基于FPGA的三通道高精度光学检测仪

为了实现微弱光信号的快速高精度检测,设计了一种基于FPGA的三通道高精度光学检测仪.该仪表利用灵敏度极高的光电转换模块作为感光元件,将光强信号转换为数字脉冲信号,之后利用FPGA对脉冲信号进行高频计数,通过脉冲频率反映光的强弱.在FPGA内部构建了NIOS Ⅱ作为整个仪表的控制核心,并移植了μC/OS-Ⅱ操作系统,实现对键盘、液晶、步进电机等模块的控制功能.系统采用了三通道设计,可以同时测量三种不同待测试剂,且三通道间相互干扰小,一致性好,系统噪声低,大大提高了检测效率.在实际发光检测应用中,该仪表灵敏度高,线性度好,检测时间短,成为现场快速光学检测的有效工具.     

基于微流控芯片的癌细胞分选仪硬件系统设计

设计了基于微流控芯片的癌细胞分选仪的硬件系统。系统采用光电倍增管(PMT)采集微流控芯片沟道内流动细胞的荧光信号,通过设计的微弱电流信号采集电路进行光电倍增管输出信号的处理,完成对细胞微弱荧光信号的检测。此外,设计了0~1 200 V范围幅值与脉宽可调的高压脉冲源,可产生随机高压脉冲用于癌细胞的分选。整个系统实现了微流控芯片上癌细胞检测、计数以及分选的结合。     

基于光电转换模块的光纤以太网通信设计

本文设计了基于光电转换模块的以太网通信方法,利用FPGA控制RTL8309芯片实现对以太网协议的发送与接收.其中单模单纤光收发一体模块打破了传统电信号的传输,通过光电转换模块可将光信号转换为电信号后,再接入RTL8309芯片中,实现对以太网的精准高速传输.     

基于STM32等精度测频的光信号检测装置设计与验证

基于STM32采用等精度测频方法设计了一种可用于光信号检测的装置。该装置由供电模块、光转频模块、频率测量模块和数据显示模块组成,其中,被测光信号在光转频模块中通过硅光电二极管S1226-8BK转成微弱电信号,经放大和滤波处理后输入AD650转换成频率信号。频率测量模块使用ARM Cortex-M3内核STM32F103RBT6作为处理器,结合一个D触发器,对光转频模块输出的频率信号进行等精度测频,测得的数据发送到上位机显示。实验结果表明,本装置测得的频率信号均与光功率之间成很好的线性关系,与示波器测量结果亦相吻合,证明了本装置可对光信号进行准确检测。相对于常用的频率测量法,本装置具有测量误差小的优点。     

基于改进高速单光子探测器的复合跟踪控制系统设计

由于半导体红外、光电倍增管单光子探测器受到噪声数据的影响,使得光子计数统计结果不精准,导致应用跟踪系统后,存在控制效果差的问题;利用雪崩光电二极管探测入射光和雪崩现象,改进高速单光子探测器;通过反馈控制环节实现猝灭,终止雪崩,将电压恢复到偏置电压;利用改进后的探测器设计单光子探测信号检测电路,获得所需要的基准电平,完成复合跟踪控制系统的硬件结构设计;设计信号传输计数控制流程,并结合判别公式确定高速单光子探测器与单个因素跟踪度;调节单光子探测器发射触发信号,根据所得到的信号确定组合跟踪脉冲光子数,以此为依据调整跟踪方案,完成系统软件结构设计;实验结果表明,改进后的高速单光子探测器在复合跟踪控制系统应用中,在38.5 ns时计数达到220个,与实际结果一致,具有较好的跟踪控制效果。     

微弱方波信号的矢量测量研究

为了有效地检测淹没在强噪声背景中的微弱方波信号,采用了相关检测和数字信号处理技术相结合的方法,推演得到了方波信号的正交互相关的完整数学解,在此基础上,设计数字锁相放大器实现对方波信号的矢量测量;实验表明,该数字相关算法简单有效,实现方式灵活;此外,还对该锁相放大器在微弱光信号检测中的应用进行了实验研究,有效地实现了nA级微弱光电信号的检测。     

温枪弹道中光电靶灵敏度控制系统优化设计

传统控制系统存在灵敏度控制效果差、性能不稳定等问题,无法满足高效控制标准,提出温枪弹道中光电靶灵敏度控制系统优化设计。根据实际条件和干扰元素设计原理,从温枪弹道中光电靶灵敏度控制角度出发,将光信号转换为微弱电流信号,对微弱电流信号进行转换,设计光电靶灵敏控制器和光电转换电路,完成系统硬件部分设计;选择基于优化环境下的软件程序开发板来实现软件编程,完成光电靶灵敏度控制系统的优化。实验验证结果可知,该系统灵敏度控制效果强、性能稳定。     

光电探测器前置放大电路研究

在弱光检测中,光经过光电探测器转换为电信号,此信号极其微弱。要实现光电转换,并有效地利用这种信号,必须对光电器件采取适当偏置,然后再将已转换的电信号进行放大处理。对光电导器件、光伏型探测器、光电流型探测器的前置电路进行研究与设计。根据不同种类的探测器及探测光信号的频率特性选取不同的偏置与放大电路,使前置电路的性能达到最优。     

皮秒时间相关单光子计数

随着超短脉冲激光的迅猛发展,物理、化学、生物学中各种超快过程研究十分活跃。光子计数技术已成为超快微弱光检测的利器,如PS弱光检测中时间相关单光子计数(TCSP),光子计数条纹象机,FS弱光检测中相关光子计数技术等。     

宽动态范围微弱信号光电检测系统

昼夜工作的探测器在一天中处于不同照度环境下的信号探测,为了精确测量出工作在宽动态范围照度下的光电探测器的输出信号,利用FPGA工具和相关检测原理设计了一套宽动态范围高精度信号测量采集系统;该系统由接受光学系统模块,跨阻放大电路模块,锁相放大电路模块以及A/D采集模块组成,接受光学系统实现了屏蔽杂散光功能,对水平与垂直方向上的光强进行了误差校正;跨阻放大电路和锁相放大电路实现了微弱信号的放大和噪声的抑制,A/D采集模块将数据实时采集显示;在暗室环境下,以中心波长为650nm稳功率激光器为光源,使用滨松S2386-5K光敏二极管为光电探测器进行试验,实验过程中通过改变信号调制频率和激光器功率大小,最终选择调制信号频率为1000Hz最为适宜;实验结果表明,光电检测系统在照度范围为均可以完成准确测量,拓宽了测量的动态范围,实际测量值与理论值误差在精度允许范围之内,该研究对于其它波长的光源或其它微弱信号检测系统的设计与分析具有借鉴意义;     

手持式ATP生物荧光检测仪研制

针对微量三磷酸腺苷(ATP)检测需求,利用生物荧光技术,设计了一种手持式ATP检测仪。该检测仪以小型光电倍增管PMT为光电转换器件,通过有效的干扰屏蔽和信号采集放大电路设计,实现了ATP反应释放微弱荧光信号的采集。以10-15~10-9mol/L标准ATP样品为检测对象,以大型分析仪器F4500为对比仪器,进行了梯度对比实验,结果表明,本仪器可检测最低ATP浓度为10-14mol/L,是F4500最低检测限的1/100。检测时间为10s时,在10-14~10-9mol/L浓度范围内,本仪器响应值与标准ATP样品浓度在对数坐标下线性相关,相关系数达到了0.9902。     

一种测定氨基酸的新型光纤传感器

设计和合成了一种生色液晶冠醚化合物，并利用此化合物研制了一种新型光纤化学传感器。其目的在于通过仿生设计，实现传感所必须的分子识别、信号产生、信号输出（膜组装）的系统功能。该光纤化学传感器对氨基酸类化合物具有良好的选择性响应。利用波长（颜色）变化分光光度测定苯丙氨酸，其响应范围为１×１０－５～１×１０－４ｍｏｌ．Ｌ－１，检测下限为１×１０－５ｍｏｌ．Ｌ－１。     

氧化还原聚合物修饰的过氧化氢传感器的研究

一种用于快速检测过氧化氢的电流型生物传感器.将氧化还原聚合物滴在塑料基片上溅射的金薄膜工作电极上形成一层对过氧化氢的敏感膜.实验结果表明,该生物传感器在1.0×10-6-2.0×10-4mol,具有很好的线性相关,线性相关系数为0.999(n=9),灵敏度为0.6 A/(mol·cm2),检出限为1μM H2O2,稳定性好且批量制备的传感器之间一致性好([CV]=4.2%),因此,该方法能够用于批量制备低成本的生物传感器.     

基于FPGA的线阵CCD光强自动采集系统设计

设计了基于FPGA的线阵CCD光强自动采集系统,该系统主要由线阵CCD光强采集、A/D转换和上位机通信三部分组成。 FPGA产生控制信号给CCD器件,采集光强输出模拟信号,经过A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号传输给FPGA,FPGA将数字信号进行处理并通过串口发至上位机。为了验证本系统的光强采集效果,分别使用75％、50％和25％的衰减片对光源的光强进行衰减,然后采集衰减后的光源衍射图像,测试结果表明,本系统能准确分辨不同强度的光信号,相对误差小于0.5％。     

深海微生物量自动检测仪检测系统设计

为满足ATP生物发光反应的检测需求,基于CS5532、以PMT(光电倍增管)为光电转换模块、用MSP430F1611为微处理器,设计了一套低噪声、高精度的检测系统,并采取软件标准线标定法对检测到的信号进行降噪处理,提高了精度,完全满足了对海水中ATP浓度在10~(-10) mol/L-10~(-8) mol/L数量级的检测。     

Sensorless LED display screen interaction and object recognition

Taking advantage of the photoelectric characteristics of LED other than the light-emitting function, this paper proposes a light sensing detection method and system without adding additional sensors to the LED screen. A two-pole detection structure with a function of detecting positive and negative voltage is introduced to the LED drive circuit, which ensures the high-speed characteristics during detection. What's more, the LED is controlled to work in photoconductive mode to obtain high voltage sensitivity when the intensity of incident light changes. The proposed module can reach an optical signal response rate of 19.1 μs with a detection rate of 23.5 Hz without affecting the original display function. The optical signal detection can reach a voltage sensitivity of 3.02 mV per lx. To verify the photoelectric detection capability of the method presented in this paper, a brand-new screen object recognition system is built and tested. An 8 × 8 LED display module is used in experiment, and the scale of LED screen can be expanded easily and flexibly. In an ideal environment, a recognition accuracy of 99.25% can be achieved, while the recognition accuracy can still reach over 96.5% in a complex light environment. Therefore, this work has further application possibilities for light interaction and fast object recognition in large screens.     

光纤真空压力传感器的实验研究

基于反射式光纤位移传感器原理,利用真空膜盒,设计了一种光纤真空压力传感系统,该系统具有体积小、结构简单、全光纤传输,易于实现远程测量及使用方便等特点。实验结果表明:在103～105Pa的压力测量范围内,实验测量系统的绝对误差为±0.6×103Pa。     

温度流量复合传感器

温度流量复合传感器用来同时测量水、酒精和煤油等液体介质的温度和流量。温度敏感元件采用Pt10 0 0 ,它的温度系数是 385 0× 10 -6/℃。流量采用旋翼式涡轮流量传感器测量。叶轮上的磁钢随着流体介质的流动而做圆周运动 ,磁钢上方的霍尔元件在磁钢通过它时输出电脉冲信号 ,频率电压转换器将正比于流量的频率信号转变成电压信号。温度和流量传感器的测量范围和准确度分别为 0～ 10 0℃、0～ 10L/min、± 0 .5℃、± 2 %FS。     

测量轧制力的光纤传感系统的研制

研制了一种用于轧制力测量的光纤传感器,其传感头采用法布里-珀罗腔的结构。分析了该传感器的原理,导出了法布里 珀罗干涉腔反射光强与轧制力的关系表达式。实验结果表明,该方案测量准确度为0.18%,线应变灵敏度为1.2×104V,分辨力达到2.5×10-8。用该传感器测量轧制力是正确、可行的。     

化学修饰GOD传感器

利用电化学修饰GOD工作电极及Ag/AgCl参考电极组装成了检测葡萄糖的GOD传感器．在0．7V的极化电位下，孩传感器对葡萄糖的响应电流小于1μA时，此电流与葡萄糖浓度成正比．传感器线性范围2．0×10-5至1．3×10-3mol／L，响应时间10s，稳定工作寿命150次，测量变异系数为2.73％。