一種熒光傳感器的制作方法

本實用新型涉及傳感器領域，尤其涉及一種熒光傳感器。

背景技術：

微痕量熒光爆炸物檢測儀器相比較傳統的爆炸物檢測儀器，有靈敏度高，響應速度快的特點，在地鐵，機場等重要安檢場所有廣泛的應用前景。作為此類儀器的核心，熒光傳感器的性能(穩定性，靈敏度，可靠性)直接決定了整機的性能。傳統的傳感模塊的輸出為0-3V的模擬電壓信號，信號容易受到外部電磁輻射干擾，穩定性差，另外模擬信號輸出又要求外部有高精度數模轉化器(ADC)將模擬信號轉化為數字信號，然后CPU才能進行處理，器件又有模擬濾波的要求，操作復雜，穩定性差。

技術實現要素：

為了解決現有技術的上述問題，有必要提供一種穩定性和可靠性高的熒光傳感器。

本實用新型解決技術問題提供的技術方案是：

一種熒光傳感器，包括LED光源、LED驅動模塊、光敏傳感器、信號鏈模塊、電源模塊和MCU，所述LED光源與所述光敏傳感器相鄰設置，所述電源模塊分別與所述MCU、所述信號鏈模塊和所述LED光源相連接，所述LED驅動模塊連接于所述MCU和所述LED光源之間，所述信號鏈模塊連接于所述光敏傳感器和所述MCU之間。

本實用新型實施例中，所述MCU包括脈寬調制模塊、模數轉化器和通用異步通訊口。

本實用新型實施例中，所述脈寬調制模塊與所述LED驅動模塊相連接。

本實用新型實施例中，所述信號鏈模塊連接于所述光敏傳感器和所述MCU的模數轉化器之間。

本實用新型實施例中，所述LED驅動模塊為采用穩壓器D2、NPN三極管Q3、NTC電阻和MOS開關管Q4搭建的恒流源。

本實用新型實施例中，所述信號鏈模塊是由i-V轉化器和比例放大器組成的兩級放大單元。

本實用新型實施例中，所述i-V轉化器包括光敏二極管D1、運算放大器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的負極和運算放大器U4的同相輸入端相連接后接地，運算放大器U4的輸出端通過電阻R10接地，運算放大器U4的正極電源接入端接5V高電平，并且通過電容C6接地，運算放大器U4的負極電源接入端接地。

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

與現有技術相比較，本實用新型的熒光傳感器將熒光傳感頭模塊化和數字化，用戶只需要按照固定的命令通過串口讀取信號即可，省去了對ADC和外部濾波的使用要求，抗干擾性更強，使儀器的穩定，可靠性和易用性有很大提升，也使儀器的集成度更好，更能適應各種復雜環境，更容易安裝，調試和生產，也易于售后進行維護和維修。

附圖說明

圖1是本實用新型的熒光傳感器的結構示意圖。

圖2是圖1中的信號鏈模塊的電路圖。

圖3是圖1中的LED驅動模塊的電路圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型的熒光傳感器包括LED光源、LED驅動模塊、光敏傳感器、信號鏈模塊、電源模塊和MCU。所述電源模塊分別與所述MCU、所述信號鏈模塊和所述LED光源相連接，分別為所述MCU、所述信號鏈模塊和所述LED光源相提供3.3V、5V和12V的直流電源。所述MCU包括脈寬調制模塊(PWM)、模數轉化器(ADC)和通用異步通訊口(UART)。所述LED驅動模塊連接于所述MCU的脈寬調制模塊和所述LED光源之間，所述LED驅動模塊用于根據所述脈寬調制模塊輸出的控制信號來驅動所述LED光源發出恒定的激發光源。所述信號鏈模塊連接于所述光敏傳感器和所述MCU的模數轉化器之間。所述光敏傳感器與所述LED光源相鄰設置，所述光敏傳感器接收熒光輻照，輸出電流信號，電流信號的大于和接收到的熒光信號成正比例關系，在光源恒定的情況下，而被檢測物質可以淬滅膜片上的熒光，使熒光信號變小，同時檢測物質的濃度和淬滅的熒光量也存在正相關性。所述信號鏈模塊用于將光敏傳感器輸出的微弱電流信號放大,變換成模數轉化器可以處理的電壓信號。所述MCU采用C8051F351，負責信號的采集處理，然后通過所述通用異步通訊口將采集數據發送出去。

所述信號鏈模塊、所述LED驅動模塊和所述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部，由于傳感頭是金屬殼體，所以保證了對整體電路的屏蔽作用，使信號更加穩定。所述光敏傳感器接收熒光輻照，輸出電流信號，電流信號的大于和接收到的熒光信號成正比例關系，在光源恒定的情況下，而被檢測物質可以淬滅膜片上的熒光，使熒光信號變小，同時檢測物質的濃度和淬滅的熒光量也存在正相關性。所述信號鏈模塊負責將光敏傳感器輸出的微弱電流信號放大,變換成模數轉化器可以處理的電壓信號。

如圖2所示，所述信號鏈模塊是由高性能運算放大器搭建的兩級放大單元，第一級將是i-V轉化器，將電流信號轉化為電壓信號，第二級是比例放大器，將第一級輸出的電壓信號進一步放大，最后輸出至模數轉化器進行處理。所述i-V轉化器包括光敏二極管D1、運算放大器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的負極和運算放大器U4的同相輸入端相連接后接地。運算放大器U4的輸出端通過電阻R10接地。運算放大器U4的正極電源接入端接5V高電平，并且通過電容C6接地，運算放大器U4的負極電源接入端接地。所述比例放大器包括電阻R4、R5、R9、電容C10和運算放大器U5。運算放大器U5的反相輸入端通過電阻R4接地，并且通過電阻R9與運算放大器U5的輸出端相連接。運算放大器U5的同相輸入端通過電阻R5與運算放大器U4的輸出端相連接。。運算放大器U5的正極電源接入端接5V高電平，并且通過電容C10接地，運算放大器U5的負極電源接入端接地。

所述LED光源發射激發光源，在同等條件下，熒光的光強和激發光源也成正比例關系，但光強受電流，溫度等因素的影響，任何的波動都會造成光強的變化，而光強的變化又會造成熒光的變化，這樣會導致檢測系統的不穩定，降低儀器性能，因此恒定的激發光源也是熒光檢測系統的關鍵。通常LED的光強(W)受LED的發光效率(μ)和通過的電流(i)影響，W＝μ*i。

如圖3所示，本實用新型中，所述LED驅動模塊為采用穩壓器D2、NPN三極管Q3、NTC電阻和MOS開關管Q4搭建的恒流源。恒流源的暫態電流受NTC電阻的大小控制，起到溫度補償的作用。當溫度升高后LED的發光效率μ會變低，但同時NTC電阻的的阻值會變小，NTC電阻的阻值和電流i成反比例關系，這樣LED通過的電流i會變大，保證光強W不變。此外，熒光的輻射強度Q又受LED光強W和熒光膜片的發光效率影響，由于熒光膜片涂覆物質多少的不同，個體的發光效率也會有差異，在同等激發光W輻照下，Q會有所差異，有的會表現出大于2倍的差異，為了滿足ADC數據采集的要求，需要將Q控制在一個合理的范圍內，這就要求對激發光W進行調制來補償發光效率的不同。因此MCU采用10KHZ的PWM脈沖來控制脈寬W的大小，當發光效率偏小時，增加PWM的占空比，W就會變大；反之亦然。最終達到一個合理的Q值。

綜上所述，本實用新型的熒光傳感器將熒光傳感頭模塊化和數字化，用戶只需要按照固定的命令通過串口讀取信號即可，省去了對ADC和外部濾波的使用要求，抗干擾性更強，使儀器的穩定，可靠性和易用性有很大提升，也使儀器的集成度更好，更能適應各種復雜環境，更容易安裝，調試和生產，也易于售后進行維護和維修。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。