本實(shí)用新型涉及傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種熒光傳感器。

背景技術(shù)：

微痕量熒光爆炸物檢測(cè)儀器相比較傳統(tǒng)的爆炸物檢測(cè)儀器，有靈敏度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，在地鐵，機(jī)場(chǎng)等重要安檢場(chǎng)所有廣泛的應(yīng)用前景。作為此類(lèi)儀器的核心，熒光傳感器的性能(穩(wěn)定性，靈敏度，可靠性)直接決定了整機(jī)的性能。傳統(tǒng)的傳感模塊的輸出為0-3V的模擬電壓信號(hào)，信號(hào)容易受到外部電磁輻射干擾，穩(wěn)定性差，另外模擬信號(hào)輸出又要求外部有高精度數(shù)模轉(zhuǎn)化器(ADC)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后CPU才能進(jìn)行處理，器件又有模擬濾波的要求，操作復(fù)雜，穩(wěn)定性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，有必要提供一種穩(wěn)定性和可靠性高的熒光傳感器。

本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題提供的技術(shù)方案是：

一種熒光傳感器，包括LED光源、LED驅(qū)動(dòng)模塊、光敏傳感器、信號(hào)鏈模塊、電源模塊和MCU，所述LED光源與所述光敏傳感器相鄰設(shè)置，所述電源模塊分別與所述MCU、所述信號(hào)鏈模塊和所述LED光源相連接，所述LED驅(qū)動(dòng)模塊連接于所述MCU和所述LED光源之間，所述信號(hào)鏈模塊連接于所述光敏傳感器和所述MCU之間。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述MCU包括脈寬調(diào)制模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)化器和通用異步通訊口。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述脈寬調(diào)制模塊與所述LED驅(qū)動(dòng)模塊相連接。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述信號(hào)鏈模塊連接于所述光敏傳感器和所述MCU的模數(shù)轉(zhuǎn)化器之間。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述LED驅(qū)動(dòng)模塊為采用穩(wěn)壓器D2、NPN三極管Q3、NTC電阻和MOS開(kāi)關(guān)管Q4搭建的恒流源。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述信號(hào)鏈模塊是由i-V轉(zhuǎn)化器和比例放大器組成的兩級(jí)放大單元。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述i-V轉(zhuǎn)化器包括光敏二極管D1、運(yùn)算放大器U4、電容C3、C6和電阻R3、R10，光敏二極管D1的正極與運(yùn)算放大器U4的反相輸入端相連接，電容C3和電阻R3分別連接于運(yùn)算放大器U4的反相輸入端和輸出端之間，光敏二極管D1的負(fù)極和運(yùn)算放大器U4的同相輸入端相連接后接地，運(yùn)算放大器U4的輸出端通過(guò)電阻R10接地，運(yùn)算放大器U4的正極電源接入端接5V高電平，并且通過(guò)電容C6接地，運(yùn)算放大器U4的負(fù)極電源接入端接地。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述比例放大器包括電阻R4、R5、R9、電容C10和運(yùn)算放大器U5，運(yùn)算放大器U5的反相輸入端通過(guò)電阻R4接地，并且通過(guò)電阻R9與運(yùn)算放大器U5的輸出端相連接，運(yùn)算放大器U5的同相輸入端通過(guò)電阻R5與運(yùn)算放大器U4的輸出端相連接，運(yùn)算放大器U5的正極電源接入端接5V高電平，并且通過(guò)電容C10接地，運(yùn)算放大器U5的負(fù)極電源接入端接地。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的熒光傳感器將熒光傳感頭模塊化和數(shù)字化，用戶(hù)只需要按照固定的命令通過(guò)串口讀取信號(hào)即可，省去了對(duì)ADC和外部濾波的使用要求，抗干擾性更強(qiáng)，使儀器的穩(wěn)定，可靠性和易用性有很大提升，也使儀器的集成度更好，更能適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，更容易安裝，調(diào)試和生產(chǎn)，也易于售后進(jìn)行維護(hù)和維修。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的熒光傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中的信號(hào)鏈模塊的電路圖。

圖3是圖1中的LED驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型的熒光傳感器包括LED光源、LED驅(qū)動(dòng)模塊、光敏傳感器、信號(hào)鏈模塊、電源模塊和MCU。所述電源模塊分別與所述MCU、所述信號(hào)鏈模塊和所述LED光源相連接，分別為所述MCU、所述信號(hào)鏈模塊和所述LED光源相提供3.3V、5V和12V的直流電源。所述MCU包括脈寬調(diào)制模塊(PWM)、模數(shù)轉(zhuǎn)化器(ADC)和通用異步通訊口(UART)。所述LED驅(qū)動(dòng)模塊連接于所述MCU的脈寬調(diào)制模塊和所述LED光源之間，所述LED驅(qū)動(dòng)模塊用于根據(jù)所述脈寬調(diào)制模塊輸出的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述LED光源發(fā)出恒定的激發(fā)光源。所述信號(hào)鏈模塊連接于所述光敏傳感器和所述MCU的模數(shù)轉(zhuǎn)化器之間。所述光敏傳感器與所述LED光源相鄰設(shè)置，所述光敏傳感器接收熒光輻照，輸出電流信號(hào)，電流信號(hào)的大于和接收到的熒光信號(hào)成正比例關(guān)系，在光源恒定的情況下，而被檢測(cè)物質(zhì)可以淬滅膜片上的熒光，使熒光信號(hào)變小，同時(shí)檢測(cè)物質(zhì)的濃度和淬滅的熒光量也存在正相關(guān)性。所述信號(hào)鏈模塊用于將光敏傳感器輸出的微弱電流信號(hào)放大,變換成模數(shù)轉(zhuǎn)化器可以處理的電壓信號(hào)。所述MCU采用C8051F351，負(fù)責(zé)信號(hào)的采集處理，然后通過(guò)所述通用異步通訊口將采集數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

所述信號(hào)鏈模塊、所述LED驅(qū)動(dòng)模塊和所述MCU整體采用小封裝IC，阻容器件為0402封裝，以保證本實(shí)用新型的熒光傳感器的整體外形尺寸L<48mm,W<18mm，保證可以安裝在傳感頭內(nèi)部，由于傳感頭是金屬殼體，所以保證了對(duì)整體電路的屏蔽作用，使信號(hào)更加穩(wěn)定。所述光敏傳感器接收熒光輻照，輸出電流信號(hào)，電流信號(hào)的大于和接收到的熒光信號(hào)成正比例關(guān)系，在光源恒定的情況下，而被檢測(cè)物質(zhì)可以淬滅膜片上的熒光，使熒光信號(hào)變小，同時(shí)檢測(cè)物質(zhì)的濃度和淬滅的熒光量也存在正相關(guān)性。所述信號(hào)鏈模塊負(fù)責(zé)將光敏傳感器輸出的微弱電流信號(hào)放大,變換成模數(shù)轉(zhuǎn)化器可以處理的電壓信號(hào)。

如圖2所示，所述信號(hào)鏈模塊是由高性能運(yùn)算放大器搭建的兩級(jí)放大單元，第一級(jí)將是i-V轉(zhuǎn)化器，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，第二級(jí)是比例放大器，將第一級(jí)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)一步放大，最后輸出至模數(shù)轉(zhuǎn)化器進(jìn)行處理。所述i-V轉(zhuǎn)化器包括光敏二極管D1、運(yùn)算放大器U4、電容C3、C6和電阻R3、R10。光敏二極管D1的正極與運(yùn)算放大器U4的反相輸入端相連接。電容C3和電阻R3分別連接于運(yùn)算放大器U4的反相輸入端和輸出端之間。光敏二極管D1的負(fù)極和運(yùn)算放大器U4的同相輸入端相連接后接地。運(yùn)算放大器U4的輸出端通過(guò)電阻R10接地。運(yùn)算放大器U4的正極電源接入端接5V高電平，并且通過(guò)電容C6接地，運(yùn)算放大器U4的負(fù)極電源接入端接地。所述比例放大器包括電阻R4、R5、R9、電容C10和運(yùn)算放大器U5。運(yùn)算放大器U5的反相輸入端通過(guò)電阻R4接地，并且通過(guò)電阻R9與運(yùn)算放大器U5的輸出端相連接。運(yùn)算放大器U5的同相輸入端通過(guò)電阻R5與運(yùn)算放大器U4的輸出端相連接。。運(yùn)算放大器U5的正極電源接入端接5V高電平，并且通過(guò)電容C10接地，運(yùn)算放大器U5的負(fù)極電源接入端接地。

所述LED光源發(fā)射激發(fā)光源，在同等條件下，熒光的光強(qiáng)和激發(fā)光源也成正比例關(guān)系，但光強(qiáng)受電流，溫度等因素的影響，任何的波動(dòng)都會(huì)造成光強(qiáng)的變化，而光強(qiáng)的變化又會(huì)造成熒光的變化，這樣會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，降低儀器性能，因此恒定的激發(fā)光源也是熒光檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。通常LED的光強(qiáng)(W)受LED的發(fā)光效率(μ)和通過(guò)的電流(i)影響，W＝μ*i。

如圖3所示，本實(shí)用新型中，所述LED驅(qū)動(dòng)模塊為采用穩(wěn)壓器D2、NPN三極管Q3、NTC電阻和MOS開(kāi)關(guān)管Q4搭建的恒流源。恒流源的暫態(tài)電流受NTC電阻的大小控制，起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?。?dāng)溫度升高后LED的發(fā)光效率μ會(huì)變低，但同時(shí)NTC電阻的的阻值會(huì)變小，NTC電阻的阻值和電流i成反比例關(guān)系，這樣LED通過(guò)的電流i會(huì)變大，保證光強(qiáng)W不變。此外，熒光的輻射強(qiáng)度Q又受LED光強(qiáng)W和熒光膜片的發(fā)光效率影響，由于熒光膜片涂覆物質(zhì)多少的不同，個(gè)體的發(fā)光效率也會(huì)有差異，在同等激發(fā)光W輻照下，Q會(huì)有所差異，有的會(huì)表現(xiàn)出大于2倍的差異，為了滿足ADC數(shù)據(jù)采集的要求，需要將Q控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，這就要求對(duì)激發(fā)光W進(jìn)行調(diào)制來(lái)補(bǔ)償發(fā)光效率的不同。因此MCU采用10KHZ的PWM脈沖來(lái)控制脈寬W的大小，當(dāng)發(fā)光效率偏小時(shí)，增加PWM的占空比，W就會(huì)變大；反之亦然。最終達(dá)到一個(gè)合理的Q值。

綜上所述，本實(shí)用新型的熒光傳感器將熒光傳感頭模塊化和數(shù)字化，用戶(hù)只需要按照固定的命令通過(guò)串口讀取信號(hào)即可，省去了對(duì)ADC和外部濾波的使用要求，抗干擾性更強(qiáng)，使儀器的穩(wěn)定，可靠性和易用性有很大提升，也使儀器的集成度更好，更能適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，更容易安裝，調(diào)試和生產(chǎn)，也易于售后進(jìn)行維護(hù)和維修。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。