光寻址电位传感器读出系统的微型电路模组设计

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1、光寻址电位传感器读出系统的微型电路模组设计MiniaturizationandSynchronizationofLight–addressablePotentiometricSensorSystem学科专业：信息与通信工程研究生：任畅指导教师：吕辰刚副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十一月摘要随着家庭医疗的观念普及，医疗保健与照顾、预防已经成为现今最重要的课题。随着经济发展的加速，医疗品质的需求也逐渐提升，同时居家医疗相关的医疗电子设备的需求量增加，带动了具有高效能、微型化可携带式与低成本的生物医疗相

2、关产业。光寻址电位传感器（Light-addressablePotentiometricSensor，LAPS）是一种基于场效应半导体的无需荧光等标记的二维化学影像传感器。本论文将LAPS传感系统应用锁相放大器、信号发生器等大型实验室仪器中所需的功能成功集成于一块LabVIEW-FPGA开发板上。本论文通过LabVIEW-FPGA实现了LAPS输入部分的控制：为激光器提供所需的电压和频率；为参考电极提供可设定最大值、最小值、步进和延时的阶梯波；为微镜控制板提供所需的电压、方波控制和偏转角度信息等。LAPS输

3、出部分首先通过了多级放大及滤波，基本达到了检测结果所需要的精确度。这一部分主要使用的滤波方式为锁相放大滤波法。其后，通过LabVIEW自带的绘图功能及内建Matlab的功能绘制所需的光电流-偏压曲线及二位化学影像。此外还实现了存储的功能方便后续所需的其它分析的进行。本论文突破性的实现了LAPS系统的同步化。实现了系统所有参数统一控制，极大的化简了操作过程。通过同步化，本论文彻底解决传统LAPS传感系统中检测过程中仅收取光电压信息，图像生成需后续人工进行光电压和与其对应坐标的绑定的繁琐过程，实现二维化学影像实

4、时显示的目标。本论文将展示微型化后的LAPS系统的测量结果、与原有系统测试结果的对比、静态二维化学成像以及动态二维化学成像等。关键词：光寻址电位传感器，LabVIEW-FPGA，微型化，同步化，二维化学成像IABSTRACTAlongwiththeconceptofhomecarebecomingmorepopular,applicationsfordailybiologicalandmedicalindustryareattractingmoreandmoreattentionandresearch.Mi

5、niaturizingtheexperimentalapparatusandclinicalanalyticalinstrumentsisbecominganinevitabletrend.Alight-addressablepotentiometricsensor(LAPS)systemisafield-effectsemiconductor-based,label-freechemicalimagingsensorsystem.Inthisstudy,anovelportableLAPSsystemis

6、developedbyusingaLabVIEW-FPGAboardandaself-designedprintedcircuitboard(PCB)tointegratethefunctionsoffunction-generator,micromirrorcontroller,pre-amplifier,lock-in-amplifierandDAQcard.Fortheinputpart,thesystemsuppliesthelaserwithstablevoltageandtunablefrequ

7、ency.Thesystemprovidevoltagesignalwithadjustablemaximum,minimum,stepanddelayforthereferenceelectrode.Thesystemalsosupplyvoltagesignalsofenable,FLCKanddeflectioninformationasrequiredtothemicromirrorcontroller.Forthedataprocessingpart,thisstudyusemultistagea

8、mplifierandfiltertoobtaintherequiredaccuracy.Andthenwiththeplottingfunctionandthebuilt-inMatlabfunctioninLabVIEW,thephotocurrent-biasvoltagecurvesandthe2Dchemicalimagecanbegeneratedsuccessfully.Ialsorealizedt