CN204101455U - 一种金标试纸条定量分析仪的检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种金标试纸条定量分析仪的检测电路，包括依次连接的光电二极管、光电转换与I/V转换模块、带通滤波放大电路模块、检波电路模块、单片机、电源管理模块、LED驱动电路模块、发光二极管；所述单片机的一端还连接了电源管理模块，用于给整个检测电路提供稳定的直流电源。通过所述检测电路，可以满足仪器便携式、高精度、高灵敏度、低功耗的性能特点，提高了仪器的精度、灵敏度、功耗等指标。

Description

一种金标试纸条定量分析仪的检测电路

技术领域

本实用新型涉及仪器的硬件电路设计技术领域，具体为一种金标试纸条定量分析仪的检测电路。

背景技术

目前，免疫层析（lateral flow immunoassay, LFIA）快速检测技术是建立在层析技术和抗原-抗体特异性免疫反应基础上技术。金标免疫层析快速诊断技术是建立在酶联免疫吸附试验、乳胶凝聚试验、单克隆抗体技术和免疫胶体金标记技术基础上的以胶体金为标记物，利用特异抗体抗原结合反应观测结果的新技术。可广泛应用于现场定量检测，是未来即时检测技术发展的重要方向。

金标免疫层析试纸条检测的具体过程是，当进行检测时，在试纸条上滴入待测液，样品通过层析作用进入结合垫，与结合垫上的胶体金受体结合形成免疫复合物，该复合物继续流过硝酸纤维素膜，并与膜上的抗体结合形成红色条带，即试纸条的检测线（T）和质控线（C）。当一束单色光照射到试纸条上时，试纸条对光源光辐射以反射为主。在入射光强一定的情况下，检测线（T）对光源的反射光强越强，待测物的浓度越大；反之，检测线（T）对光源的反射光强越弱，则待测物的浓度越小。金标免疫层析试纸条定量检测分析仪器的工作过程是将试纸条插入卡座，然后检测电路控制驱动直线步进电机扫描试纸条，在扫描过程中发射单色光，接收反射光强，从而分析出测量标的物的浓度等信息。

在免疫层析试纸条定量检测分析中，核心的部分是检测电路。金标试纸读数仪要求设计的仪器满足便携式、高精度、高灵敏度、低功耗等性能指标。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型公开一种金标试纸条定量分析仪的检测电路，包括依次连接的光电二极管、光电转换与I/V转换模块、带通滤波放大电路模块、检波电路模块、单片机、电源管理模块、LED驱动电路模块、发光二极管；所述单片机的一端还连接了电源管理模块，用于给整个检测电路提供稳定的直流电源。

优选地，所述LED驱动电路模块选择绿光LED作为发光光源。

优选地，所述带通滤波放大电路模块包括运算放大器、电阻以及电容。

本实用新型的有益效果是通过所述检测电路，可以满足仪器便携式、高精度、高灵敏度、低功耗的性能特点，提高了仪器的精度、灵敏度、功耗等指标。

附图说明

图1是本实用新型所述金标试纸条定量分析仪的检测电路示意图；

图2是本实用新型所述金标试纸条定量分析仪的检测电路的电源管理模块示意图；

图 3 本实用新型所述金标试纸条定量分析仪的检测电路的光电转换与I/V转换模块示意图；

图 4是本实用新型所述金标试纸条定量分析仪的检测电路的带通滤波放大电路模块示意图；

图5是本实用新型所述金标试纸条定量分析仪的检测电路的检波电路模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图所示，本实用新型公开一种金标试纸条定量分析仪的检测电路，包括依次连接的光电二极管、光电转换与I/V转换模块、带通滤波放大电路模块、检波电路模块、单片机、电源管理模块、LED驱动电路模块、发光二极管；所述单片机的一端还连接了电源管理模块，用于给整个检测电路提供稳定的直流电源。

优选地，所述LED驱动电路模块选择绿光LED作为发光光源。

优选地，所述带通滤波放大电路模块包括运算放大器、电阻以及电容。

下面具体讲述本实用新型所述的金标试纸条定量分析仪的检测电路。

金标试纸条定量分析仪的检测电路，包括依次连接的光电二极管、光电转换与I/V转换模块、带通滤波放大电路模块、检波电路模块、单片机、电源管理模块、LED驱动电路模块、发光二极管；所述单片机的一端还连接了电源管理模块，用于给整个检测电路提供稳定的直流电源。如图2所示，电源的设计要满足稳定性和可靠性的要求，因此系统采用电池作为供电电源，为满足仪器可超长时间工作的要求，采用9V可充电电池，该电池的电量在2000毫安时以上。数字电源需要以下几种类型：+3.3V、+5V，其中+5V为光源LED供电，+3.3V作为一些数字外设，例如FLASH、串口芯片等的供电电源。模拟电源则需+5V和+2.5V两种，主要用于模拟器件如运算放大器、模拟开关等的供电。

仪器选择了单色性高、发光强度强、且稳定性好，抗干扰能力强的绿光LED作为发光光源。在检测系统中，由于试纸条的扫描检测不能在理想的绝对密闭、不透光的环境中进行，所以系统检测到的反射光信号中会夹杂着环境光线等一系列干扰噪声。干扰噪声与有效的反射光信号在整个测量过程中一直伴随，很难从时域上区分出来，所以考虑从频域上去噪。由于干扰噪声处于低频段，可考虑将反射光信号调制到高频频段。反射光信号的频率是跟随光源的频率的，故需要将LED光源调制到高频频段。光源的调制可在LED的驱动电路的设计中实现。仪器采用Maxim公司的恒流LED驱动芯片MAX1916来控制LED的工作。LED的驱动电流最高可达100毫安，电流匹配精度亦可达到0.3%。与传统的串联电阻电压驱动LED法和三极管驱动LED法相比较，该LED驱动方案可使光源更加稳定，提高了系统的精度，同时可实现低功耗的优点。

光电转换与I/V转换模块中，试纸条上反射的光强信号不是很强，因此要求选择的光电探测器件有很高的灵敏度。仪器选用日本滨松公司产的S2684-520系列光电二极管，此款光电二极管具有高速响应、高灵敏度，低噪声等优点。检测电路中光电转换与I/V转换模块电路图如图3所示。在电路中，光电二极管的阳极接地，阴极接放大器的反向输入端，当入射光照射时，光电二极管会产生从阴极到阳极的电流。电路中运放的同向输入端接地，并在负反馈回路放置电阻RF，形成电压反馈，同时为了提高系统信号稳定性，减小输出电压的振荡，在反馈回路上并联了补偿电容CF。选择合适的CF，保证在去除振荡的同时又不会造成信号幅值的过度衰减。

带通滤波放大电路模块中，试纸条上的反射光经过光电二极管接收后，经过光电转换和I/V转换得到的信号，是待检信号与干扰信号夹杂的信号，需要通过带通滤波模块，滤除干扰信号，然后再通过放大模块进行放大。带通滤波放大电路模块由运算放大器和电阻、电容等分立元件搭建而成，如图4所示。Vin表示经I/V转换后的信号，Vout则为放大滤波后的信号，由运放的“虚短”、“虚断”可知，该反向放大电路的放大倍数为R2/R1。由于系统中的两个光电二极管接收到的信号强度相差很大，光电二极管1直接接收光源的反射光或透射光，其强度远大于光电二极管2接受的光信号，后者经光纤和流通池后衰减较大，因此在设计时，第二路的放大倍数应远大于第一路，最终分别将两放大倍数设置为100和50M。对于滤波电路，由于收光管接收到的是2kHz的交流信号，因此应选用合适的带通滤波器，将中频带的有效信号与干扰、噪声分离。滤波功能主要由RC滤波器实现，其中，R1、C1组成高通滤波器，截止频率为1/2πR1C1，而R2和C2则组成低通滤波器，截止频率为1/2πR2C2。实际电路中将通频带设置为360Hz-6500Hz。

检波电路模块中，经滤波、放大后的信号还需选择合适的检波方式，以达到高精度测量的效果。检波电路采用了基于模拟开关实现的同步检波整流方案，如图5所示，图中信号A表示经放大、滤波后的信号；基准信号为信号A的基准电压，即+2.5V的直流电平；同步信号作为模拟开关的控制信号，是与信号A相位相反的方波信号，由LED的调制信号经过移相得到。模拟开关是根据选通端的电平，切换选择所需输入通道信号的器件，此处选通端控制信号为同步信号，它的电平高低决定输出端COM口连通信号A或基准电平。整个检波电路相当于完成了以基准信号（+2.5V）为零电平的绝对值检波电路的功能，同时又由于同步信号的存在，使得该检波系统具有频率选择特性，性能要优于绝对值检波电路。

通过所述检测电路，可以满足仪器便携式、高精度、高灵敏度、低功耗的性能特点，提高了仪器的精度、灵敏度、功耗等指标。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种金标试纸条定量分析仪的检测电路，其特征在于：包括依次连接的光电二极管、光电转换与I/V转换模块、带通滤波放大电路模块、检波电路模块、单片机、电源管理模块、LED驱动电路模块、发光二极管；所述单片机的一端还连接了电源管理模块，用于给整个检测电路提供稳定的直流电源。

2.根据权利要求1所述的金标试纸条定量分析仪的检测电路，其特征在于：所述LED驱动电路模块选择绿光LED作为发光光源。

3.根据权利要求1所述的金标试纸条定量分析仪的检测电路，其特征在于：所述带通滤波放大电路模块包括运算放大器、电阻以及电容。