一種金標試紙條定量分析儀的檢測電路的製作方法
2023-08-05 19:31:31 2
一種金標試紙條定量分析儀的檢測電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種金標試紙條定量分析儀的檢測電路，包括依次連接的光電二極體、光電轉換與I/V轉換模塊、帶通濾波放大電路模塊、檢波電路模塊、單片機、電源管理模塊、LED驅動電路模塊、發光二極體；所述單片機的一端還連接了電源管理模塊，用於給整個檢測電路提供穩定的直流電源。通過所述檢測電路，可以滿足儀器可攜式、高精度、高靈敏度、低功耗的性能特點，提高了儀器的精度、靈敏度、功耗等指標。
【專利說明】一種金標試紙條定量分析儀的檢測電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及儀器的硬體電路設計【技術領域】，具體為一種金標試紙條定量分析儀的檢測電路。
【背景技術】
[0002]目前,免疫層析(lateral flow immunoassay, LFIA)快速檢測技術是建立在層析技術和抗原-抗體特異性免疫反應基礎上技術。金標免疫層析快速診斷技術是建立在酶聯免疫吸附試驗、乳膠凝聚試驗、單克隆抗體技術和免疫膠體金標記技術基礎上的以膠體金為標記物，利用特異抗體抗原結合反應觀測結果的新技術。可廣泛應用於現場定量檢測，是未來即時檢測技術發展的重要方向。
[0003]金標免疫層析試紙條檢測的具體過程是，當進行檢測時，在試紙條上滴入待測液，樣品通過層析作用進入結合墊，與結合墊上的膠體金受體結合形成免疫複合物，該複合物繼續流過硝酸纖維素膜，並與膜上的抗體結合形成紅色條帶，即試紙條的檢測線(T)和質控線(C)。當一束單色光照射到試紙條上時，試紙條對光源光輻射以反射為主。在入射光強一定的情況下，檢測線(T)對光源的反射光強越強，待測物的濃度越大；反之，檢測線(T)對光源的反射光強越弱，則待測物的濃度越小。金標免疫層析試紙條定量檢測分析儀器的工作過程是將試紙條插入卡座，然後檢測電路控制驅動直線步進電機掃描試紙條，在掃描過程中發射單色光，接收反射光強，從而分析出測量標的物的濃度等信息。
[0004]在免疫層析試紙條定量檢測分析中，核心的部分是檢測電路。金標試紙讀數儀要求設計的儀器滿足可攜式、高精度、高靈敏度、低功耗等性能指標。
實用新型內容
[0005]針對上述技術問題，本實用新型公開一種金標試紙條定量分析儀的檢測電路，包括依次連接的光電二極體、光電轉換與Ι/v轉換模塊、帶通濾波放大電路模塊、檢波電路模塊、單片機、電源管理模塊、LED驅動電路模塊、發光二極體；所述單片機的一端還連接了電源管理模塊，用於給整個檢測電路提供穩定的直流電源。
[0006]優選地，所述LED驅動電路模塊選擇綠光LED作為發光光源。
[0007]優選地，所述帶通濾波放大電路模塊包括運算放大器、電阻以及電容。
[0008]本實用新型的有益效果是通過所述檢測電路，可以滿足儀器可攜式、高精度、高靈敏度、低功耗的性能特點，提聞了儀器的精度、靈敏度、功耗等指標。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型所述金標試紙條定量分析儀的檢測電路示意圖；
[0010]圖2是本實用新型所述金標試紙條定量分析儀的檢測電路的電源管理模塊示意圖；
[0011]圖3本實用新型所述金標試紙條定量分析儀的檢測電路的光電轉換與I/V轉換豐旲塊不意圖；
[0012]圖4是本實用新型所述金標試紙條定量分析儀的檢測電路的帶通濾波放大電路豐旲塊不意圖；
[0013]圖5是本實用新型所述金標試紙條定量分析儀的檢測電路的檢波電路模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0015]如圖所示，本實用新型公開一種金標試紙條定量分析儀的檢測電路，包括依次連接的光電二極體、光電轉換與Ι/v轉換模塊、帶通濾波放大電路模塊、檢波電路模塊、單片機、電源管理模塊、LED驅動電路模塊、發光二極體；所述單片機的一端還連接了電源管理模塊，用於給整個檢測電路提供穩定的直流電源。
[0016]優選地，所述LED驅動電路模塊選擇綠光LED作為發光光源。
[0017]優選地，所述帶通濾波放大電路模塊包括運算放大器、電阻以及電容。
[0018]下面具體講述本實用新型所述的金標試紙條定量分析儀的檢測電路。
[0019]金標試紙條定量分析儀的檢測電路，包括依次連接的光電二極體、光電轉換與I/V轉換模塊、帶通濾波放大電路模塊、檢波電路模塊、單片機、電源管理模塊、LED驅動電路模塊、發光二極體；所述單片機的一端還連接了電源管理模塊，用於給整個檢測電路提供穩定的直流電源。如圖2所示，電源的設計要滿足穩定性和可靠性的要求，因此系統採用電池作為供電電源，為滿足儀器可超長時間工作的要求，採用9V可充電電池，該電池的電量在2000毫安時以上。數字電源需要以下幾種類型:+3.3V、+5V，其中+5V為光源LED供電，+3.3V作為一些數字外設，例如FLASH、串口晶片等的供電電源。模擬電源則需+5V和+2.5V兩種，主要用於模擬器件如運算放大器、模擬開關等的供電。
[0020]儀器選擇了單色性高、發光強度強、且穩定性好，抗幹擾能力強的綠光LED作為發光光源。在檢測系統中，由於試紙條的掃描檢測不能在理想的絕對密閉、不透光的環境中進行，所以系統檢測到的反射光信號中會夾雜著環境光線等一系列幹擾噪聲。幹擾噪聲與有效的反射光信號在整個測量過程中一直伴隨，很難從時域上區分出來，所以考慮從頻域上去噪。由於幹擾噪聲處於低頻段，可考慮將反射光信號調製到高頻頻段。反射光信號的頻率是跟隨光源的頻率的，故需要將LED光源調製到高頻頻段。光源的調製可在LED的驅動電路的設計中實現。儀器採用Maxim公司的恆流LED驅動晶片MAX1916來控制LED的工作。LED的驅動電流最高可達100毫安，電流匹配精度亦可達到0.3%。與傳統的串聯電阻電壓驅動LED法和三極體驅動LED法相比較，該LED驅動方案可使光源更加穩定，提高了系統的精度，同時可實現低功耗的優點。
[0021]光電轉換與I/V轉換模塊中，試紙條上反射的光強信號不是很強，因此要求選擇的光電探測器件有很高的靈敏度。儀器選用日本濱松公司產的S2684-520系列光電二極體，此款光電二極體具有高速響應、高靈敏度，低噪聲等優點。檢測電路中光電轉換與I/V轉換模塊電路圖如圖3所示。在電路中，光電二極體的陽極接地，陰極接放大器的反向輸入端，當入射光照射時，光電二極體會產生從陰極到陽極的電流。電路中運放的同向輸入端接地，並在負反饋迴路放置電阻RF，形成電壓反饋，同時為了提高系統信號穩定性，減小輸出電壓的振蕩，在反饋迴路上並聯了補償電容CF。選擇合適的CF，保證在去除振蕩的同時又不會造成信號幅值的過度衰減。
[0022]帶通濾波放大電路模塊中，試紙條上的反射光經過光電二極體接收後，經過光電轉換和ΙΛ轉換得到的信號，是待檢信號與幹擾信號夾雜的信號，需要通過帶通濾波模塊，濾除幹擾信號，然後再通過放大模塊進行放大。帶通濾波放大電路模塊由運算放大器和電阻、電容等分立元件搭建而成，如圖4所示。Vin表示經I/V轉換後的信號，Vout則為放大濾波後的信號，由運放的「虛短」、「虛斷」可知，該反向放大電路的放大倍數為R2/R1。由於系統中的兩個光電二極體接收到的信號強度相差很大，光電二極體I直接接收光源的反射光或透射光，其強度遠大於光電二極體2接受的光信號，後者經光纖和流通池後衰減較大，因此在設計時，第二路的放大倍數應遠大於第一路，最終分別將兩放大倍數設置為100和50M。對於濾波電路，由於收光管接收到的是2kHz的交流信號，因此應選用合適的帶通濾波器，將中頻帶的有效信號與幹擾、噪聲分離。濾波功能主要由RC濾波器實現，其中，R1、Cl組成高通濾波器，截止頻率為1/2 Ji RlCl，而R2和C2則組成低通濾波器，截止頻率為1/2 31 R2C2。實際電路中將通頻帶設置為360Hz-6500Hz。
[0023]檢波電路模塊中，經濾波、放大後的信號還需選擇合適的檢波方式，以達到高精度測量的效果。檢波電路採用了基於模擬開關實現的同步檢波整流方案，如圖5所示，圖中信號A表示經放大、濾波後的信號；基準信號為信號A的基準電壓，即+2.5V的直流電平；同步信號作為模擬開關的控制信號，是與信號A相位相反的方波信號，由LED的調製信號經過移相得到。模擬開關是根據選通端的電平，切換選擇所需輸入通道信號的器件，此處選通端控制信號為同步信號，它的電平高低決定輸出端COM 口連通信號A或基準電平。整個檢波電路相當於完成了以基準信號(+2.5V)為零電平的絕對值檢波電路的功能，同時又由於同步信號的存在，使得該檢波系統具有頻率選擇特性，性能要優於絕對值檢波電路。
[0024]通過所述檢測電路，可以滿足儀器可攜式、高精度、高靈敏度、低功耗的性能特點，提聞了儀器的精度、靈敏度、功耗等指標。
[0025]儘管本實用新型的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本實用新型的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本實用新型並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。
【權利要求】
1.一種金標試紙條定量分析儀的檢測電路，其特徵在於:包括依次連接的光電二極體、光電轉換與Ι/v轉換模塊、帶通濾波放大電路模塊、檢波電路模塊、單片機、電源管理模塊、LED驅動電路模塊、發光二極體；所述單片機的一端還連接了電源管理模塊，用於給整個檢測電路提供穩定的直流電源。
2.根據權利要求1所述的金標試紙條定量分析儀的檢測電路，其特徵在於:所述LED驅動電路模塊選擇綠光LED作為發光光源。
3.根據權利要求1所述的金標試紙條定量分析儀的檢測電路，其特徵在於:所述帶通濾波放大電路模塊包括運算放大器、電阻以及電容。
【文檔編號】G01N21/55GK204101455SQ201420598771
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】蔣凱, 湯亞偉 申請人:蘇州和邁精密儀器有限公司