微弱荧光信号检测及处理技术研究

发布时间：2016-10-09 21:26

  本文关键词：荧光标记技术在生物学和医学研究中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

《陕西师范大学》 2015年

微弱荧光信号检测及处理技术研究

吴哲  

【摘要】：微弱荧光分析方法是一种新型的高灵敏度光谱化学分析方法。它在农业,工业,医学,材料科学,环境科学,情报科学等领域的研究和应用日益广泛。荧光信号一般非常微弱,且淹没于噪声之中,为实现检测与处理,必须设计一套特殊的信号检测系统,最大限度改善信噪比,实现信号低噪放大,才能够从微弱荧光信号或其变化量中提取有用信息。本论文研究内容是国家重大仪器产业化项目“系列高效超灵敏隐藏爆炸物探测仪及多功能水质监测仪的产业化与后续开发”的一部分,主要进行“高效超灵敏隐藏爆炸物探测仪”的产业化研究,做了以下几方面工作：(1)设计了一套微弱荧光信号检测系统。对常用光敏器件的特性进行对比分析,选取了SiPM作为光电转换核心器件；分析了SiPM的结构特性、主要性能参数,对倍增增益与温度的关系进行了详细分析；设计了SiPM的高压偏置产生电路以及低噪前置放大模块；对微弱信号检测中的取样积分方法进行了理论研究,设计并实现了取样积分模块,并将其成功的应用于本检测系统。(2)研究了温度因素对微弱荧光检测系统性能的影响以及相关的温度补偿方法。分析了偏压与SiPM增益的关系,设计了通过偏压补偿SiPM器件增益的温度补偿电路；分析了荧光薄膜的温度特性,在此基础上,给出了一种通过曲线拟合方法实时矫正采样信号的荧光薄膜温度补偿方法。(3)采用数字信号处理技术对检测系统中微弱荧光信号进行了滤波处理。设计了FIR数字滤波器,有效滤除了工频噪声干扰和激发光脉冲频率的干扰噪声；设计了滑动低通滤波器,进一步滤除了检测系统部分高频噪声。此外,对荧光爆炸物探测仪器荧光猝灭信息的鉴别方法进行了研究,提出了几种鉴别荧光猝灭反应的算法,高效、可靠地鉴别了所发生的荧光猝灭现象。(4)对微弱荧光信号检测系统进行了性能测试。分别测试了SiPM低噪前置放大模块、取样积分模块以及整机的工作性能。同时,使用本系统对常见爆炸物进行实际检测。本论文的研究成果实际运用于“手持式荧光爆炸物探测仪器的研制及其产业化”项目。目前,这款手持式荧光爆炸物探测仪器的生产样机已经研制成功,并经过了严格的性能测试和工业测试,相关指标已经达到工业级产品标准。不久前,该产品已经在新疆,西藏,非洲等地进行实地检测,实测结果表明,其性能已达到国内先进水平。

【关键词】：
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

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  本文关键词：荧光标记技术在生物学和医学研究中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：135406