì)發(fā)生改變。也就是說，當(dāng)觀測到鎖相放大器顯示的相位差發(fā)生改變時(shí)，意味著樣品的濃度發(fā)生改變。通過數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)采集并存儲(chǔ)該相位差。
鎖相放大器直接提取樣品濃度信息的原理是：
P偏振干涉光作為鎖相放大器的待測信號(hào)
S偏振干涉光作為鎖相放大器的參考信號(hào)
經(jīng)過鎖相放大器后的輸出信號(hào)為
由于兩束光同時(shí)經(jīng)過振鏡產(chǎn)生相同頻率的相位調(diào)制ωp＝ωs，輸出信號(hào)
不同濃度的樣品對應(yīng)的相位差不同，鎖相放大器可以直接讀取相位差因此無需經(jīng)過后期的復(fù)雜處理，可以直接提取出樣品的濃度信息。
本實(shí)施例中激光光源為氦氖激光器，波長為632.8nm；振鏡型號(hào)為GVS001；鎖相放大器型號(hào)為SR830；耦合棱鏡材料為BK7，折射率為1.515；金屬膜采用的是金膜，厚度約為50nm。
本實(shí)用新型陳述了一種利用鎖相放大器直接提取樣品濃度信息的檢測裝置，通過將S偏振干涉光作為鎖相放大器的參考信號(hào)，P偏振干涉光作為鎖相放大器的檢測信號(hào)，可以直接得到P偏振干涉光和S偏振干涉光的相位差，該相位差可以直接體現(xiàn)樣品的濃度信息。因此，利用鎖相放大器直接提取樣品信息，具有實(shí)時(shí)性好、用戶操作簡單、噪聲低和精度高等優(yōu)點(diǎn)。