(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210937721.X (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 中国科学院长春光学精密机 械与物 理研究所 地址 130033 吉林省长 春市经济技 术开发 区东南湖大路38 88号 (72)发明人 张博　李文昊　姚雪峰　于宏柱　 (74)专利代理 机构 长春中科长光知识产权代理 事务所(普通 合伙) 22218 专利代理师 郭婷 (51)Int.Cl. G01N 21/64(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种稳态瞬态荧 光光谱测量仪及测量方法 (57)摘要 本发明提供的稳态瞬态 荧光光谱测量仪， 采 用高定位精度、 高分辨率直 驱力矩和圆光栅进行 单色仪光栅扫描机构的驱动， 提高了单色仪的分 光能力， 进一步提高仪器整体的波长定位精度和 分辨率。 进一步地， 基于时间相关单光子计数技 术进行光谱信息的记录光， 由于是记录光子信 息， 大大提高了稳态模式下对弱信号的测量能 力， 同时在一台仪器上实现了稳态和瞬态测量模 式的集成， 提高了测量效率， 减小了仪器体积， 降 低了测量成本。 另外， 通过上位机一键切换稳态 瞬态测量方式切换， 还进一步提高了仪器工作的 便捷性。 本发 明还提供一种稳态瞬态 荧光光谱测 量方法。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115165835 A 2022.10.11 CN 115165835 A 1.一种稳态瞬态荧 光光谱测量仪， 其特 征在于， 包括： 闪烁氙灯， 用于在可 见光和近红外波段输出 预设频率的闪烁 光， 作为激发光源， ； 恒温样品室， 用于放置待测量样品， 所述恒温样品室的温度可调且保持恒定； 前置单色仪， 用于生成单波长的激发光， 对放置在所述待测量样品进行激发产生荧光 信号； 后置单色仪， 用于对所述 荧光信号进行探测， 输出携带波长信息的光谱信号； 第一光电倍增管， 用于探测所述光谱信号， 并将所述光谱信号转换成对应光子信息的 第一脉冲电信号作为结束脉冲信号， 并将所述脉冲电信号传输给第一恒比鉴别器； 所述第一恒比鉴别器， 用于调整所述第一脉冲电信号以避免信号抖动引起的定时误 差； 第二光电倍增管， 用于探测所述前置单色仪的输出单色光来产生对应光子的第 二脉冲 电信号并作为 开始脉冲信号； 第二恒比鉴别器， 用于调整所述第二脉冲电信号避免信号抖动引起的定时误差； 时间‑幅度变换器TAC， 用于将所述第一脉冲电信号和所述第 二脉冲电信号到达的时间 分别转换为相应的电压值； 缓存器， 用于以缓存稳态工作模式下第一所有数据信息， 所述第一所有数据信息至少 包括相应采集 通道信息、 光子时间信息； 存储器， 用于以存储瞬态工作模式下第二所有数据信息， 所述第二所有数据信息至少 包括通道信息、 光子分布信息； 模数转换器ADC， 用于将不同工作模式下的所述电压值转换成数字信号传送给所述缓 存器或者所述存 储器； 通道寄存器， 用于记录采集 通道的信息， 同时参与光子信号在存 储器中的位置的控制； 宏时间时钟， 用于产生 光子从实验开始到被探测的时间基准； 时序逻辑电路， 用于产生的时序用以控制瞬态模式下光子信号在存 储器中的位置； 接收控制器， 用于打开所述缓存器和所述宏时间时钟的第一连接开关， 以及打开所述 存储器和所述时序逻辑电路的第二连接开关； 工控机， 用于作为系统的总控， 存储采集数据并进行显示， 设置系统参数， 控制稳态和 瞬态工作模式的的切换， 在稳态工作模式下， 向接 收控制器发送第一指令打开所述缓存器 的开关和所述宏时间时钟的第一连接开关， 在 瞬态工作模式下， 向接 收控制器发送第二指 令打开所述存 储器和所述时序逻辑电路的第二连接开关； 所述闪烁氙灯与所述前置单色仪连接， 所述恒温样品室与所述恒温器、 所述前置单色 仪、 后置单色仪连接， 所述控温仪与所述恒温器、 所述工控机连接， 所述第一光电倍增管与 所述后置单色仪、 所述第一恒比鉴别器连接， 所述第二光电倍增管与所述前置单色仪、 所述 第二恒比鉴别器连接， 所述TAC与所述第一恒比鉴别器、 所述第二恒比鉴别器、 所述ADC连 接， 所述缓存器和所述存储器与所述AD C、 所述通道寄存器、 所述宏时间时钟、 所述时序逻辑 电路、 所述接收控制器、 所述工控机连接， 所述通道寄存器与所述第一恒比鉴别器、 所述第 二恒比鉴别器、 所述缓存器、 所述存储器连接， 所述宏时间时钟和所述时序逻辑电路与所述 第一恒比鉴别器、 所述第二恒比鉴别器、 所述存储器、 所述缓存器、 所述接收控制器连接， 工 控机与所述缓存器、 所述存储器、 所述宏时间时钟、 所述时序逻辑电路、 所述接收控制器连权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115165835 A 2接。 2.根据权利要求1所述的稳态瞬态荧 光光谱测量仪， 其特 征在于， 还 包括： 恒温器， 用于调节恒温样品室温度并保持 温度恒定； 控温仪， 用于 接收所述工控机的第三指令对所述恒温器进行控制。 3.根据权利要求1所述的稳态瞬态荧光光谱测量仪， 其特征在于， 所述前置单色仪包括 入射狭缝、 第一平面反射镜、 第二平面反射镜、 光栅扫描转台、 设置在所述光栅扫描转台上 的光栅、 出射狭缝， 所述闪烁光从所述入射狭缝输入， 经过所述第一平面反射镜传送到所述 光栅， 所述光栅进行衍射后传输至所述第二平面反射镜， 经过所述第二平面反射镜反射后 从出射狭缝传出， 在稳态模式下， 所述光栅扫描转台带动所述光栅转动， 在 瞬态模式下， 所 述光栅扫描转台带动所述 光栅转动固定角度。 4.根据权利要求1所述的稳态瞬态荧光光谱测量仪， 其特征在于， 所述光栅扫描转台具 有光栅托架， 所述 光栅设置在所述 光栅托架上。 5.根据权利要求1所述的稳态瞬态荧 光光谱测量仪， 其特 征在于， 所述 光栅为圆光栅。 6.根据权利要求5所述的稳态瞬态荧光光谱测量仪， 其特征在于， 所述光栅扫描转台包 括圆光栅、 动力单元、 转台台面、 转接环以及交叉滚珠轴环， 所述转台台面安装在交叉滚珠 轴环上， 所述动力单元通过转接环与所述交叉滚珠轴环连接， 所述圆光栅套设在所述转台 台面上。 7.根据权利要求6所述的稳态瞬态荧光光谱测量仪， 其特征在于， 所述动力单元为直驱 力矩电机 。 8.根据权利要求6或7所述的稳态瞬态荧光光谱测量仪， 其特征在于， 所述转台台面为 圆盘形， 在中心处具有圆形凸台， 所述圆光 栅套设在所述圆形凸台上。 9.根据权利要求3所述的稳态瞬态荧光光谱测量仪， 其特征在于， 所述前置单色仪还包 括外壳， 所述入射狭缝和所述出射狭缝对称设置在所述外壳的两侧， 所述第一平面反射镜、 所述第二平面反射镜、 所述 光栅扫描转台、 所述 光栅容纳于所述外壳 内。 10.一种稳态瞬态荧光光谱测量方法， 其特征在于， 应用于如权利要求1至9中任一项所 述的稳态瞬态荧 光光谱测量仪， 所述方法包括： S1、 样品放置： 将待测量样品放置恒温样品室； S2、 设置参数： 通过工控机向控温仪发送计划设定温度， 所述控温仪控制恒温器调整样 品室温度， 直到温度反馈值保持恒定， 在所述工控机上设置前置单色仪的转动速度； S3、 模式选择： 进行稳态模式或瞬态模式的选择， 当选择稳态工作模式时， 通过所述工 控机向接收控制器发送第一指令， 打开缓存器和宏时间时钟的第一连接开关， 并保持存储 器和时序逻辑电路的连接开关处于断开状态； 当选择瞬态模式工作模式时， 通过所述工控 机向所述接收控制器发送第二指令， 打开所述存储器和所述时序逻辑电路的第二连接开 关， 并保持所述缓存器和所述宏时间时钟的连接开关处于断开状态； S4、 携带样品信息的光谱信号采集： 当处于稳态模式下， 通过所述工控机向所述接收控 制器和所述前置单色仪发送采集指令， 所述接 收控制器打开第一采集开关， 所述前置单色 仪中光栅扫描转台开始运转， 闪烁氙灯发出可见光和近红外波段输出预设频率的闪烁光， 经所述前置单色仪进 行分光， 输出不同波长的单色光对所述恒温样品室中的所述待测量样 品进行激发产生荧光信号， 后置单色仪将荧光信号输送给第一光电倍增管， 所述第一光电权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115165835 A 3