多通道微流控电泳芯片CCD检测系统

针对微流控电泳芯片检测系统微型化、集成化的要求,分析了传统电泳芯片检测系统的优势和不足,提出一种以FPGA芯片为控制器的CCD多通道微流控电泳芯片检测系统。利用FPGA/NiosⅡ嵌入式系统解决方案,以EP2C8Q208芯片为核心,设计了CCD驱动及外围硬件电路。通过上位机软件进行数据处理,实现了荧光图谱的同步显示。实验结果表明:该系统能同时检测多通道微流控电泳芯片中各通道不同的荧光信号强度,具有较高的灵敏度和信噪比,对罗丹明B样品的最低检测浓度为1.0×10-6mol/L,能够满足多通道微流控电泳芯片检测的要求。     

用于微流控芯片的全波长实时荧光检测系统研制

为了连续检测出微流控芯片中不同荧光物质的发射光强度,设计了一套基于LabWindows编程的实时的、发射光波长在340-1200 nm的荧光检测系统。系统将控制光谱仪、采集荧光强度、数据降噪及存储、结果分析及显示等功能结合在一起,实现微流控芯片内荧光强度的实时动态检测及分析。系统采用卤钨灯和光谱仪相结合的方式,通过合理设计激发和探测光纤的位置,结合软件算法控制,来消除激发光和背景荧光的影响;系统无需针对不同的荧光物质选用特定的激发光和滤波片,增加系统的集成度、提高检测的多样性。基于本系统对微流控芯片中两种溶液的荧光强度进行检测,来验证系统的测试性能;同时对微流控芯片中不同浓度的荧光物质进行检测,来验证系统的准确性能。实验结果表明所设计的系统满足微流控芯片内不同荧光物质的荧光强度实时检测的要求,为后续基于微流控芯片的生化免疫分析、药物分析和多细胞生命体等研究提供研究基础和分析手段。     

近红外光谱仪InGaAs前端电路系统研究

针对基于MEMS微镜的长波近红外光谱仪的具体参数要求,分析了InGaAs探测器的前端光电转换放大系统的设计原理和方法,设计并实现了该系统。系统主要由前置放大电路、Sallen-Key电路以及温控电路组成。仿真与实验结果表明:系统将光信号成功放大,且增益与带宽满足光谱仪要求,其中温控精度±0. 1℃,降低了暗电流的影响,提高了探测效率。研究工作涉及的原理与方法,对InGaAs探测器高灵敏、低噪声、低成本的光电转换与放大的实现具有指导与借鉴作用。     

基于面板工艺的数字微流控芯片 .txt

摘要：针对传统数字微流控芯片电极数量少和制造成本高的问题,对基于面板工艺的数字微流控芯片进行了设计、制备和验证。引入现有成熟的液晶面板设计与制造技术,在玻璃基板上完成金属、绝缘层、有机膜、ITO等膜层的图形化加工。结合常规半导体旋涂工艺,完成疏水层的制备。实验成功地制备出一种集成有480个电极的单基板数字微流控芯片样品。通过合理的驱动电极排布与驱动信号时序设计,实现了低成本化的微流控芯片的设计与制造。对于所设计的微流控芯片进行了功能验证,实现了液滴的连续移动,最低驱动电压可达到25 V,可驱动液滴的体积范围为8～50 μL。还通过系统化的实验对芯片的有效工作条件进行了验证。 .txt     

基于面板工艺的数字微流控芯片

针对传统数字微流控芯片电极数量少和制造成本高的问题,对基于面板工艺的数字微流控芯片进行了设计、制备和验证。引入现有成熟的液晶面板设计与制造技术,在玻璃基板上完成金属、绝缘层、有机膜、ITO等膜层的图形化加工。结合常规半导体旋涂工艺,完成疏水层的制备。实验成功地制备出一种集成有480个电极的单基板数字微流控芯片样品。通过合理的驱动电极排布与驱动信号时序设计,实现了低成本化的微流控芯片的设计与制造。对于所设计的微流控芯片进行了功能验证,实现了液滴的连续移动,最低驱动电压可达到25 V,可驱动液滴的体积范围为8～50μL。还通过系统化的实验对芯片的有效工作条件进行了验证。     

发光二极管诱导荧光微芯片分析检测器的研制

以高功率发光二极管(LED)为激发光源,研制了一种小型LED诱导荧光检测器,用于微流控芯片分析检测.利用MOS管压控恒流原理,设计恒流驱动电路,使高功率LED发光稳定.通过设计和制造光学结构,成功地将LED发散光聚焦成约3.5 mm×0.3 mm的线状光束,实现了与微流控芯片中的微通道对准,简化了复杂的机械校准结构,且大大减少了光学系统体积(约为9.5 cm×4 cm×17 cm).用荧光染料NBD和高密度脂蛋白评价该体系的性能,结果表明,LED激发光源稳定,检测器重复性好,可用于微流控芯片毛细管电泳分析检测,基本实现了LED诱导荧光检测器的微型化.     

具有三维聚焦功能的微流控芯片

为了使用微流体细胞仪对细胞精确计数,采用紫外光刻工艺制作了能够真正实现三维聚焦功能的微流体检测芯片(微流控芯片).使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行二次倒模复制其结构以缩短微流控芯片制作周期、降低制作成本,并进行了芯片的封装与测试.首先,利用沉浸式光刻技术和斜曝光工艺制作了具有三维聚焦功能的SU-8微流沟道;然后,利用PDMS对所制作的SU-8微流沟道进行一次倒模,得到其负模结构;对负模结构进行表面处理后,再进行二次倒模,得到PDMS微流沟道;最后,封装PDMS微流沟道与盖片,制得微流控芯片,并对微流控芯片的沟道聚焦效果进行了测试.实验测试发现随着鞘流与样本流流速比不同,得到样本流的聚焦宽度也不同.当鞘流与样本流流速比为20∶1时,可以得到约10.4 μm的聚焦宽度.结果表明,该芯片结构可靠,可以满足进一步的流体聚焦检测要求.采用该方法制作的微流控芯片具有生产周期短、成本低、效率高和结构可靠的特点.     

微流控芯片细胞动态培养装置的设计与制作

基于微流控芯片的细胞培养能有效模拟细胞在体生存微环境,为实现微流控芯片内细胞的长期动态培养及实时观察,设计并制作了一种微流控芯片细胞动态培养装置。首先,采用分体式设计,利用SolidWorks分别构建培养箱、控制箱和载泵箱的三维模型,根据性能要求设计控制系统并配备硬件。接着,利用Comsol软件中的焦耳热模块对加热器ITO玻璃进行热力学仿真,通过分析温度场验证可行性。然后,搭建培养装置,进行调试,并检验其稳定性。最后,进行细胞培养实验。采用分体式设计可有效减小培养箱体积,实现与显微观测系统的兼容;培养装置对温湿度的控制稳定性良好;细胞生长状态良好,生长曲线呈"S"形,细胞存活率达到95%以上。该分体式微流控细胞动态培养装置可长期为细胞培养提供所需环境,并可进行实时观察,满足设计要求。     

高分辨6LiF/ZnS中子闪烁体探测器读出电子学研制

能量分辨中子成像谱仪是中国散裂中子源的在建谱仪，其衍射探测器90°分区采用⁶LiF/ZnS中子探测器作为探测设备，对成像空间分辨能力提出了更高的要求。为了提高中子闪烁体探测器的位置分辨能力，电子学系统提出了利用重心法实现数据采集电路，并研制了配套的读出电子学样机。该系统主要包括数据采集电路、前置放大电路和数字读出电路3个部分，分别实现：高效采集⁶LiF/ZnS中子探测器发送的数据、将探测器探测到的微弱信号进行放大整形、处理经放大滤波后的信号。在实验室分别利用万用表、示波器和信号产生器对电子学系统调试完成后，最后在中国散裂中子源20号束线带束进行了相关参数测试，束线测试结果表明，探测器位置分辨能力达2 mm，满足工程设计指标。     

微流控芯片在医学检测中的应用

近年来,微流控芯片以其快速分析,低消耗,微型化和自动化等特点发展非常迅速。本文对微流控芯片技术做了简要的介绍,讨论了其在医学检测领域的应用。并重点分析了可用于医学检测的微流控芯片技术。包括Ca^2＋、NO^2＋等离子的分离与检测,葡萄糖、尿酸等代谢物的测定。     

SiPM阵列电子特性建模和三维测深仪前端电子学优化

从硅光电倍增管(SiPM)单个微元的微等离子体电子行为模型出发,分析了SiPM的电子特性,提出了SiPM前端电子学最优设计方案。阐述了SiPM的工作机理,给出了SiPM的电子行为模型,分析了SiPM应用于水下三维测深的优势。根据水下测深信号的回波特性,设计了高速、高带宽的前置放大器,并对前置放大器进行了交流分析和瞬态分析。结果表明,该前置放大电路在带宽内具有很高的增益平坦度,相位裕度大于60°,基本保证了信号的完整性,同时保持了激光脉冲的波形。分析和测试结果表明,该探测器和电路设计方案完全能够满足水下三维测深的需要。     

声检测仪的前置放大器设计

本文介绍了低噪声、高灵敏频带宽的声发射测试仪前置放大器的设计原理,设计方法,并指出参数的选择和指标测定.     

高性能LVDT位移传感器调理电路设计

通用型LVDT信号调理电路在弹性体试验机中存在信噪比低,带宽不能满足高频闭环位移控制的要求。文章通过预放大和外置四阶低通滤波器设计并实现了一种改进型LVDT位移调理电路,使用结果表明,该改进型设计满足弹性体试验机这类特殊应用对于高性噪比和高带宽的要求。     

柔性光电器件光电特性分析

近年来,基于非晶铟镓锌氧化物的柔性光电薄膜晶体管在柔性显示、通信和探测等领域得到广泛应用。为提高柔性光电探测器的开关电流比和光谱灵敏度,文中基于SILVACO软件的ATLAS对柔性有源层非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管进行了模拟分析,研究在不同材料有源层厚度比情况下具有底栅电极结构的柔性光电器件的光电性能。分析结果表明,双有源层结构比单有源层结构薄膜晶体管有更好的电学性能,特别是在有源层结构厚度为40 nm的情况下,当铟锌氧(Indium-Zinc-Oxide,IZO)与铟镓锌氧(Indium-Gallium-Zinc-Oxide, IGZO)材料的厚度比为1:7 时,柔性光电器件具有最佳的开关电流比;在波长为300 nm的光照下入射光对光器件的关态电流增益影响最大,光电器件的积分灵敏度最高,说明其对紫外光较敏感,有望应用在军事通讯、空间科学、环境和生物细胞癌变监测等紫外光波段探测领域。     

光电轴角编码器细分信号误差及精度分析

高分辨力光电编码器通常利用码盘精码两路正交的正、余弦信号,通过细分达到高分辨力.为使细分技术更加完善,本文对细分误差进行了专题研究.分别对信号直流分量误差、幅值误差、相位误差、谐波分量误差、噪声误差和量化误差等进行了数理分析,通过对细分误差的特性分析,得出了误差规律及其计算公式,形成了比较完整的光电编码器细分误差及精度分析的数理结果.结果表明,一般情况下细分精度在1.5％左右.文章指出,利用码盘精码通过细分提高分辨力,应在码盘选择、轴系设计、信号提取、电路设计、工艺调试等各个环节充分考虑细分误差的影响.研究结果可用于在产品设计时,合理进行误差分析与分配,预估产品的精度,为减小设计误差提供参考.     

基于线性神经网络的高速光偏振仪

提出了一种新型的高速光偏振仪。使用一个既能产生反射光衍射又能产生透射光衍射的特殊金属光栅作为分光器,将入射光分为多束。利用光电探测器将其中的四束1级衍射光的光强线性地转换为电信号,将它们作为神经网络的输入,入射光Stokes参数作为神经网络的输出,建立多层线性神经网络模型。通过网络训练,得到电信号与入射光Stokes参数之间的映射关系。测出电信号后,通过训练后的网络可以计算出入射光待测的Stokes参数。测试结果表明:工作波长为632.8 nm时,Stokes参数测量值与理论值的平均偏差小于2%。该仪器结构紧凑、易于安装,具有测量速度快、精度高和非破坏性等优点。     

高性能肌电检测前置放大器的设计

介绍了一种为消除50Hz干扰而设计的肌电(EMG)前置放大器，通过对前置放大器采取电磁屏蔽处理、DC-DC隔离变换器供电和浮地共模自举等措施。获得了满意的抗50Hz干扰性能。     

一种新型红外气体分析装置的硬件设计

本文阐述了一种新型的红外气体分析装置的工作原理和电路设计。它包括光源、光电探测器、模数转换、DSP系统、液晶显示模块和串行通信接口等部分的设计。     

基于硫化铅探测器的信号检测电路设计

在靶场测试中,炸点时刻的探测对导弹引信的设计具有重要意义。弹丸炸点红外信号检测电路将炸点时刻信号传送给后续电路进行处理,最终得到炸点时间参数,为导弹的引信设计、制造以及改良均提供了必要条件。硫化铅探测器的信号检测电路经合理设计,将检测电路分为两部分分别进行设计,首先为硫化铅探测器设计了合适的前置放大电路,实现与硫化铅探测器的阻抗匹配,其次通过选择合适的高精密仪表运放设计主放大电路,实现高倍数的电压放大,同时达到有效抑制干扰信号和噪声的目的。最终通过实验,电路实现了对炸点的信号的捕捉并具备较好的信噪比。     

光纤光栅微弱信号检测的解调电路

为了在光纤光栅匹配解调系统中实现对光纤光栅微弱信号的检测与处理,在应用微弱光电信号检测原理的基础上设计一种高信噪比、高检测精度的解调电路,该解调电路采用低噪声电路元件参数选取原则和前置放大器设计的一般方法,在雪崩光电二极管与信号数模转换之间采用互阻放大器、巴特沃斯滤波电路和多级放大电路,实现了电路的最佳噪声匹配,有效地抑制了电路的噪声和干扰。该解调电路在光纤光栅匹配解调系统中具有很高的信噪比和测量精度,且具有很好的灵敏度,在测量低频率振动信号试验中具有优异的性能。实验表明:该电路解调系统在25～200 Hz正弦激励振动信号下具有很好的低噪声性能,精确的测试出振动信号,同时该电路所采用的方法与措施对其他测量系统也有借鉴意义。