新型尿液分析仪中光学系统的设计

　　1　引　言

　　在临床检验中,病人尿液的成分含量能够及时有效地反映出病人的各项生理指标[1]。应用现代化的尿液分析设备定量地给出病人尿液中某些成分浓度,将成为医生做出正确判断的一个很重要的依据。目前的尿液分析仪均使用步进电机带动试纸条运动来对试纸条的各个试剂块逐项测试,测量速度慢是其最突出的缺点。为此,我们提出了一种应用扩束的线状光源直接照射试纸条,用线阵CCD器件来接收试纸条反射信息,然后进行后续处理的新型尿液分析仪的思路。采用这种方案的重点在于光学系统的设计。

　　2　基本原理

　　本仪器使用专用试剂带,该带设置了若干个不同的试剂块,每个试剂块都涂有不同的化学物质,这些化学物质各自与尿液中某种成分发生化学反应后会产生不同的颜色变化[2]。并且当某种成分浓度发生变化时,反应后的对应试剂块颜色也会发生变化,也即某种成分浓度的变化与反应后试剂块的颜色变化是一一对应的,所以可通过检测试剂块颜色的变化来得到尿液中各成分的浓度。又因为同一种单色光照射在不同颜色的物体上其反射率是不同的,这样就可通过用同种单色光照射试纸条来测定其反射率的大小,从而确定尿液中各生化成分的浓度。另外,试纸条上有一个空白块作为参考,其目的是消除尿液本身颜色的干扰提高测量精确度。

　　3　系统组成

　　本系统使用三种单色线状光源分别对试纸条进行扫描,其光源的选择由单片机控制。三种单色光源分别照射试纸条形成一条明亮的线状光带,接收系统收集投射到试纸条的反射光,并将其投射到CCD的平面阵列上,此光源经过试纸条反射后的信号再由CCD转换成电信号,该电信号再经过放大、整形滤波电路送至单片机进行采集处理,计算出每个试剂块的反射率,然后查询数据库(数据库中每个试剂块的反射率与其浓度值是一一对应的)进而得出相应成分的浓度值,然后将结果存储到计算机中,并将结果进行显示、打印。

　　4　光源设计

　　本系统所需要的光源是三色线状激光光源,现有的成品激光器,没有能适合我们系统装置所需要的。因此要在现有激光器的基础上,利用部分光学元件,把一点式激光进行扩束。通过对光学元件的理论分析,我们得到利用反射可以将一点式光源扩束成线状光源。

　　4. 1　反射法

　　将激光束照射在一个使光线的入射角连续变化的反射镜上,光束扩展成线激光。以圆柱面反射镜为例,如图2所示。当近似平行的激光束照射在圆柱面的侧面时,圆柱面反射镜的一部分将实现图3中反射镜所起的作用,形成线激光。线激光中被应用的部分实际只是图3中的BB部分,通过调节圆柱面反射镜和光斑的相互位置,选择图3中AA、BB部分形成线激光来改变线激光的光斑宽度。