荧光PCR检测仪温控系统研究和实现
这是一篇关于荧光PCR检测仪,PCR技术,温控系统,改进型模糊自适应PID控制算法的论文, 主要内容为21世纪以来,全球各种疾病频发,非洲猪瘟、新冠肺炎以及猴痘等疾病汹汹来袭,给我国经济发展和人民生活水平带来了严重的打击,使得我国不得不制定相应措施和检测方案应对。PCR检测技术因其强特异性,高灵敏度,检测周期较短,模板DNA纯度要求低等优点,很快成为病毒检测领域中检测技术的主流。基于此技术改进的荧光PCR检测技术,更是实现了PCR检测技术由定性到定量的转变,荧光PCR检测仪也随之出现,但其核心技术温控系统的设计仍然是人们研究的重点。本人在前期的研究基础上,根据荧光PCR技术反应原理和特点,对荧光PCR检测仪温控系统进行设计优化创新,进一步提高系统的控制性能,改善荧光PCR检测质量,降低整体开发成本和尺寸。主要工作内容包括:(1)荧光PCR检测仪温控系统硬件电路的设计与实现:该项工作主要包括研究分析荧光PCR反应原理和特点,提出荧光PCR检测仪温控系统的设计需求;采用模块化设计思想,设计硬件电路总体架构;选择合适的电路方案和电子元器件设计实现各个电路模块并对模块进行功能测试;设计温度控制硬件反馈网络,加强控制电路的监控能力,提升温控的性能;对设计完成的电路进行PCB布局布线和打样,之后采用万用表和示波器进行硬件测试,验证电路功能。(2)荧光PCR检测仪温控系统软件的设计与实现:该项工作主要包括在硬件电路设计的基础上设计软件总体框架;根据荧光PCR检测仪温控系统控温方式,推导建立系统数学模型;研究温度控制算法,考虑设计要求和实现复杂度,将模糊理论同传统PID算法结合,加入死区控制和积分限制设计改进型模糊自适应PID控制算法,提升系统控制性能;结合系统模型,利用MATLAB设计仿真模型对温控算法进行测试,及时改进和调整控制参数;采用KEIL软件开发平台和C语言编程实现各个软件模块,并对各个软件模块的数据收发进行验证;搭建荧光PCR检测仪温控系统实验平台,对设定的温控指标进行测试。结果表明,本文设计的荧光PCR检测仪温控系统的最大升温速率可达到6.400℃/s,系统温度控制精度为0.2℃,系统的温度均一性小于0.4℃,并对开发成本和设计尺寸进行了控制,满足设计标准,达到国家设计要求。为后续荧光PCR检测仪温控系统的设计研究提供借鉴和方案参考,进一步促进了医疗器械和生物检测仪行业的国产化发展。
荧光PCR检测仪温控系统研究和实现
这是一篇关于荧光PCR检测仪,PCR技术,温控系统,改进型模糊自适应PID控制算法的论文, 主要内容为21世纪以来,全球各种疾病频发,非洲猪瘟、新冠肺炎以及猴痘等疾病汹汹来袭,给我国经济发展和人民生活水平带来了严重的打击,使得我国不得不制定相应措施和检测方案应对。PCR检测技术因其强特异性,高灵敏度,检测周期较短,模板DNA纯度要求低等优点,很快成为病毒检测领域中检测技术的主流。基于此技术改进的荧光PCR检测技术,更是实现了PCR检测技术由定性到定量的转变,荧光PCR检测仪也随之出现,但其核心技术温控系统的设计仍然是人们研究的重点。本人在前期的研究基础上,根据荧光PCR技术反应原理和特点,对荧光PCR检测仪温控系统进行设计优化创新,进一步提高系统的控制性能,改善荧光PCR检测质量,降低整体开发成本和尺寸。主要工作内容包括:(1)荧光PCR检测仪温控系统硬件电路的设计与实现:该项工作主要包括研究分析荧光PCR反应原理和特点,提出荧光PCR检测仪温控系统的设计需求;采用模块化设计思想,设计硬件电路总体架构;选择合适的电路方案和电子元器件设计实现各个电路模块并对模块进行功能测试;设计温度控制硬件反馈网络,加强控制电路的监控能力,提升温控的性能;对设计完成的电路进行PCB布局布线和打样,之后采用万用表和示波器进行硬件测试,验证电路功能。(2)荧光PCR检测仪温控系统软件的设计与实现:该项工作主要包括在硬件电路设计的基础上设计软件总体框架;根据荧光PCR检测仪温控系统控温方式,推导建立系统数学模型;研究温度控制算法,考虑设计要求和实现复杂度,将模糊理论同传统PID算法结合,加入死区控制和积分限制设计改进型模糊自适应PID控制算法,提升系统控制性能;结合系统模型,利用MATLAB设计仿真模型对温控算法进行测试,及时改进和调整控制参数;采用KEIL软件开发平台和C语言编程实现各个软件模块,并对各个软件模块的数据收发进行验证;搭建荧光PCR检测仪温控系统实验平台,对设定的温控指标进行测试。结果表明,本文设计的荧光PCR检测仪温控系统的最大升温速率可达到6.400℃/s,系统温度控制精度为0.2℃,系统的温度均一性小于0.4℃,并对开发成本和设计尺寸进行了控制,满足设计标准,达到国家设计要求。为后续荧光PCR检测仪温控系统的设计研究提供借鉴和方案参考,进一步促进了医疗器械和生物检测仪行业的国产化发展。
针对爆炸回火温度的线阵高速红外测温系统研制
这是一篇关于爆炸回火温度,红外测温,高速测量,线阵探测器,温控系统的论文, 主要内容为温度是确定物质状态的最重要的参数之一,它的测量在军事、国防及工农生产中具有十分重要的作用。在炸药爆炸毁伤实验中,对爆炸温度的测量可以评估炸药爆炸的热毁伤能力,现阶段国内外多针对爆炸中心的高温火焰研制测温仪器。爆炸火焰经阻挡物反射产生爆炸回火现象,虽然回火温度远低于爆炸中心的温度,但资料表明70℃左右的温度可以在短时间内对人体造成不可逆转的热伤害。因此对爆炸回火温度的测量可以更好的补充炸药爆炸毁伤实验中的热毁伤评估能力,有着重要的意义。本文针对爆炸回火温度相对较低且高速动态变化的特性,研制了一套高速红外测温系统,测温范围为75.0℃～300.0℃,采样速率优于1000帧/s,满足爆炸回火温度的高速动态测量要求。论文完成工作如下:(1)测温系统硬件平台研制。选用Pb Se线阵探测器模块作为系统的红外探测器,其具有64个通道,在中红外波段有较好的探测性能,在测量目标为75.0℃～300.0℃下有稳定的信号输出;结合探测器尺寸及技术指标,计算得出适合测温系统的光学镜头参数,定制参数合适的光学镜头;研制温控系统减少环境温度变化对探测器带来的温度漂移;根据所选取元器件的结构尺寸对测温系统硬件平台结构进行设计与研制,实现硬件平台的集成化和小型化。(2)测温系统软件的研制。使用Lab VIEW开发测量模块,编写USB数据采集与二进制文件存储等功能,实现对硬件平台输出信号的高速动态采集;使用VS2017开发环境开发温度标定模块和温度计算与显示模块,编写标定计算、Access数据库读写、曲线拟合、txt文件读写、温度计算及Tee Chart图形控件显示等功能,得到温度-灰度值关系曲线的拟合参数文件并实现对温度的计算、显示与存储;编写清晰明了的测温系统软件操作界面,通过对功能按键的使能与禁用、添加异常处理等设计提升用户操作交互体验。(3)搭建实验测试平台,对测温系统进行温度标定实验、采集速率实验以及测温精度实验。实验结果表明:该线阵红外测温系统能够以1000帧/s的采集速率稳定运行,且测温精度满足±8.0℃。
荧光PCR检测仪温控系统研究和实现
这是一篇关于荧光PCR检测仪,PCR技术,温控系统,改进型模糊自适应PID控制算法的论文, 主要内容为21世纪以来,全球各种疾病频发,非洲猪瘟、新冠肺炎以及猴痘等疾病汹汹来袭,给我国经济发展和人民生活水平带来了严重的打击,使得我国不得不制定相应措施和检测方案应对。PCR检测技术因其强特异性,高灵敏度,检测周期较短,模板DNA纯度要求低等优点,很快成为病毒检测领域中检测技术的主流。基于此技术改进的荧光PCR检测技术,更是实现了PCR检测技术由定性到定量的转变,荧光PCR检测仪也随之出现,但其核心技术温控系统的设计仍然是人们研究的重点。本人在前期的研究基础上,根据荧光PCR技术反应原理和特点,对荧光PCR检测仪温控系统进行设计优化创新,进一步提高系统的控制性能,改善荧光PCR检测质量,降低整体开发成本和尺寸。主要工作内容包括:(1)荧光PCR检测仪温控系统硬件电路的设计与实现:该项工作主要包括研究分析荧光PCR反应原理和特点,提出荧光PCR检测仪温控系统的设计需求;采用模块化设计思想,设计硬件电路总体架构;选择合适的电路方案和电子元器件设计实现各个电路模块并对模块进行功能测试;设计温度控制硬件反馈网络,加强控制电路的监控能力,提升温控的性能;对设计完成的电路进行PCB布局布线和打样,之后采用万用表和示波器进行硬件测试,验证电路功能。(2)荧光PCR检测仪温控系统软件的设计与实现:该项工作主要包括在硬件电路设计的基础上设计软件总体框架;根据荧光PCR检测仪温控系统控温方式,推导建立系统数学模型;研究温度控制算法,考虑设计要求和实现复杂度,将模糊理论同传统PID算法结合,加入死区控制和积分限制设计改进型模糊自适应PID控制算法,提升系统控制性能;结合系统模型,利用MATLAB设计仿真模型对温控算法进行测试,及时改进和调整控制参数;采用KEIL软件开发平台和C语言编程实现各个软件模块,并对各个软件模块的数据收发进行验证;搭建荧光PCR检测仪温控系统实验平台,对设定的温控指标进行测试。结果表明,本文设计的荧光PCR检测仪温控系统的最大升温速率可达到6.400℃/s,系统温度控制精度为0.2℃,系统的温度均一性小于0.4℃,并对开发成本和设计尺寸进行了控制,满足设计标准,达到国家设计要求。为后续荧光PCR检测仪温控系统的设计研究提供借鉴和方案参考,进一步促进了医疗器械和生物检测仪行业的国产化发展。
核酸杂交和扩增温控系统的设计
这是一篇关于核酸变温扩增,核酸恒温杂交,温控系统,模糊PID,粒子群算法的论文, 主要内容为核酸扩增技术与核酸杂交技术不仅是分子生物学及相关学科在科学研究中至关重要的技术,也是医疗单位用于疾病诊断的常用手段,在此次新冠疫情检测中发挥了巨大的作用。核酸扩增技术分为等温和变温扩增,核酸杂交技术一般是等温,可见温度控制技术对分子检测非常重要。本文设计开发了用于核酸扩增技术与杂交技术的温控系统,搭建了一套核酸变温扩增装置和一套核酸恒温杂交装置。核酸变温扩增温控系统(变温系统):使用固体传热物理场对加热、散热重要部件进行热力学仿真分析,根据结果来优化模型,提高模型结构温度性能。对散热器采取固体传热、固体与流体传热的顺序进行仿真,判断散热器翅片数量对散热器散热效果的影响;采用STM32F103VET6作为主控芯片设计最小系统,利用H桥电路改变电流方向的特点来控制半导体制冷片升温、降温模式,并对驱动电路和稳压电路进行了优化设计,提高硬件电路稳定性;建立温控系统的传递函数,采用阶跃响应辨识法确定传递函数参数值,通过粒子群算法优化模糊PID控制参数的初始值,再利用模糊控制的自适应特性对系统进行控制,设计了粒子群优化模糊PID控制器;使用串口屏来实现人机交互,选用TTL串口与主控板通信,采用SPI通信方式进行系统数据传输;设计并搭建了核酸变温扩增装置。核酸恒温杂交系统(恒温系统):对加热部件进行热力学仿真分析,优化模型结构,由单层结构优化为四层结构;通过对加热方式进行仿真实验,判断出最优的加热方式为分层加热;设计稳压电路为条带电阻提供稳定的工作电压,提高电路稳定性,采取DHT11湿度传感器采集系统湿度,使用STM32F103VET6芯片内部ADC进行模数转换;与变温系统采用相同的控制算法来进行温度的控制;采用CAN通信方式进行数据传输;设计并搭建了核酸恒温杂交装置。通过搭建装置,进行温度性能测试,实验验证结果表明,变温系统的升温速率达到6.648℃/s,降温速率达到5.22℃/s,温度均一性为±0.2℃,控温精度为±0.2℃。恒温系统的温控精度为±0.1℃,温度均一性为±0.1℃。对两系统分别进行生物实验验证,通过核酸电泳结果验证,电泳条带宽度和大小达到要求,验证了本文温控系统的可行性。为后续核酸扩增技术和核酸杂交技术温控系统的开发,提供思路和实验室技术。
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