一种微流控检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术提供了一种微流控检测系统及其检测方法，其中，所述系统包括：MCU处理器、光源控制IO、700nm特征变频光源控制电路、总磷试剂盘芯片、PD接收电路、小信号放大与滤波电路和AD采样电路。本发明专利技术的微流控检测系统及其检测方法，采用一种特征变频信号检测，能够自适应在不同干扰信号下，包括光源波动、PD温漂波动、零点漂移等情况下，提高测量精度，减小误差范围。减小误差范围。减小误差范围。

【技术实现步骤摘要】
一种微流控检测系统及其检测方法


[0001]本专利技术涉及水质检测
，具体而言，涉及一种微流控检测系统及其检测方法。

技术介绍

[0002]目前常规的在线测量总磷设备，是将未经过消解的水样消解，在消解过程中，测试试剂的溶液在高温环境下将水样中的磷和氮，包括溶解的、颗粒的、有机的、无机的磷全部氧化为正磷酸盐，水样中的含氮化合物完全转化为硝酸盐，然后再与其他试剂混合后，在一定波长下测量吸光度，计算总磷含量。
[0003]只是常规的在线测量方法中基本上都采用的是光信号强度检测方法，这种方法会存在受到发光源光强波动、PD接收器受环境温度影响、检测电路在长时间工作时零点漂移等问题，而使得测量误差逐渐增大。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是：现有在线测量总磷方法存在受到发光源光强波动、PD接收器受环境温度影响、检测电路在长时间工作时零点漂移等问题。
[0005]为解决上述问题，一方面，本专利技术提供一种微流控检测系统，其中，所述系统包括：MCU处理器、光源控制IO、700nm特征变频光源控制电路、总磷试剂盘芯片、PD接收电路、小信号放大与滤波电路和AD采样电路；所述MCU处理器，与所述光源控制IO连接，用于发送开关信号至所述光源控制IO；所述光源控制IO，与所述700nm特征变频光源控制电路连接，用于接收所述开关信号并经可控信号开关DD1恒流源输出至所述700nm特征变频光源控制电路；所述700nm特征变频光源控制电路，用于接收可控信号开关DD1输出的高低电平信号并控制700nm发光二极管D1发光；所述总磷试剂盘芯片，位于所述700nm特征变频光源控制电路与所述PD接收电路之间，用于吸收所述700nm特征变频光源控制电路发射到所述PD接收电路的部分光线；所述PD接收电路，与所述小信号放大与滤波电路连接，用于接收所述700nm特征变频光源控制电路发射的透过所述总磷试剂盘芯片的光源信号强度，并转换成小电流信号输出至所述小信号放大与滤波电路；所述小信号放大与滤波电路，与所述AD采样电路连接，用于将所述PD接收电路输出的小电流信号进行放大和滤波，并输出至所述AD采样电路；所述AD采样电路，与所述MCU处理器连接，用于接收所述小信号放大与滤波电路的输出信号，输出至所述MCU处理器进行处理。
[0006]优选地，所述700nm特征变频光源控制电路包括：运算放大器U4A、三极管Q2、发光二极管D1、电阻R25、R26、R27和电容C31；所述可控信号开关DD1连接运算放大器U4A的同相输入端，运算放大器U4A的反相
输入端连接电阻R26的前端，运算放大器U4A的正电源输入端连接GND，运算放大器U4A的负电源输入端连接+3.3V电源和电容C31的后端，电容C31的前端连接GND，运算放大器U4A的输出端连接电阻R25的前端，三极管Q2的基极连接电阻R25的后端，三极管Q2的集电极连接发光二极管D1的阳极，三极管Q2的发射极连接发光二极管D1的阴极、电阻R26的后端和电阻R27的前端，电阻R27的后端连接GND。
[0007]优选地，所述PD接收电路包括：运算放大器U3A、光电二极管D2、电阻R14和电容C14、C15、C17；所述运算放大器U3A的同相输入端连接光电二极管D2的阳极、偏置电压VREF_ADC和电容C17的前端，运算放大器U3A的反相输入端连接光电二极管D2的阴极、电阻R14的前端和电容C14的前端，运算放大器U3A的正电源输入端连接电容C17的后端和GND，运算放大器U3A的负电源输入端连接+3.3V电源和电容C15的前端，电容C15的后端连接GND，运算放大器U3A的输出端连接电阻R14的后端和电容C14的后端且输出信号VOUT1。
[0008]优选地，所述小信号放大与滤波电路包括：运算放大器U3B、电阻R15、R16、R17、R20和电容C21、C22、C23、C24、C26；所述输出信号VOUT1连接电容C23的前端，运算放大器U3B的同相输入端连接电容C23的后端和电阻R17的前端，电阻R17的后端连接偏置电压VREF_ADC和电容C24的前端，电容C24的后端连接GND，运算放大器U3B的反相输入端连接电阻R16的后端、R15的前端和C21的前端，电阻R16的前端连接电容C22的后端，电容C22的前端连接GND，运算放大器U3B的输出端连接电阻R15的后端和电容C21的后端且输出信号PT1_SIG，输出信号PT1_SIG连接电阻R20的前端，电阻R20的后端连接电容C26的前端且输出信号ADC0，电容C26的后端连接GND。
[0009]另一方面，本专利技术还提供一种检测方法，其采用了如上所述的微流控检测系统，其中，包括如下步骤：S1.MCU处理器控制可控信号开关DD1输出500HZ高低电平信号；S2.所述信号经过光源控制IO输出至700nm特征变频光源控制电路，PD接收电路接收所述700nm特征变频光源控制电路发射的透过所述总磷试剂盘芯片的光源信号强度，并转换成小电流信号，经过小信号放大与滤波电路输出至AD采样电路，得到原始信号数据；S3.将得到的原始信号数据经过素因子数值变换算法处理，把ADC0处的电压信号值转换成频谱变化值；S4.计算出500HZ频点处的幅值V1；S5.控制可控信号开关DD1输出0HZ低电平信号，重复步骤S2、S3，计算出500HZ频点处的幅值V2；S6.最终光源穿透总磷试剂盘芯片后检测出来浓度对应的光电二极管的真实变化幅值为V=V1
‑
V2。
[0010]相对于现有技术，本专利技术所述的微流控检测系统及其检测方法具有以下有益效果：（1）本专利技术选择700nm可穿透总磷波长的LED发光管，通过恒流源电路驱动发光二极管，在控制端DD1输入500HZ方波信号，占空比50%；（2）本专利技术选择信号接收峰值在700nm为最大强度值的PD接收传感器，连接在运算放大器的同相端与反相端，通过反馈电阻将电流信号转化成电压信号；
（3）本专利技术电容C23过滤掉接收信号中的直流分量，引入偏置电压VREF_ADC，使交流分量通过运算放大器U3B放大，放大倍数为Av=1+R15/R16，所以Vo=Vi*Av=Vi*(1+R15/R16)；C21为反馈积分电容，使接收信号在高低翻转时能减少阻尼振荡；（4）本专利技术通过素因子数值变换算法把ADC0处的电压信号值转换成频谱变化值，只有500HZ频点处的幅值才是通过PD传感器接收的特征信号值，其他频点处的变化幅值皆由噪声干扰与偏置电压产生；（5）本专利技术第一次通过DD1控制输出500HZ光源变化，得到其500HZ频点幅值V1，第二次DD1控制输出0V，再次得到其500HZ频点幅值V2，通过V1
‑
V2即是最终光源穿透试剂后检测出来浓度对应的变化值。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的微流控检测系统示意图；图2为本专利技术的700nm特征变频光源控制电路图；图3为本专利技术的PD接收电路图；图4为本专利技术的小信号放大与滤波电路图；图5为本专利技术的微流控检测方法示意图。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控检测系统，其特征在于，所述系统包括：MCU处理器、光源控制IO、700nm特征变频光源控制电路、总磷试剂盘芯片、PD接收电路、小信号放大与滤波电路和AD采样电路；所述MCU处理器，与所述光源控制IO连接，用于发送开关信号至所述光源控制IO；所述光源控制IO，与所述700nm特征变频光源控制电路连接，用于接收所述开关信号并经可控信号开关DD1恒流源输出至所述700nm特征变频光源控制电路；所述700nm特征变频光源控制电路，用于接收可控信号开关DD1输出的高低电平信号并控制700nm发光二极管D1发光；所述总磷试剂盘芯片，位于所述700nm特征变频光源控制电路与所述PD接收电路之间，用于吸收所述700nm特征变频光源控制电路发射到所述PD接收电路的部分光线；所述PD接收电路，与所述小信号放大与滤波电路连接，用于接收所述700nm特征变频光源控制电路发射的透过所述总磷试剂盘芯片的光源信号强度，并转换成小电流信号输出至所述小信号放大与滤波电路；所述小信号放大与滤波电路，与所述AD采样电路连接，用于将所述PD接收电路输出的小电流信号进行放大和滤波，并输出至所述AD采样电路；所述AD采样电路，与所述MCU处理器连接，用于接收所述小信号放大与滤波电路的输出信号，输出至所述MCU处理器进行处理。2.根据权利要求1所述的微流控检测系统，其特征在于，所述700nm特征变频光源控制电路包括：运算放大器U4A、三极管Q2、发光二极管D1、电阻R25、R26、R27和电容C31；所述可控信号开关DD1连接运算放大器U4A的同相输入端，运算放大器U4A的反相输入端连接电阻R26的前端，运算放大器U4A的正电源输入端连接GND，运算放大器U4A的负电源输入端连接+3.3V电源和电容C31的后端，电容C31的前端连接GND，运算放大器U4A的输出端连接电阻R25的前端，三极管Q2的基极连接电阻R25的后端，三极管Q2的集电极连接发光二极管D1的阳极，三极管Q2的发射极连接发光二极管D1的阴极、电阻R26的后端和电阻R27的前端，电阻R27的后端连接GND。3.根据权利要求2所述的微流控检测系统，其特征在于，所述PD接收电路包括：运算放大器U3A、光电二极管D2、电阻R14和电容C14、C15、C17；所述运算放大器U3A的同相...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振扬，武治国，潘凌，杨伟光，张春萍，阮利民，
申请(专利权)人：武汉新烽光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：