專利名稱：細(xì)菌視紫紅質(zhì)光電計(jì)數(shù)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是光電測(cè)量裝置，特別是指細(xì)菌視紫紅質(zhì)光電計(jì)數(shù)測(cè)量裝置。
本實(shí)用新型是采用一種新型的，細(xì)菌視紫紅質(zhì)(Bacteriorhodopsin，bR)LB(Langmuir-Blodgett)膜薄膜光電轉(zhuǎn)換材料制成的光電傳感器，作為光電計(jì)數(shù)裝置的敏感元件，結(jié)合電子器件和單片機(jī)構(gòu)成計(jì)數(shù)測(cè)量裝置。實(shí)現(xiàn)了在環(huán)境光照耀的條件下，計(jì)數(shù)裝置不受干擾仍正常工作。
眾所周知，光電計(jì)數(shù)裝置在測(cè)量控制領(lǐng)域應(yīng)用很廣，是科研和生產(chǎn)中不可缺少的計(jì)量手段。計(jì)數(shù)裝置的種類繁多，所使用的光電轉(zhuǎn)換元件有光電池、光電二極管、光電三極管、光控晶閘管、光電管、光電倍增管等。它們的工作電極是由半導(dǎo)體、金屬及其氧化物等材料組成，光譜響應(yīng)范圍寬，光電流或光電壓的輸出與入射光強(qiáng)的積分成比例，靈敏度很高。但是，雜散光對(duì)上述光電轉(zhuǎn)換元件的測(cè)量結(jié)果有致命的影響。用它們制作的光電計(jì)數(shù)測(cè)量裝置其測(cè)量部分必須置于黑暗之中。使它們的應(yīng)用，特別是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的應(yīng)用帶來了許多的不方便。
本實(shí)用新型的目的是提供一種細(xì)菌視紫紅質(zhì)光電計(jì)數(shù)測(cè)量裝置，克服以上光電轉(zhuǎn)換元件的不足之處，提供了一種優(yōu)良的抗環(huán)境光干擾的、不用把測(cè)量部分置于黑暗之中的計(jì)數(shù)測(cè)量裝置，使其計(jì)數(shù)測(cè)量裝置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用更方便，并增加了計(jì)數(shù)的可靠性。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)路線是著眼于尋找一種新的光電轉(zhuǎn)換材料，材料的主要功能是在工作光的照射下產(chǎn)生的光電流不受周圍環(huán)境光的影響，在國內(nèi)外眾多的研究中，發(fā)現(xiàn)了一種生物材料-細(xì)菌視紫紅質(zhì)，本材料具有很好的微分光電響應(yīng)功能。我們利用這種材料，采用LB膜的組裝方法制成多層單分子光電池薄膜結(jié)合電子線路和單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)測(cè)量功能。
生物光敏材料—細(xì)菌視紫紅質(zhì)構(gòu)成的LB膜薄膜光電轉(zhuǎn)換器件(光電池)作為該計(jì)數(shù)裝置的光電傳感器。盡管關(guān)于細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電響應(yīng)特性的應(yīng)用已有工作報(bào)導(dǎo)，如日本的Miyasaka利用細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜的光電響應(yīng)研制成功了仿視覺成像體系模型，加拿大的Aurelie Boyer等人利用bR雙向峰進(jìn)行彩色識(shí)別；Hiroyuki Takei等人利用bR的光電性能進(jìn)行視覺感受野模擬；而日本的Fukuzawa則成功地利用其光電響應(yīng)特性，制成了運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)器。但將其光電轉(zhuǎn)換的微分特性用於光電計(jì)數(shù)者尚未見報(bào)導(dǎo)。
本實(shí)用新型包括光源、透鏡組、正、負(fù)電極以及電子放大電路和單片機(jī)，其特征在于，在透鏡組的后面，與正、負(fù)電極相連接有一細(xì)致視紫紅質(zhì)L B膜薄膜光電池；照明光源為可見光或單一波長的可見光。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，其中

圖1為本實(shí)用新型的裝置示意圖；圖2為電流—電壓轉(zhuǎn)換器電路；圖3為低通有源濾波器電路；圖4為電壓放大和整形電路；圖5為8031單片機(jī)輸入信號(hào)的連接圖；本實(shí)用新型細(xì)菌視紫紅質(zhì)光電計(jì)數(shù)測(cè)量裝置由以下幾個(gè)部分組成(見圖1)光源1、透鏡組2、細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池3、正電極4、負(fù)電極5、電子放大電路6和單片機(jī)。其中光源1置于本裝置的前端，在光源1之后有一透鏡組2在透鏡組2的后邊有一細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池3，所說的細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池3接有正、負(fù)電極4、5，并與電子放大電路6相連接，在電子放大電路6后接有單片機(jī)7。
這里的光源1，它是指可發(fā)出一定光強(qiáng)度的發(fā)光體。目前人們所用的光源的種類很多，如單一波長的激光光源，復(fù)合波長的白熾燈、氙燈等。這里，我們選用白熾燈光源，為了使光源穩(wěn)定，采用了直流電子穩(wěn)流穩(wěn)壓器。為了光能很均勻的照射在細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池3上，這里，在白熾燈光輸出的通道上使用了光學(xué)玻璃透境組2，并把它放置在光源1和細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池3之間，以產(chǎn)生均勻的照射光。細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池3必須置于光學(xué)玻璃透境組2之后，因?yàn)閺墓鈱W(xué)玻璃透境組2出來的光線是平行光它保證了照射在LB膜薄膜光電池3上的光的均勻性。
細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池3是本裝置的核心部份，它是由細(xì)菌視紫紅質(zhì)材料構(gòu)成的，細(xì)菌視紫紅質(zhì)是一種具有活性的細(xì)菌，用它制成的光電池構(gòu)造如下聚四氟乙烯圓環(huán)、導(dǎo)電玻璃、細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜、飽和瓊脂、帶淺槽的聚四氟乙烯圓環(huán)、正電極和負(fù)電極由它們組成了細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池。該光電池對(duì)光的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特別靈敏，尤其是對(duì)入射光強(qiáng)變化具有獨(dú)特的微分響應(yīng)特性，即其響應(yīng)輸出的光電流或光電壓呈現(xiàn)微分波形。因此，本實(shí)用新型的計(jì)數(shù)裝置具有非常好的抗環(huán)境光干擾能力，測(cè)量部分不用置于黑暗之中，同時(shí)對(duì)同一被測(cè)物體，在光照和撤去光照的瞬間有兩次響應(yīng)信號(hào)，使得測(cè)量結(jié)果的可靠性提高一倍。
細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池3，在動(dòng)態(tài)光照下的靈敏度雖然很高，但產(chǎn)生光電流非常小，因此，必需采用高靈敏度、高增益、低漂移、低噪生的運(yùn)算放大器，以保證把微弱的電流信號(hào)進(jìn)行放大，并把其電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，即電流-電壓轉(zhuǎn)換器。連接方法(見附圖2)所示。電流-電壓轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端，分別連到細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池3的正電極4和負(fù)電極5上，其輸出端連到三階契比雪夫低通有源濾波器的輸入端(見圖3)，它的作用把電路中產(chǎn)生的、參雜在信號(hào)當(dāng)中的噪聲電壓部份濾掉，保證輸出的電壓信號(hào)穩(wěn)定可靠，該三階契比雪夫低通有源濾波器的輸出端，輸出的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)再經(jīng)電壓放大和施密特電路整形輸出，(見附圖4)即把三階契比雪夫低通有源濾波器的輸出端，連到電壓放大和施密特整形電路輸入端。該輸出端連到8031單片機(jī)計(jì)數(shù)器的定時(shí)\計(jì)數(shù)輸入端(見附圖5)。
該裝置的測(cè)量結(jié)果用LED發(fā)光數(shù)碼管顯示。
以上各部份組成了該計(jì)數(shù)測(cè)量裝置之整體，其位置和連接已經(jīng)確定。
該裝置的工作過程如下當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體從光源和細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池3之間通過時(shí)，在入射到光電池上的光被物體遮住的瞬間，光電池產(chǎn)生一個(gè)正向的電流脈沖；在入射到光電池的光被運(yùn)動(dòng)物體遮蓋期間，沒有電流輸出；運(yùn)動(dòng)物體脫離遮住入射到光電池上的光的瞬間，光電池產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的電流脈沖。它們經(jīng)電流—電壓變換器變成所需要的電壓輸出，經(jīng)三階契比雪夫低通有源濾波器去掉干擾波，再通過電壓放大和施密特整形電路，8279鍵盤、顯示控制器，8031單片最小配置和程序完成對(duì)信號(hào)的計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)方式選擇、計(jì)數(shù)結(jié)果顯示處理，并由LED發(fā)光顯示器顯示計(jì)數(shù)結(jié)果。
本實(shí)用新型的細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜型光電計(jì)數(shù)測(cè)量裝置具有非常強(qiáng)的抗雜散光干擾的能力，在雜散光小于或等于工作光強(qiáng)五十倍的環(huán)境下，該計(jì)數(shù)裝置能穩(wěn)定可靠的工作，它適于非接觸、環(huán)境差的條件下作計(jì)數(shù)測(cè)量。
權(quán)利要求1.一種細(xì)菌視紫紅質(zhì)光電計(jì)數(shù)測(cè)量裝置，其中包括，光源、透鏡組、正、負(fù)電極以及電子放大電路和單片機(jī)，其特征在于，其中在透鏡組的后面，與正、負(fù)電極相連接有一細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的細(xì)菌視紫紅質(zhì)光電計(jì)數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于，所說的照明光源為可見光或者單一波長可見光。
專利摘要本實(shí)用新型是采用細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電轉(zhuǎn)換器件作為該光電計(jì)數(shù)測(cè)量裝置的傳感器，利用細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜傳感器對(duì)光電響應(yīng)的微分特性，作為本計(jì)數(shù)測(cè)量裝置的有效輸入信號(hào)，其中包括光源、透鏡組、正、負(fù)電極以及電子放大電路和單片機(jī)，在透鏡組的后面，與正、負(fù)電極相連接有一細(xì)菌視紫紅質(zhì)LB膜薄膜光電池；本裝置克服了其他裝置必須把測(cè)量部件置于黑暗環(huán)境之中的不足之處。使之更易于工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和增加可靠性。
文檔編號(hào)G01N33/48GK2271212SQ9624468
公開日1997年12月24日 申請(qǐng)日期1996年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月11日
發(fā)明者李興長, 陶培德, 李寶芳, 盧濤, 江龍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院感光化學(xué)研究所