一种植物微弱电信号放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种植物微弱电信号放大器，其包括隔离变阻模块、差分放大模块、二级放大模块、滤波模块和调零与功率放大模块；采集到的植物微弱电信号传输至所述隔离变阻模块，所述隔离变阻模块输出端依次经所述差分放大模块、二级放大模块和滤波模块将植物微弱电信号放大滤波处理后，传输至所述功率放大模块内，完成对植物微弱电信号的放大。本发明专利技术能对微伏级的植物电压信号进行有效放大，可进行多类型的植物电信号进行采集，灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信号放大器，特别是关于一种植物微弱电信号放大器。
技术介绍
到目前为止植物体内有关动作电位的研究较多，研究发现动作电位普遍存于单细胞及多细胞的藻类、低等植物和高等植物中；对植物动作电位离子形成机制的研究认为钙离子、氯离子、钾离子以及质子泵等都参与其中；光照刺激、电压电流刺激、机械刺激、谷氨酸、热刺激、低温刺激等均可引发植物体内动作电位的产生；产生动作电位的刺激需要达到一定的阈值才可引发动作电位的产生，且其幅度的大小不随刺激强度的加大而增加，此外植物动作电位的产生受不应期的影响大。系统电位在高等植物体内可以被检测到，其被认为是细胞膜的超极化、复极化过程；多种刺激(机械刺激、化学刺激)均可引发系统电位的产生，系统电位信号的大小受刺激强度的影响，且波形无特定类型。变异电位由较强的刺激(机械刺激、热刺激和电刺激等)引发，为不规则信号，与系统电位类似，变异电位的产生无特定的阈值，信号强度与受刺激强度有关。由于测量的材料、位置和目的等的不同，人们对于植物电信号的测量采取了不同的方法，按位置的不同可分为胞内测量与胞外测量；按照不同的材料及目的需要，人们又采取了不同类型的电极来测量，包括：离子选择电极、玻璃微电极、金属电极、表贴电极等。虽然有诸多提取植物电信号的方法，但由于植物材料有着很高的阻抗、电信号微弱，且属于慢波电位的特点，而实际所测的植物电信号为信号源在输入阻抗上的分压，所以这就要求对这些用不同方法提取的低频信号进行高阻抗前置放大。早期由于条件限制人们用测谎仪、示波器、通用放大器对植物电信号进行研究，但由于精度所限，只能对毫伏级别的植物电信号进行探究，示波器及通用放大器的阻抗一般无法满足植物高阻抗的需求，所以，由于精度及输入阻抗无法满足的原因，植物电信号的采集与分析受到极大的限制，此外由于这些设备的通道数有限，无法同时采集大量的数据。随着技术发展，由于动物生理实验的需求，出现了精度高且功能较全的生物机能实验系统，但一般的生物机能实验系统的放大器阻抗只能满足动物细胞电信号测量的阻抗要求，而植物细胞阻抗要高于动物细胞，因此在信号有效获取方面无法很好满足植物电信号采集的需求；由于植物电信号的低频特性，与动物电信号的主要频率分布有所不同，过多的采集频域会引入不必要的噪声，因此在频率方面也无法很好满足植物电信号采集的需求，此外，生物机能实验系统的价格昂贵。非损伤检测方法(MIFE系统Microelectrodeionfluxmeasurement和SIET系统Scanningion-selectiveelectrodetechnique)：根据物质在溶液中扩散的特性，可在不破坏细胞的前提下对细胞的离子活动进行测量，虽然是无损测量，但其对电极间距离的精度和电极的性能要求极高，必须借助显微操作，所以，很难在植物自然生长条件下进行测量，且由于受到空间的限制，无法对多细胞进行同时测量，即：无法对植物电信号进行多位立体测量。此外，此系统价格能贵，主要依赖进口。膜片钳技术：1980自Neher(内尔)和Sakmann(萨克曼)根据电压钳技术专利技术膜片钳技术以来，膜片钳技术在植物电生理领域得到广泛应用，帮助人们发现一系列植物离子通道，其测量模式一般可分为四种，即：贴附式记录、全细胞记录、内膜向外记录和外膜向外记录；由于膜片钳技术适用于单细胞测量，且电极需在细胞膜上对信号进行测量，但植物细胞有细胞壁的存在，因此这种技术更适用于对动物细胞或去除细胞壁的植物细胞(原生质体)进行测量，不可应用于对植物某些组织或整个植株的电信号测量。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种植物微弱电信号放大器，其能对微伏级的植物电压信号进行有效放大，可对多类型的植物电信号进行采集，灵敏度高。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种植物微弱电信号放大器，其特征在于：它包括隔离变阻模块、差分放大模块、二级放大模块、滤波模块和调零与功率放大模块；采集到的植物微弱电信号传输至所述隔离变阻模块，所述隔离变阻模块输出端依次经所述差分放大模块、二级放大模块和滤波模块将植物微弱电信号放大滤波处理后，传输至所述功率放大模块内，完成对植物微弱电信号的放大。所述隔离变阻模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻R1、第二电阻R2、第一滑动电阻R3和第二滑动电阻R4；所述第一运算放大器的同相输入端引脚与植物微弱电信号-Vin连接，所述第一运算放大器的反相输入端引脚与其输出端引脚连接后作为负向输出端VO1-；所述第一运算放大器的正、负电源引脚分别连接正、负12V电源，一偏移引脚8接地，另一偏移引脚1经所述第一滑动电阻R3与引脚5连接，且所述第一滑动电阻R3的滑动端与负电源引脚连接；所述第二运算放大器的各引脚连接方式以及该第二运算放大器与所述第二电阻R2和第二滑动电阻R4连接方式都与所述第一运算放大器连接方式相同，所述第二运算放大器的同相输入端引脚与植物微弱电信号+Vin连接，所述第二运算放大器的反相输入端引脚与其输出端引脚连接后作为正向输出端VO1+。所述差分放大模块包括第三运算放大器、抑制RF干扰电路、输入偏置电流回路、旁路滤波电路和第十电阻R10；所述隔离变阻模块的输出端经所述抑制RF干扰电路与所述第三运算放大器输入端连接，所述输入偏置电流回路与所述抑制RF干扰电路连接；所述第三运算放大器的一偏移引脚1经所述第十电阻R10与另一偏移引脚8连接，引脚5接地，输出引脚作为输出端VO2；所述第三运算放大器正、负电源引脚分别连接正、负12V电源，且正电源引脚、负电源引脚还分别连接所述旁路滤波电路后接地。所述抑制RF干扰电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；所述隔离变阻模块的负向输出端与所述第五电阻R5一端连接，所述第五电阻R5另一端与所述第三电容C3一端连接，且所述第三电容C3一端还与所述第三运算放大器U3的反相输入端引脚连接；所述隔离变阻模块1的正向输出端与所述第六电阻R6一端连接，所述第六电阻R6另一端与所述第三电容C3另一端连接，且所述第三电容C3另一端还与所述第三运算放大器U3的同相输入端引脚连接；位于所述第五电阻R5另一端与所述第六电阻R6另一端之间并联一个由所述第一电容C1和第二电容C2串联构成的支路。所述输入偏置电流回路包括第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9；所述第七电阻R7、第八电阻R8串联后构成另一支路，该另一支路与由所述第一电容C1和第二电容C2串联构成的支路并联，所述第九电阻R9一端连接在所述第七电阻R7与所述第八电阻R8之间，所述第九电阻R9另一端连接在所述第一电容C1与所述第二电容C2之间并接地。与所述正电源引脚连接的所述旁路滤波电路由第四电容C4构成，与所述负电源引脚连接的所述旁路滤波电路由第五电容C5构成。所述二级放大模块包括第四运算放大器、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C6和电容C7；所述第四运算放大器的同相输入端引脚经所述电阻R11与所述差分放大模块的输出端连接，反相输入端引脚与所述电阻R12一端连接，且所述电阻R12一端还与所述电阻R13一端连接，所述电阻R13另一端接地；所述电阻R12另一端与所述第四运算放大器的输出引脚连接后，作为所述二级放大模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物微弱电信号放大器，其特征在于：它包括隔离变阻模块、差分放大模块、二级放大模块、滤波模块和调零与功率放大模块；采集到的植物微弱电信号传输至所述隔离变阻模块，所述隔离变阻模块输出端依次经所述差分放大模块、二级放大模块和滤波模块将植物微弱电信号放大滤波处理后，传输至所述功率放大模块内，完成对植物微弱电信号的放大。

【技术特征摘要】
1.一种植物微弱电信号放大器，其特征在于：它包括隔离变阻模块、差分放大模块、二级放大模块、滤波模块和调零与功率放大模块；采集到的植物微弱电信号传输至所述隔离变阻模块，所述隔离变阻模块输出端依次经所述差分放大模块、二级放大模块和滤波模块将植物微弱电信号放大滤波处理后，传输至所述功率放大模块内，完成对植物微弱电信号的放大。2.如权利要求1所述的一种植物微弱电信号放大器，其特征在于：所述隔离变阻模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻R1、第二电阻R2、第一滑动电阻R3和第二滑动电阻R4；所述第一运算放大器的同相输入端引脚与植物微弱电信号-Vin连接，所述第一运算放大器的反相输入端引脚与其输出端引脚连接后作为负向输出端VO1-；所述第一运算放大器的正、负电源引脚分别连接正、负12V电源，一偏移引脚8接地，另一偏移引脚1经所述第一滑动电阻R3与引脚5连接，且所述第一滑动电阻R3的滑动端与负电源引脚连接；所述第二运算放大器的各引脚连接方式以及该第二运算放大器与所述第二电阻R2和第二滑动电阻R4连接方式都与所述第一运算放大器连接方式相同，所述第二运算放大器的同相输入端引脚与植物微弱电信号+Vin连接，所述第二运算放大器的反相输入端引脚与其输出端引脚连接后作为正向输出端VO1+。3.如权利要求1所述的一种植物微弱电信号放大器，其特征在于：所述差分放大模块包括第三运算放大器、抑制RF干扰电路、输入偏置电流回路、旁路滤波电路和第十电阻R10；所述隔离变阻模块的输出端经所述抑制RF干扰电路与所述第三运算放大器输入端连接，所述输入偏置电流回路与所述抑制RF干扰电路连接；所述第三运算放大器的一偏移引脚1经所述第十电阻R10与另一偏移引脚8连接，引脚5接地，输出引脚作为输出端VO2；所述第三运算放大器正、负电源引脚分别连接正、负12V电源，且正电源引脚、负电源引脚还分别连接所述旁路滤波电路后接地。4.如权利要求3所述的一种植物微弱电信号放大器，其特征在于：所述抑制RF干扰电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；所述隔离变阻模块的负向输出端与所述第五电阻R5一端连接，所述第五电阻R5另一端与所述第三电容C3一端连接，且所述第三电容C3一端还与所述第三运算放大器U3的反相输入端引脚连接；所述隔离变阻模块1的正向输出端与所述第六电阻R6一端连接，所述第六电阻R6另一端与所述第三电容C3另一端连接，且所述第三电容C3另一端还与所述第三运算放大器U3的同相输入端引脚连接；位于所述第五电阻R5另一端与所述第六电阻R6另一端之间并联一个由所述第一电容C1和第二电容C2串联构成的支路。5.如权利要求4所述的一种植物微弱电信号放大器，其特征在于：所述输入偏置电流回路包括第七电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨利艳，虞波，
申请(专利权)人：山西师范大学，
类型：发明
国别省市：山西;14