基于小波变换的微流控芯片信号去噪方法研究

发布时间：2020-10-25 23:40

　　 微流控芯片作为微全分析系统的核心,因其具有耗样量少、分析快速高效、操作简单、易于集成等诸多优点,在司法检测、食品安全、医学药品以及环境保护等多学科领域中得到广泛应用。目前微流控芯片的研究主要集中在芯片结构以及检测电路的设计等方面,对微流控芯片信号研究则相对较少。微流控芯片信号是非平稳弱信号,容易受到噪声等干扰信号的影响,因此对微流控芯片信号处理方法的研究,有助于提高系统的检测灵敏度,对于提高微流控芯片的检测限具有重要意义。本文的研究内容主要包括以下几个部分:第一部分:对微流控芯片信号特性的研究以及信号模拟。由于微流控芯片分析诊断仪检测到的信号表现为不同波峰形式的窄脉冲信号,且不同波峰分别表示不同的成分。对实际采集的微流控芯片信号数据进行研究分析,并根据微流控芯片信号特点,以高斯函数为基础建立数学模型,对微流控芯片信号进行模拟。通过对模拟信号进行处理,以信噪比和均方根误差为评价指标,验证设计的微流控芯片信号去噪算法的有效性,然后再将设计的算法应用到实际的微流控芯片信号中进行实验处理。第二部分:基于离散平稳小波变换和小波系数能量元的微流控芯片信号去噪方法研究。为提高微流控芯片信号去噪效果,提出一种基于小波能量元和改进阈值函数的信号去噪方法。构建基于指数和对数函数的小波能量元双阈值函数,继而设计了微流控芯片信号去噪算法。以模拟的微流控芯片信号为研究对象,对比选择db4小波基进行了4层分解去噪仿真实验。仿真结果表明,本文方法优于现有的普通阈值法、空域相关法和能量元浮动阈值法。第三部分:基于双树复小波变换和改进阈值函数的微流控芯片信号去噪方法研究。针对传统离散小波变换阈值去噪方法存在的缺陷,以双树复小波变换为基础,设计改进阈值函数的双树复小波微流控芯片信号去噪方法。通过贝叶斯理论确定高频系数阈值,同时提出一种改进阈值函数。利用设计的方法对微流控芯片模拟信号去噪处理,去噪后模拟信号信噪比为75.39dB、均方根误差为0.011。去噪后的信噪比和均方根误差表明,去噪效果要优于离散小波变换、以及普通的双树复小波变换等现有的方法。本文设计的基于小波变换的微流控芯片信号去噪方法,都应用于自主研发的微流控芯片分析检测仪所检测到的信号中,对实际K~+、Na~+、Li~+离子信号进行去噪。实验结果表明,设计的微流控信号去噪算法能有效对信号进行处理,提升微流控分析检测设备的性能。
【学位单位】：湖南理工学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN911.7;TN492
【部分图文】：

图 1-1 微流控芯片实物图由于微流控芯片微通道网络的直径仅仅几十微米至几微米，因此要求所采用的检测器具有较高的性能，目前常用的微流控芯片检测器有：光学检测器、质谱检测器以及电化学检测器。本文所采用的检测器是电化学检测器中的非接触电导检测（ContactlesConductivity Detection, CCD）。CCD 是一种通过溶液与电极之间的耦合的方式来测定电信

图 2-1 短时傅里叶变换时频窗示意图换以及 STFT 存在的缺陷，小波变换应运TFT 不同的是，虽然小波变换所加窗口大时间窗和频率窗都可以改变的时频分析方法

10图 2-2 连续小波变换时频窗口变化示意图分别以 a 1 /2,a 1,a 2三种情况为例来对可知，小波变换克服了 Fourier 变换和 STFT
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄海鹏;陶玲;杨宇轩;钱志余;李韪韬;;用于微流控芯片的全波长实时荧光检测系统研制[J];生命科学仪器;2018年06期

2 范一强;王洪亮;张亚军;;低成本聚合物微流控芯片加工技术综述[J];传感器与微系统;2019年05期

3 陈凯丽;刘珍珍;王朋林;郑玲;菅复春;;微流控芯片检测方法及其在畜牧兽医上的应用[J];动物医学进展;2019年05期

4 孙薇;陆敏;李立;张咏适;;微流控芯片技术应用进展[J];中国国境卫生检疫杂志;2019年03期

5 齐云;李晖;米佳;胡少勤;赖凡;张玉蕾;;医用微流控芯片研究进展[J];微电子学;2019年03期

6 范一强;柴东平;黄磊;崔汝兵;张亚军;;微流控芯片的标准化探索与展望[J];标准科学;2019年07期

7 蒋丽莉;郑峻松;李艳;邓均;方立超;黄辉;;基于微流控芯片的体外血脑屏障模型构建[J];中国生物工程杂志;2017年12期

8 孟婷婷;;微流控芯片的发展历程[J];山东工业技术;2018年13期

9 任苹;刘京;蔺日胜;刘杨;黄美莎;胡胜;徐友春;李彩霞;;基于微流控芯片的72重单核苷酸多态性族群推断系统的构建[J];色谱;2018年07期

10 李亚楠;丁伟;;自制简易微流控芯片在中学化学实验中的应用[J];教育与装备研究;2017年08期

相关博士学位论文 前10条

1 朱近赤;细胞相互作用分析的微流控芯片新方法研究[D];华中科技大学;2019年

2 冯相松;基于分裂重组与漩涡诱导的被动微混合机理及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

3 刘文佳;以碳纳米管为传热介质的红外加热便携式PCR平台的开发与应用研究[D];上海交通大学;2018年

4 熊孟;微流控芯片中聚N-异丙基丙烯酰胺的光图案化制备及其应用研究[D];南京大学;2014年

5 李天婵;肠出血性大肠杆菌快速检测芯片的制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

6 何子怡;基于核酸表面标记和微流控芯片平台的细胞研究[D];清华大学;2017年

7 胡善文;多功能微流控阵列芯片的制备及其应用研究[D];南京大学;2015年

8 张怡;构建一种用于研究精子趋化特性的多通道浓度梯度微流控芯片[D];武汉大学;2016年

9 李思晳;高频声波集成的微流控芯片用于颗粒的表征与驱动[D];武汉大学;2018年

10 李振皓;质谱及微流控芯片分析技术在中药质量评价中的应用研究[D];浙江大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 吴圆梦;基于免泵式微流控芯片的便携式多参数生化分析装置研究[D];合肥工业大学;2019年

2 陈阳;基于微流控芯片技术的抗白念珠菌药物筛选和细胞代谢产物研究[D];中国人民解放军海军军医大学;2019年

3 郭玉祥;微流控图像处理方法在亚硝酸盐快检中的应用研究[D];安徽理工大学;2019年

4 蔡佳辉;基于小波变换的微流控芯片信号去噪方法研究[D];湖南理工学院;2019年

5 项一丹;基于微流控芯片的FISH检测及其自动化扫描系统研究[D];武汉纺织大学;2019年

6 王梓茂;病理切片预处理装置的研究与开发[D];武汉纺织大学;2019年

7 王玲玲;基于双喷雾微流控芯片—质谱的精确质荷比的测定和酶促反应的在线检测[D];华中师范大学;2016年

8 周婷娇;聚二甲基硅氧烷微泵的制备及其应用[D];深圳大学;2018年

9 黄爱平;微流控芯片电化学重金属离子传感器的研究与应用[D];南京大学;2019年

10 黄炜敏;多通道微流控芯片电泳电源的设计[D];长沙理工大学;2018年

本文编号：2856138