专利名称：一种二噁英类毒素信号采集装置和方法
技术领域：
本发明涉及环境检测技术领域，特别涉及一种二噁英类毒素信号采集装置和方法。
背景技术：
二噁英类是由I个或2个氧原子连接2个氯取代的苯环组成的三环芳香族有机化合物，包括多氯苯并二卩惡英类(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins,简称PCDDs)和多氯二苯并呋喃(Polychlorinated dibenzo-p-furans,简称PCDFs),统称为二卩惡英类。因其具有极强的致癌性、生物富集性等危害，受到国际社会的广泛关注。二噁英是人类生产过程中无意产生的有机污染物，来源非常广，其中废物焚烧被认为是主要的产生源之一。
目前国际上采用较多的检测二噁英类的方法是色谱法(HRGC/HRMS )、免疫测定(EIA)法和生物测定法三种。色谱法的优点是可以分离二噁英类的每种成分，并进行准确定量，能测出痕量毒物(fg/g)，但不能进行二噁英类总量计算，也不能用一根色谱仪分离柱分离出全部异构体。该方法需要复杂的样品前处理过程，测试周期较长，并且要求有精密的仪器、良好的实验环境、经过专业训练的操作人员等，用该法检测二噁英类毒物的费用高达1000-3000美元，费用昂贵。免疫测定技术的原理是基于免疫系统所产生的抗体与二噁英(抗原)具有很强的特异结合性，其选择性好、灵敏度高，相较于色谱法所需时间较短；操作简便，包括样本前处理和检测过程；检测样品费用较低，大约每个样100美元，但其抗体不易获得，制备非常复杂，因为抗体原因免疫测定技术并不能检测所有的同系物，制备抗体一般只针对几种毒性较大的种类。生物学测定法主要是通过与机体细胞内Ah受体活化程度的测定来间接表达二噁英类的TEQ(毒性当量)，目前主要使用的方法为荧光素酶法，是将萤火虫荧光素酶作为报告基因结合到控制转录的DRE上，制备成质粒载体并转染H411E白鼠癌细胞(含Ah受体)。此构成的荧光素酶诱导活性与二噁英的毒性系数相对应。此种方法存在的问题是，二噁英类诱导的荧光素酶产生的光信号非常微弱，并没有得到广泛应用，目前还仅限于实验室应用，所需检测仪器造价昂贵。因此，如果能够快速准确测量到二噁英类诱导的荧光素酶产生的微弱光信号，进而实现二噁英类毒素的检测，具有极大的应用价值。

发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种二噁英类毒素信号采集装置，该装置能够准确快速测量二噁英类诱导的荧光素酶产生的微弱光信号，具有分辨率高、精度高、线性宽、成本低等优点。同时本发明还提供了一种基于上述装置的二噁英类毒素信号采集方法。本发明的目的通过以下的技术方案实现一种二噁英类毒素信号采集装置，包括电源管理模块、升压电路、光电转换器、运算放大器、脉冲甄别器、二分频计数器、控制单元和数模转换器，生物所发微弱光经光电转换器转换为微弱电信号，然后经运算放大器放大后传递到脉冲甄别器，脉冲甄别器与二分频计数器连接，用于对信号电压幅度进行比较，当脉冲电压幅度超过设定阈值，输出高电平信号，并经二分频计数器发送到控制单元；控制单元通过数模转换器与脉冲甄别器相连，用于将设定的脉冲电压幅度阈值发送到脉冲甄别器；电源管理模块用于给装置各部件供电；升压电路一端与电源管理模块连接，另一端与光电转换器相连，用于将电源管理模块的电压升压至光电转换器工作电压；控制单元还与上位机相连。采用脉冲甄别器的目的是因为光电转换器所采集到的这个电压值并不稳定，具体呈现为一种交流信号，因此为了使测量准确，所以在测量时比照峰值，由控制单元设置一个阈值对不符合要求的信号进行剔除。优选的，所述电源管理模块使用外置6V直流供电，或使用3. 6V锂电池供电，内部包括充电管理模块。更进一步的，所述电源管理模块使用3. 6V锂电池供电时，电源管理模块还包括
3.6-5V的直流升压电路，用于将3. 6V锂电池供电电压升压至5V直流供电。 优选的，所述升压电路采用⑶4047芯片，该芯片用于将5V直流升压到直流1000V。优选的，所述光电转换器具体为光电倍增管，使用滨松光子CR314-01，波长响应范围 300_650nm。更进一步的，所述光电倍增管中包括分压电阻链，该分压电阻链采用高精度1%金属膜电阻。优选的，所述运算放大器采用高精度1%金属膜电阻，运算放大器后级耦合电容采用独石电容，运算放大器前级耦合电容采用耐高压瓷片电容。优选的，所述脉冲甄别器采用AD8611AR高速电压比较器。优选的，所述二分频计数器采用74HC160芯片。优选的，所述控制单元为单片机。例如采用ATMELATMEGA128L芯片。优选的，所述控制单元采用RS232通讯方式与上位机连接。优选的，所述数模转换器采用MAX520芯片，该芯片具有8位精度，并且采用I2C通信方式。优选的，所述装置还包括存储模块LY62256SL芯片，用于存储采集的信号数据，与控制单兀连接。优选的，所述装置还包括显示单元和键盘模块，均分别与控制单元相连。更进一步的，所述显示单元为液晶显示器，采用12864字符型点阵显示器。这种液晶显示器具有界面友好、直观的优点。更进一步的，所述键盘模块采用行列扫描式键盘。能减少外围电路。一种基于上述装置的二噁英类毒素信号采集方法，具体包括以下步骤(I)将二噁英类诱导的荧光素酶生物反应所发微弱光经光电转换器转换为微弱电信号;(2)然后经运算放大器放大后传递到脉冲甄别器；(3)脉冲甄别器对信号电压幅度进行判断，当脉冲电压幅度超过设定阈值时，输出高电平信号到二分频计数器，二分频计数器将方波数除以2然后将方波信号发送到控制单元内部计数器；( 4 )控制单元对方波脉冲信号在单位时间内计数并发送到显示器进行显示。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果I、本发明采用了光电倍增管和运算放大器，从而能够高速实现微信号放大，有效提高测量精度。2、本发明采用高精度、高速的脉冲甄别器，有效去除本底噪音，提高了测量准确度。3、本发明中的控制单元和上位机之间RS232通讯，从而可实现数据上传和下载。4、本发明中的电源管理模块采用便携式设计，既可使用外接电源也可使用锂电池供电系统，更加便于携带。



图I是本发明装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例I如图I所示，本实施例所述一种二噁英类毒素信号采集装置，包括电源管理模块、升压电路、光电转换器、运算放大器、脉冲甄别器、二分频计数器、控制单元和数模转换器。装置运行时，生物所发微弱光经光电转换器转换为微弱电信号，然后经运算放大器放大后传递到脉冲甄别器，脉冲甄别器与二分频计数器连接，用于对信号电压幅度进行比较，当脉冲电压幅度超过设定阈值，输出高电平信号，并经二分频计数器发送到控制单元；控制单元通过数模转换器与脉冲甄别器相连，用于将设定的脉冲电压幅度阈值发送到脉冲甄别器；电源管理模块用于给装置各部件供电；升压电路一端与电源管理模块连接，另一端与光电转换器相连，用于将电源管理模块的电压升压至光电转换器工作电压；控制单元还与上位机(电脑)相连。本实施例中，所述电源管理模块使用3. 6V锂电池供电，内部包括充电管理模块和直流升压电路，用于将3. 6V锂电池供电电压升压至5V直流供电。在实际使用过程中，也可根据实际运行环境使用外置6V直流供电。升压电路具体采用⑶4047芯片，该芯片用于将5V直流升压到直流1000V。光电转换器具体为光电倍增管，使用滨松光子CR314-01，波长响应范围300-650nm。光电倍增管中包括分压电阻链，该分压电阻链采用高精度1%金属膜电阻。运算放大器采用高精度1%金属膜电阻，运算放大器后级耦合电容采用独石电容，运算放大器前级耦合电容采用耐高压瓷片电容。脉冲甄别器采用AD8611AR高速电压比较器。 二分频计数器采用74HC160芯片。控制单元为采用ATMELATMEGA128L芯片的单片机，并采用RS232通讯方式与上位机连接。数模转换器采用MAX520芯片，该芯片具有8位精度，并且采用I2C通信方式。本实施例中，所述装置还包括用于存储采集的信号数据的存储模块LY62256SL芯片、显示单元和键盘模块，均分别与控制单元相连。所述显示单元为液晶显示器，采用12864字符型点阵显示器。所述键盘模块采用行列扫描式键盘。一种基于上述装置的二噁英类毒素信号采集方法，具体包括以下步骤(I)将二噁英类诱导的荧光素酶生物反应所发微弱光经光电转换器转换为微弱电信号;(2)然后经运算放大器放大后传递到脉冲甄别器；(3)脉冲甄别器对信号电压幅度进行判断，当脉冲电压幅度超过设定阈值时，输出高电平信号到二分频计数器，二分频计数器将方波数除以2然后将方波信号发送到控制单元内部计数器；( 4 )控制单元对方波脉冲信号在单位时间内计数并发送到显示器进行显示。 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种二噁英类毒素信号采集装置，其特征在于，包括电源管理模块、升压电路、光电转换器、运算放大器、脉冲甄别器、二分频计数器、控制单元和数模转换器，生物所发微弱光经光电转换器转换为微弱电信号，然后经运算放大器放大后传递到脉冲甄别器，脉冲甄别器与二分频计数器连接，用于对信号电压幅度进行比较，当脉冲电压幅度超过设定阈值，输出高电平信号，并经二分频计数器发送到控制单元；控制单元通过数模转换器与脉冲甄别器相连，用于将设定的脉冲电压幅度阈值发送到脉冲甄别器；电源管理模块用于给装置各部件供电；升压电路一端与电源管理模块连接，另一端与光电转换器相连，用于将电源管理模块的电压升压至光电转换器工作电压；控制单元还与上位机相连。
2.根据权利要求I所述的二噁英类毒素信号采集装置，其特征在于，所述电源管理模块使用外置6V直流供电，或使用3. 6V锂电池供电，内部包括充电管理模块。
3.根据权利要求2所述的二噁英类毒素信号采集装置，其特征在于，所述电源管理模块使用3. 6V锂电池供电时，电源管理模块还包括3. 6-5V的直流升压电路，用于将3. 6V锂电池供电电压升压至5V直流供电。
4.根据权利要求I所述的二噁英类毒素信号采集装置，其特征在于，所述升压电路采用⑶4047芯片，该芯片用于将5V直流升压到直流1000V。
5.根据权利要求I所述的二噁英类毒素信号采集装置，其特征在于，所述光电转换器具体为光电倍增管，使用滨松光子CR314-01，波长响应范围300-650nm ;所述光电倍增管中包括分压电阻链，该分压电阻链采用高精度1%金属膜电阻。
6.根据权利要求I所述的二噁英类毒素信号采集装置，其特征在于，所述运算放大器采用高精度1%金属膜电阻，运算放大器后级耦合电容采用独石电容，运算放大器前级耦合电容采用耐高压瓷片电容。
7.根据权利要求I所述的二噁英类毒素信号采集装置，其特征在于，所述脉冲甄别器采用AD8611AR高速电压比较器； 所述二分频计数器采用74HC 160芯片； 所述控制单元为单片机； 所述控制单元采用RS232通讯方式与上位机连接； 所述数模转换器采用MAX520芯片，该芯片具有8位精度，并且采用I2C通信方式。
8.根据权利要求7所述的二噁英类毒素信号采集装置，其特征在于，所述装置还包括存储模块LY62256SL芯片，用于存储采集的信号数据，与控制单元连接；所述装置还包括显示单元和键盘模块，均分别与控制单元相连。
9.根据权利要求8所述的二噁英类毒素信号采集装置，其特征在于，所述显示单元为液晶显示器，采用12864字符型点阵显示器； 所述键盘模块采用行列扫描式键盘。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的二噁英类毒素信号采集装置的采集方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将二噁英类诱导的荧光素酶生物反应所发微弱光经光电转换器转换为微弱电信号; (2)然后经运算放大器放大后传递到脉冲甄别器； (3)脉冲甄别器对信号电压幅度进行判断，当脉冲电压幅度超过设定阈值时，输出高电平信号到二分频计数器，二分频计数器将方波数除以2然后将方波信号发送到控制单元内部计数器； (4)控制单元对方波脉冲信号在单位时间内计数并发送到显示器进行显示。
全文摘要
本发明公开了一种二噁英类毒素信号采集装置和方法，该装置包括光电转换器、运算放大器、脉冲甄别器、二分频计数器、控制单元和数模转换器，生物所发微弱光经光电转换器转换为微弱电信号，然后经运算放大器放大后传递到脉冲甄别器，脉冲甄别器对信号电压幅度进行比较，当脉冲电压幅度超过设定阈值，输出高电平信号，并经二分频计数器发送到控制单元；控制单元将设定的脉冲电压幅度阈值通过数模转换器发送到脉冲甄别器；控制单元与上位机相连。上述各器件电压均由电源管理模块供电。光电转换器工作电压是通过升压电路升压得到。本发明还公开了一种基于上述装置的采集方法。本发明能够高速实现微信号放大，有效去除本底噪音，提高测量精度。
文档编号G01N21/27GK102967563SQ201210488819
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者罗文波 申请人:东莞博莱特生物科技有限公司