用于流式细胞仪的数据采集系统设计与实现

针对流式细胞仪的应用需求,设计了一种基于 ADS5560模数转换芯片的多通道高速高精度同步数据采集系统。该系统以CDCE18005时钟芯片为采集信号发生器,以 MSP430单片机为系统控制核心。依据系统的工作模式,设计了系统的硬件架构以及相关的电子电路,并讨论了系统中芯片的配置方法。通过实验验证,在30 MHz 的采样频率下,系统8个同步采集通道间最大延迟2.8 ns,各通道采样有效位数(ENOB)可达13.86位。     

以FPGA为核心的流式细胞仪控制系统设计

设计了一种以 FPGA为核心的流式细胞仪控制系统。利用 FPGA 高速度、多接口和丰富的逻辑资源等优势,原本庞大复杂,可能拥有几十个电路板,上百甚至上千个芯片的流式细胞仪控制系统,被一个只有十几个芯片的简单电路板取代。这些改进增加了整个系统的可靠性,使其工作速度可以提升到百兆赫兹。很多在原有流式细胞仪控制系统中很难解决的问题,比如多通道数据同步、寻峰、积分等,在 FPGA 算法中被简单实现。这套系统实现了8路A/D数据同步采集,16路D/A输出,若干数字 I/O输出,在实验中稳定实现了流式细胞仪的各种控制操作,并采集了校准小球测试数据,8峰可以明显区分。     

快速定量检测细菌的FCM系统研制及性能评估

为了实现对饮用水中细菌快速定量检测,建立了基于流式细胞术的高通量定量检测系统。对该系统的信号采集系统、绝对计数方法以及在细菌检测方面的综合性能进行了研究和评估。根据饮用水中典型细菌的荧光染料及其荧光激发光谱特点,介绍了流式细胞术快速检测细菌的工作原理及硬件平台。通过简化细菌的荧光信号强度计算模型,评估了信号采集系统的信噪比。建立了基于流量传感器的绝对计数方法,将检测系统与以参比微球法进行绝对计数的BD LSR Fortessa进行了一系列对比实验和统计学分析,测试和评估了检测系统在饮用水中细菌检测的综合性能水平。实验结果表明:对于4MHz宽带的荧光信号,信号采集系统的信噪比可达86dB;对于一定浓度内的微球,系统对它测试cv值低于2%,与BD仪器测试结果的相关系数高达0.999 6,对等比例稀释的微球测试线性度高达0.999 8,最低可检测细菌浓度可达10~2 particles/mL;系统对E.coli和S.aureus含量测试结果的cv值均低于7%,与BD仪器测试结果的相关系数均高于0.995 9,两仪器测试结果的相对误差均在4%以内。该仪器能实现对细菌的高精度快速定量检测,为饮用水中典型细菌快速检测仪器的开发提供了参考。     

SIPM在脉冲光检测系统中的应用研究

为了实现硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SIPM)对超出光子计数极限的微弱脉冲光信号的测量,建立了基于SIPM积分工作模式的脉冲光检测系统。测试了SIPM在同一光信号照射下,偏置电压与增益以及信噪比之间的关系,并测试了同一增益条件下,SIPM对不同光信号的响应特性。结果表明:SIPM在积分工作模式下,其增益可以达到104以上,并随着偏置电压的增加而指数增长;其信噪比也随着电压的增加而增加,在光强比较微弱的情况下,SIPM对光强是线性响应的。所设计的系统可以在一定程度上替代光电倍增管进行微弱脉冲光信号的测量。     

流式细胞仪数据采集系统的USB接口设计

针对流式细胞仪中大量数据高速采集、处理和传输的需求,设计了基于USB的高速数据采集系统,并以FPGA为逻辑控制的核心。介绍了整体设计思路、硬件总体架构和软件流程。采用CY7C68013A的Slave FIFO数据传输模式满足高速传输的需求,以应用程序下载固件的方式满足仪器更新换代的需求。测试结果表明系统传输数据准确,传输速度可达25MB/s,对高速数据传输系统的设计开发具有一定的借鉴意义。     

基于FPGA和状态机的USB接口在流式细胞仪的应用

为了满足流式细胞仪中数据高速传输的要求,设计了一种基于USB接口和FPGA主控的高速数据采集系统.在这个系统中,USB工作于Slave FIFO模式下,FPGA负责解析和实现各种命令,并实现数据处理和数据传输.为了保证仪器数据的高速、准确传输,系统采用了基于有限状态机的控制算法.从仿真和实验两个角度,验证了系统控制和数据传输的准确、稳定,并且从FPGA上传数据的速度能达到24 MB/s以上,为要求高速、高通量的分析仪器的数据传输提供了一种可行方案.     

标准样品盘精密定位算法和自动进样系统研究

针对医疗临床检验仪器小型化、智能化的需求,设计了一种新型的占用仪器空间小的可直接对标准样品盘进样的三维自动进样系统.根据几何学和运动学相关原理,建立了适合于该自动进样系统的精密定位算法;并通过累加迭代算法计算出驱动脉冲数,进一步减小了该系统的定位误差.基于VS 2010平台,采用多线程技术开发了该系统的操作软件.研究结果表明,该系统能快速精确地对标准样品盘进样,并能够满足临床检验仪器小型化的需求,将具有很大的市场前景.