位移同步數據採集方法及其裝置的製作方法
2023-05-28 22:32:56 1
專利名稱：位移同步數據採集方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明與基因晶片掃描儀有關，特別是一種基因晶片掃描的位移同步數據採集方法及其裝置。
在基因晶片掃描儀中，數據採集和運動同步控制是一個成像關鍵。如
圖1所示，在每一行掃描過程中，樣品在掃描方向運動速率V是隨時間變化的，它經過一個加速運動-勻速運動-減速運動的過程，造成位移與時間關係如圖中曲線。在這個過程中如果採用一般的等時間間隔數字採樣，採得的一條掃描線的波形將在兩邊速度很慢的地方展寬，從而使整個掃描圖象畸變失真，如右下圖所示。再加上現實際運動存在不規則的抖動和速度變化，圖象會嚴重扭曲。
傳統的方法為避免在加速和減速過程中採樣，採取僅僅在勻速運動時進行等時間間隔採樣。但是，對於一定掃描長度而言，必須在兩端保留足夠的啟動和停止距離，勢必增加機械行程，降低掃描效率。
本發明的目的在於為了克服上述已有等時間間隔採樣的缺點，提供一種位移同步數據採集方法及其裝置，使基因晶片掃描儀可以高效率掃描，並獲得不失真的掃描圖象。
本發明的目的是這樣實現的一種用於基因晶片掃描的位移同步數據採集方法，其特徵在於該方法包括下列步驟(1)由掃描起始點開始，每隔一個像元大小採集一個螢光強度數據，以實現運動位移信息和數據同步採集；(2)一條掃描線的數據自然構成圖象的一行；(3)然後縱向步進一個像元間距，再進行下一條掃描線的掃描，構成圖象的第2行；
(4)如此循環，通過若干次掃描，直至完成晶片的掃描，所得數據的集合構成實際晶片同比例的圖象；採用增量編碼器輸出的電脈衝即碼盤信號作運動位移相對應的參考信號；所說的增量編碼器可為旋轉增量編碼器或線性增量編碼器；採用碼盤脈衝觸發同步採樣，用編碼脈衝的上升沿或下降沿觸發採樣，以獲得空間等間距的採用波形；採用碼盤脈衝參考數字同步重採樣，其步驟如下(1)用較高的採樣速率將樣本信號的時域波形和碼盤脈衝波形同時採集為數字波形；(2)通過碼盤脈衝信號上升或下降沿所對應的時間和位移的內插或擬合得到等位移一時間曲線；(3)通過位移時間曲線查得樣本信號(即螢光信號)對位移的曲線，即等位移採樣波形。
實施上述位移同步數據採集方法的位移同步數據採集裝置，其特點在於該裝置由旋轉增量編碼器即碼盤、電動機、連軸器、絲槓、位移平臺、螢光強度採樣系統及計算機組成，電動機帶動碼盤旋轉，碼盤脈衝波形被計算機的數據採集器採集為數字波形，同時電動機驅動連軸器帶動絲槓旋轉，推動位移平臺位移，螢光強度採樣系統對晶片每一個像元進行掃描並採集螢光強度數據，形成樣本信號時域波形，送入計算機的數據採集器，然後通過計算機進行碼盤脈衝參考數字同步重採樣，獲得等位移採樣數據。
本發明的優點是晶片掃描圖象不因掃描運動速率隨時間變化而失真，掃描效率也比較高。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1是位移同步數據採集原理示意圖。
圖2是碼盤脈衝觸發同步採樣示意圖。
圖3是碼盤脈衝參考數字同步採樣示意圖。
圖4是本發明位移同步數據採集裝置結構關係示意圖。
圖5是採用數字同步重採樣的數據流程圖。
為了克服傳統數據採集的缺陷，本發明的關鍵就是將等時間間隔數字採樣改為等位移同步的數字採樣，每個採樣的間隔不再是由時間確定，而是由晶片的每個像元的尺度確定的。具體的說，就是根據基因晶片的具體情況，設定掃描間隔(10μ、20μ或50μ)和掃描範圍，控制運動和採樣同步，嚴格由掃描起始點開始，每隔一個像元大小採集一個螢光強度數據，使得一條橫向掃描線數據自然成為圖象的一行，然後縱向步進一個像元的間距，進行下一條掃描線的掃描，其數據自然構成圖象的第二行，如此循環，通過若干次掃描，直至完成晶片的掃描，所得數據的集合構成實際晶片同比例的圖象。
本發明的另一個關鍵是找到與運動位置相對應的參考信號。對於旋轉驅動的運動部件可以在轉軸上安裝旋轉增量編碼器，它隨轉軸旋轉一周均勻地輸出N個脈衝信號，其輸出的電脈衝信號與旋轉角度對應，而旋轉角度又與運動位置一一對。因為如果掃描運動是線性運動，也可採用線性增量編碼器，這種編碼器是由光柵條和讀數頭組成，有了碼盤信號與運動位置關係後就可以碼盤信號為同步參考作數據採集，具體方法有兩種即碼盤脈衝觸發同步採樣，如圖2所示，碼盤脈衝參考數字同步重採樣，如圖3所示。
碼盤脈衝觸發同步採樣，當碼盤相鄰脈衝對應位移接近或者小於需要的空間採樣間隔時可以採用本方法。如圖2所示，用編碼脈衝的上升或者下降沿觸發採樣，就得到了空間等間距的採樣波形。然後需要調整空間採樣的相位或者間距，可以在已獲取的數據波形上進行數字重採樣。這個方法的優點是用硬體實現等位移採樣，數據速率較低，數據處理量小。
碼盤脈衝參考數字同步重採樣就是一個將硬體同步變為數據處理同步的方法。首先用較高的採樣速率將時域波形和碼盤脈衝信號同時採集為數字波形，如圖3所示，可以通過碼盤脈衝上升或者下降沿對應的時間和位移，內插或者擬合得到位移一時間曲線。由於時域波形是樣本信號對時間的曲線，可以通過位移時間曲線查表得出樣本信號對位移的曲線。也就是可以得出任意位移間隔的樣本信號。這個方法的優點是採樣速率不隨掃描速度的改變而改變，方便濾波器設計，抗混疊能力強，採樣信息量較大，可以按較小的空間位移採樣。
圖4是實施位移同步數據採集方法的採集裝置的實施例的結構示意圖，由圖可見，本發明位移同步數據採集裝置由旋轉增量編碼器即碼盤2、電動機1、連軸器3、絲槓4、位移平臺5、螢光強度採集系統6和計算機7組成，電動機1帶動碼盤2旋轉，碼盤脈衝波形被計算機7的數據採集器採集為數字波形(如圖3下圖所示)，同時電動機1驅動連軸器3帶動絲槓4旋轉，推動位移平臺5位移，螢光強度採集系統6對晶片每一個像元進行掃描並採集螢光強度數據，形成樣本信號時域波形(如圖3上圖所示)送入計算機7的數據採集器，然後通過計算機進行碼盤脈衝參考數字同步重採樣，即通過碼盤脈衝信號上升沿或下降沿所對應的時間和位移的內插或擬合得到等位移一時間曲線(如圖3中圖所示)，通過位移時間曲線查得樣本信號(即螢光信號)對位移的曲線，如圖3中右圖所示，即等位移採樣波形。
上述數據處理過程如圖5所示，在此不再贅述。
綜上所述，可歸納本發明的優點是1．採用本發明的方法和裝置對基因晶片進行位移同步數據採集，可獲得不失真的掃描圖象。
2．採用本發明的裝置而製成的基因晶片掃描儀具有較高的掃描效率。
權利要求
1．一種用於基因晶片掃描的位移同步數據採集方法，其特徵在於該方法包括下列步驟(1)由掃描起始點開始，每隔一個像元大小採集一個螢光強度數據，以實現運動位移信息和數據同步採集；(2)一條掃描線的數據自然構成圖象的一行；(3)然後縱向步進一個像元間距，再進行下一條掃描線的掃描，構成圖象的第2行；(4)如此循環，通過若干次掃描，直至完成晶片的掃描，所得數據的集合構成實際晶片同比例的圖象。
2．根據權利要求1所述的位移同步數據採集方法，其特徵在於採用增量編碼器輸出的電脈衝，即碼盤信號作運動位移相對應的參考信號。
3．根據權利要求2所述的位移同步數據採集方法，其特徵在於所說的增量編碼器可為旋轉增量編碼器或線形增量編碼器。
4．根據權利要求2所述的位移同步數據採集方法，其特徵在於採用碼盤脈衝觸發同步採樣，用編碼脈衝的上升沿或下降沿觸發採樣，以獲得空間等間距的採用波形。
5．根據權利要求2所述的位移同步數據採集方法，其特徵在於採用碼盤脈衝參考數字同步重採樣，其步驟如下(1)用較高的採樣速率將樣本信號的時域波形和碼盤脈衝波形同時採集為數字波形；(2)通過碼盤脈衝信號上升或下降沿所對應的時間進行數字重採樣；(3)通過位移時間曲線查得樣本信號(即螢光信號)對位移的曲線，即等位移採樣波形。
6．實施權利要求書1或5所述位移同步數據採集方法的位移同步數據採集裝置，其特徵在於該裝置由旋轉增量編碼器即碼盤(2)、電動機(1)、連軸器(3)、絲槓(4)、位移平臺(5)、螢光強度採集系統(6)及計算機(7)組成，電動機(1)帶動碼盤(2)旋轉，碼盤脈衝波形被計算機(7)的數據採集器採集為數字波形，同時電動機(1)驅動連軸器(3)帶動絲槓(4)旋轉，推動位移平臺(5)位移，螢光強度採集系統(6)對晶片每一個像元進行掃描並採集螢光強度數據，形成樣本信號時域波形，送入計算機(7)的數據採集器，然後通過計算機(7)進行碼盤脈衝參考數字同步重採樣，獲得等位移採樣波形。
全文摘要
一種用於基因晶片掃描的位移同步數據採集方法，基本點是將習用的等時間間隔數據採樣改為位移同步數據採樣，實施該方法的裝置由碼盤、電動機、連軸器、絲槓、位移平臺、螢光強度採集系統和計算機組成，電動機帶動碼盤旋轉，碼盤脈衝被計算機採集為數字波形，電動機同時驅動位移平臺位移，螢光強度採集系統對晶片的每一個像元進行掃描並採集螢光強度數據，送入計算機，進行碼盤脈衝參考數據同步重採樣，獲得等位移採樣數據。
文檔編號G01N21/64GK1317764SQ01113059
公開日2001年10月17日 申請日期2001年6月1日 優先權日2001年6月1日
發明者邵暉, 馮哲民, 陳大龐 申請人:上海愛普特儀器有限公司