Портативный люминометр

Полезная модель относится к аналитическим системам, в частности, к области светорегистрирующего оборудования и может быть использована в качестве регистратора слабых световых потоков от биологических, физических, химических и других источников. Техническим результатом является высокая эффективность регистрации световых потоков при портативных размерах и низком энергопотреблении. Это достигается тем, что в портативном люминометре, включающем блок усиления сигналов, блок питания, блок управления, счетчик импульсов, индикатор положения крышки прибора, металлическое тело кюветного отделения, USB-порт для передачи данных на персональный компьютер, новым является то, что в качестве детектора света использован твердотельный фотоумножитель, питание прибора обеспечивается от USB-порта, светоизолирующая крышка кюветного отделения закреплена на длинном четырехосном шарнире, прибор сопряжен с подставкой с отверстиями для кювет. 1 н.п.ф., 2 ил.

Полезная модель относится к аналитическим системам, в частности, к области светорегистрирующего оборудования и может быть использована в качестве регистратора слабых световых потоков от биологических, физических, химических и других источников.

Известен прибор Sure II [http://www.hygiena.net/docs/systemsureii.pdf], который содержит корпус, 7-строчный ЖК дисплей (черно-белый), мембранную клавиатуру, источник питания (АА батарейку), кюветное отделение, модуль памяти, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).

Несмотря на низковольтное питание и компактные габариты, Sure II имеет нестандартное кюветное отделение и не имеет режима измерения кинетики люминесцентных реакций.

Также из уровня техники известен прибор Berthold Junior [https://www.berthold.com/en/bio/portable_tube_luminometer_Junior_LB9509], содержащий модуль памяти, кюветное отделение, корпус, ЖК-дисплей, фотодатчик, мембранную клавиатуру.

Недостатками прибора является отсутствие в нем режима измерения кинетики, обладает высокой стоимостью.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является прибор Promega GlowMax 20/20 [http://www.promega.com.cn/techserv/tbs/TM001-310/tm276.pdf], содержащий корпус, тачскрин, кюветное отделение, систему инжекторов, ФЭУ, модуль памяти.

Недостатками является то, что прибор не имеет возможности автономной работы, обладает большими габаритными размерами, что делает его использование в полевых условиях невозможным. Из-за своих габаритов хранение большого числа приборов (по количеству учеников в классе) может нанимать значительные пространства.

Все известные приборы не позволяют осуществлять питание прибора только от источника постоянного тока 5 В (стандартное питание USB-порта), имеют большие габариты и сложнее в использовании. Портативные же аналоги не позволяют измерять зависимость потоков светового излучения от времени.

Технический результат заключается в том, что при портативных размерах и низком энергопотреблении сохраняется высокая эффективность регистрации световых потоков.

Указанный технический результат достигается тем, что в портативном люминометре, включающем блок усиления сигналов, блок питания, блок управления, счетчик импульсов, индикатор положения крышки прибора, металлическое тело кюветного отделения, USB-порт для передачи данных на персональный компьютер, новым является то, что в качестве детектора света использован твердотельный фотоумножитель, питание прибора обеспечивается от USB-порта, светоизолирующая крышка кюветного отделения закреплена на длинном четырехосном шарнире, прибор сопряжен с подставкой с отверстиями для кювет.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показана блок-схема работы прибора; на фиг.2 - принципиальная схема прибора.

Блок-схема портативного люминометра состоит из твердотельного фотоумножителя 1 (фиг.1), предусилителя 2, усилителя 3, компаратора 4, счетчика импульсов 5, блока управления 6, индикатора положения крышки 7.

Принципиальная схема портативного люминометра содержит крышку прибора 8 (фиг.2), крышку кюветного отделения 9, корпус прибора 10, тело кюветного отделения 11, плату детектора с усилителем 12, подставку 13 с отверстиями для кювет 14, четырехосный шарнир 15, плату питания 16, USB-порт 17 для передачи данных на персональный компьютер и питания прибора, плату сбора и обработки данных 18, подставка 19.

Портативный люминометр работает следующим образом.

Корпус прибора 10 (фиг.2) сопряжен с крышкой прибора 8 четырехосным шарниром 15. Для лучшей устойчивости и удобства использования прибор размещается на подставке 13, в которой присутствуют отверстия для расположения кювет 14. Прибор подключается к ЭВМ при помощи USB-порта 17, от которого подается напряжение на плату питания 16. Образец помещается в кювету находящуюся в одном из отверстий 14 на подставке 13. Затем кювета помещается в тело кюветного отделения 11 и закрывается сверху крышкой кюветного отделения 9, закрепленной в крышке прибора 8. Световой поток от измеряемого образца поступает на твердотельный лавинный фотоумножитель 1 (SiPM) (фиг.1), где возникает лавинный пробой от каждого фотона, упавшего в момент, когда ячейка готова к лавинному пробою. Возникшая разность потенциалов увеличивается предусилителем 2, усилителем 3 и попадает на компаратор 4, который преобразуют сигнал из аналогового в цифровой согласно величине опорного напряжения, задаваемого блоком управления 6. После этого цифровой сигнал идет на счетчик импульсов 5, располагающийся в плате детектора с усилителем 12. Данные со счетчика импульсов 5 используются блоком управления 6, располагающемся на плате сбора и обработки данных 18, для подсчета количества фотонов, упавших в заданный промежуток времени. После этого данные передаются через USB-порт 17 (фиг.2) на подключенный персональный компьютер, где на специальном программном обеспечении происходит их обработка и визуализация.

Система блока управления 6 предусматривает старт измерения сразу после закрытия крышки прибора 8, а также своевременно останавливает измерение после открытия крышки, защищая данные от искажения, что обеспечивается работой индикатора положения крышки 7 (фиг.1).

Для достижения лучшей светоизоляции и помехоустойчивости использовано металлическое тело кюветного отделения 11 (фиг.2). Для уменьшения размеров и энергопотребления прибора в качестве регистрирующего источника использован твердотельный лавинный фотоумножитель 1 (фиг.1). Для обеспечения наименьшего угла при стыковке крышки кюветного отделения 9 (фиг.2) с телом кюветного отделения 11 использована четырехосная система шарниров. Сопряжение корпуса прибора с подставкой 19 обеспечивается вырезом в подставке 19 по форме профиля прибора. Светоизоляция между крышкой кюветного отделения 9 и телом кюветного отделения 11 обеспечивается нанесением на одной детали светоизолирующей каймы прямоугольного сечения, и на другой детали соответствующего антогонистического углубления. Индикатор положения крышки 7 (фиг.1) обеспечен контактной цепью, замыкающейся при соприкосновении крышки кюветного отделения 9 (фиг.2) и тела кюветного отделения 11. В месте стыковки платы усилителей 12 с размещенным на нем твердотельным фотоумножителем 1 (SiPM) и телом кюветного отделения 11 нанесен мягкий светонепроницаемый полимерный материал, который обеспечивает беспросветное сопряжение деталей 12 и 11, для защиты от паразитного светового сигнала. Питание твердотельного лавинного фотоумножителя 1 (фиг.1) происходит с использованием платы питания 16, которая обеспечивает повышение напряжения от 5 В до необходимого рабочего диапазона 20-100 В. Каскад усиления лавинного пробоя твердотельного фотоумножителя 1 (SiPM) составлен из предусилителя 2 и усилителя 3. Опорное напряжение на компаратор 4 подается от блока управления 6, используя широтно-импульсную модуляцию, фильтруемую конденсатором высокой емкости. Цифровой сигнал компаратора 4 передается на счетчик импульсов 5, данные которого используются блоком управления 6 для определения количества произошедших пробоев в заданный промежуток времени. Блок управления 6 передает данные о количестве импульсов на ЭВМ через USB-порт 17 (фиг.2) по интерфейсу RS-485, где происходит дальнейшая обработка данных и визуализация.

Таким образом, в портативном люминометре используется иной детектор света, в частности твердотельный лавинный фотоумножитель (SiPM), что обеспечивает компактность, низковольтное питание и толерантность к яркому световому потоку (детектор света не теряет чувствительность после воздействия яркого светового потока).

Электронные узлы усилителя и блок управления разработаны с использованием современной элементной базы, обеспечивающей компактность устройства.

Корпус люминометра находится в сопряжении с подставкой для кювет, что обеспечивает устойчивость прибора на горизонтальных поверхностях, возможность работы одной рукой, однообразность механических операций во время измерения, а также позволяет уменьшить область рабочего пространства.

Для измерений могут использоваться стандартные биологические кюветы.

В самом приборе отсутствует дисплей и модули памяти, а управление происходит по интерфейсу RS-485, также отсутствуют аккумуляторы, источники постоянного тока и системы питания от бытовой электросети, поскольку питание происходит от USB-порта. Такая конструкция имеет меньшую себестоимость и обеспечивает продолжительность работы, которая ограничена емкостью аккумуляторов сопрягаемого устройства (ноутбука или планшета).

Таким образом, в полезной модели при портативных размерах и низком энергопотреблении сохраняется высокая эффективность регистрации световых потоков.

Портативный люминометр, включающий блок усиления сигналов, блок питания, блок управления, счетчик импульсов, индикатор положения крышки прибора, металлическое тело кюветного отделения, USB-порт для передачи данных на персональный компьютер, отличающийся тем, что в качестве детектора света использован твердотельный фотоумножитель, питание прибора обеспечивается от USB-порта, светоизолирующая крышка кюветного отделения закреплена на длинном четырехосном шарнире, прибор сопряжен с подставкой с отверстиями для кювет.

РИСУНКИ