Оптоелектронний сенсор

1. Оптоелектронний сенсор, який містить затискач, що складається з двох з'єднаних рухомо пластин, та розміщений у кожусі на верхній пластині затискача каркас з отворами, розташованими так, що у центральному отворі каркаса співвісно з 3 37737 та фотоприймача перетинаються на нижній пластині під кутом 20¸45°. Спільними рисами сенсора-прототипу та запропонованого пристрою є всі ознаки прототипу. Причиною, що заважає одержанню очікуваного технічного результату є те, що сенсор-прототип не дозволяє здійснювати калібровку приладу та представляти результати вимірювань в одиницях вимірювальної величини. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого оптоелектронного сенсора для дослідження властивостей поверхні об'єкта, зокрема нативного хлорофілу, в якому завдяки введенню нового елементу стало б можливим проведення калібровки при вимірювані флуоресценції та представлення результатів в одиницях вимірювальної величини, що призводить до підвищення точності вимірювання. Вирішення поставленої задачі досягається тим що сенсор містить затискач, що складається з двох з'єднаних р ухомо пластин та розміщений у кожусі на верхній пластині затискача, каркас з отворами розташованими так, що у центральному отворі каркасу співвісно з отвором верхньої пластини, встановлено світлофільтр та фотоприймач, а бокові отвори каркасу з розміщеними в них світлодіодами, розташовані попарно на протилежних кінцях каркасу симетрично центральному отвору та під кутом до нього так, що оптичні вісі світлодіодів та фотоприймача перетинаються на нижній пластині затискувача під кутом 20¸45° та на нижній пластині затискача розташовано еталон флуоресценції з спектральними характеристиками флуоресценції досліджуваного зразка, а також тим, що у якості еталона флуоресценції використовують відповідний люмінофор, розміщений у твердому прозорому матеріалі. Відмінними ознаками запропонованого сенсора є те, що в ньому на нижній пластині затискача розташовано еталон флуоресценції з спектральними характеристиками флуоресценції досліджуваного зразка, а також те, що у якості еталона флуоресценції використовують відповідний люмінофор розміщений у твердому прозорому матеріалі. Введення у сенсор еталона флюоресценції з спектральними характеристиками досліджуваного зразка дозволяє здійснювати режими калібровки, автокалібровки, представлення результатів в одиницях вимірюваної величини, що призводить до підвищення точності вимірювань. Сенсор завжди використовують разом з вимірювальним приладом, який перетворює сигнал сенсора у вигляд придатний до сприйняття. Вимірювання сигналу флуоресценції включає збудження флуоресценції світлом відомої довжини хвилі та інтенсивності, виділення сигналу флуоресценції, перетворення його в електричний сигнал, підсилення електричного сигналу, аналого-цифрове перетворення та представлення результату у певних одиницях, відносних чи в одиницях вимірюваної величини. Вимірювання потребує еталона або його еквівалента для порівняння, калібровки та автокалібровки. Операції вимірювання від збудження флуоресценції до підсилення електрично 4 го сигнала виконують в опто-електронному сенсорі, тому еталон флуоресценції розміщують саме у сенсорі на місці досліджуваного зразка або під ним. Операції аналого-цифрового перетворення, представлення результатів в одиницях вимірювальної величини, запам’ятовування та внесення поправок калібровки виконують у вимірювальному приладі. На Фіг. схематично зображено розріз оптоелектронного сенсора. Він містить кожух 1, каркас з отворами 2, в якому розміщені фотоприймач 3, світлодіоди 4, світлофільтр 5. Сенсор має затискач типу «прищепка», що складається з двох пластин 6 та 8 з отвором 7 на верхній пластині 6, з'єднаних рухомо. У центральному отворі каркаса 2 співісно з отвором 7 розміщено фотоприймач 3 та світлофільтр 5. Бокові отвори каркаса у кількості 2n (n=1, 2, 3...), розташовані попарно, симетрично центральному і під кутом до нього. У бокових отворах розміщено світлодіоди 4. Оптичні вісі світлодіодів 4 і фотоприймача 3 перетинаються на нижній пластині під кутом 20-45°. На нижній пластині 8 затискача розташовано еталон флуоресценції 9. Сенсор виносний, а управління світлодіодами та вимірювання сигналу фотоприймача здійснюють з вимірювального приладу через кабель, які на Фіг. не показано. Сенсор зображений на Фіг. працює наступним чином. В режимі калібровки через отвір 7 верхньої пластини 6 еталон 9 опромінюють світлом світлодіодів 4, створюючи освітлену пляму. Світловий сигнал флуоресценції який випромінює еталон 9 з освітленої плями поступає через світлофільтр 5 на фотоприймач 3 і перетворюється ним в електричний сигнал для подальшого вимірювання. Результат вимірювання запам'ятовують у вимірювальному приладі. Далі замість еталона флуоресценції 9 між пластинами затискача розміщують досліджуваний зразок, наприклад листок рослини і повторюють вимірювання. Результат вимірювання представляють в одиницях вимірюваної величини, враховуючи результат калібровочного вимірювання з еталоном флуоресценції. При масових вимірюваннях флуоресценції однотипних зразків еталон флуоресценції 9 постійно закріплений на нижній пластині затискача, а дослідні зразки почергово розміщують над еталоном флуоресценції 9. Це дозволяє здійснювати автокалібровку перед кожним циклом вимірювань флуоресценції, при переході на вимірювання другого типу досліджуваних зразків необхідно встановлювати інший відповідний еталон флуоресценції. Спектральні характеристики еталона флуоресценції повинні відповідати спектральним характеристикам флуоресценції досліджуваного зразка. Так для вимірювань флуоресценції нативного хлорофілу використовують еталон флуоресценції 9 у якого збудження флуоресценції відбувається в діапазоні хвиль 400-500нм, а флуоресценція в діапазоні хвиль 670-770нм. Для калібровки при вимірюванні флуоресценції окислених ліпідів та флавоноїдів зеленого листа, яка відбувається в діапазоні хвиль 450-500нм при збуджені у діапазоні 350-400нм необхідний свій еталон флуоресценції. 5 37737 В науково-медичній літературі результат вимірювання флуоресценції біологічних об'єктів представляють у відносних одиницях, відносячи поточні значення до верхньої границі шкали приладу. Враховуючи, що наведена флуоресценція це квантовий процес, інтенсивність збуджуючого світла прийнято представляти у молях фотонів на м 2 площі за 1сек. На довжині хвилі збудження - 500нм одиниця 1мкмоль фотонів/м -2с-1 буде еквівалентна 240мВт/м. Фізіологічне нормальна освітленість листка рослини лежить в межах 20500мкмольфот/м -2с-1, що еквівалентно межі 4.8120Вт/м 2. При цьому як хлорофілу листка, так і еталону флуоресценції властиві відповідні квантові виходи флуоресценції, які визначають як відношення інтенсивності флуоресценції до інтенсивності збудження. При стабільному квантовому виході еталона та відомій інтенсивності збудження, матимемо еталонний сигнал флуоресценції, а відносячи його до діапазону шкали вимірювального приладу визначимо ціну поділки в енергетичних одиницях флуоресценції. У якості еталона використовують відповідний люмінофор, розчинений у твердому прозорому матеріалі, наприклад у селікатному або органічному (поліметилметакрилат) склі, полістиролі, тощо. Такий люмінофор у вигляді барви із захисним прозорим покриттям наносять також на нижню плас Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 6 тину затискача сенсора, але при цьому неможлива заміна еталона. Сенсор реалізовано для вимірювання наведеної флуоресценції нативного хлорофілу листка рослини, зокрема яблуні. У сенсорі використані суперяскраві світлодіоди з випроміненням на хвилі 460нм типу NSPB 500 фірми Nichia, фотоприймач ОРТ 301 М фірми Texas instrumenst та майларовий червоний світлофільтр для виділення сигналу флуоресценції у діапазоні 670-770нм. У якості еталона флуоресценції використано світлофільтр ОС-14 з каталогу кольорового скла ГОСТ 9411-81. Хоча його флуоресцентні характеристики не нормовані, але квантовий вихід флуоресценції стабільний і складає близько 60%. Як еталони флуоресценції хлорофілу можуть бути використані світлофільтри КС-10, КС-11, КС-13 але їх квантовий вихід менший. Запропонований сенсор буде використано в комплекті з приладом «Флоратест» за [патентом UA 12382]. В якості вимірювального приладу може бути використаний любий інший флюориметр, який включає мікроконтролер для проведення обчислень та запам’ятовування результатів. Запропонований оптоелектронний сенсор, як видно з його опису, може бути реалізований у виробничих умовах, так як для його реалізації використовується технічна база широкого призначення. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601