检索结果-内蒙古大学图书馆

光子学报 2020年第4期49卷 88-95页

作者：佟星元闫晓光陈东西安邮电大学电子工程学院西安710121

光寻址电位传感器的幅度检测方法易受噪声干扰,灵敏度差,信噪比和精度低,且受调制光源的影响较大,影响检测结果的准确性.为此提出了一种基于正交相位检波的光寻址电位传感器检测方法.该方法是将光寻址电位传感器的输出光电流信号分别与... 详细信息

光寻址电位传感器的幅度检测方法易受噪声干扰,灵敏度差,信噪比和精度低,且受调制光源的影响较大,影响检测结果的准确性.为此提出了一种基于正交相位检波的光寻址电位传感器检测方法.该方法是将光寻址电位传感器的输出光电流信号分别与两路正交信号相乘,通过低通滤波提取直流分量并相除,即可得到光寻址电位传感器的输出信号相位信息.与已有的光寻址电位传感器相位检测方法相比,该方法具有算法复杂度低、实时性高的优点.实验研究了调制光源光强对光寻址电位传感器幅度检测和相位检测的影响,对比分析了光寻址电位传感器的传统幅度检测方法与正交相位检波检测方法对pH检测的灵敏度、线性度及信噪比.结果表明,相比于幅度检测方法,调制光源光强对光寻址电位传感器的相位检测影响更小,在频率为10 kHz,pH的范围为1.68~10.01的情况下,相位检测方法比幅度检测方法测得的灵敏度增加了7 mV/pH,精度提高了14.9 mpH,非线性误差减小了0.003%,均方差减少了0.1051×10^-5,信噪比增加了8.2827 dB.该方法特别适用于弱光下的光寻址电位传感器检测.

关键词：光寻址电位传感器正交检波相位检测灵敏度精度

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光寻址电位传感器的噪声分析与信号处理方法研究

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光学精密工程 2016年第6期24卷 1456-1464页

作者：陈东刘诗斌殷世民梁晋涛西北工业大学电子信息学院陕西西安710072 西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121 桂林电子科技大学生命与环境科学学院广西桂林541004 广西自动检测技术与仪器重点实验室广西桂林541004 广西信息科学实验中心广西桂林541004

鉴于光寻址电位传感器(LAPS)的响应信号较弱,传统的抽取频域基波分量的方法易受信号漂移和随机噪声的影响,提出了一种基于频域分量均方根和卡尔曼滤波的两步信号处理方法。基于光寻址电位传感器件的理论模型构建了其等效电路模型,推导... 详细信息

鉴于光寻址电位传感器(LAPS)的响应信号较弱,传统的抽取频域基波分量的方法易受信号漂移和随机噪声的影响,提出了一种基于频域分量均方根和卡尔曼滤波的两步信号处理方法。基于光寻址电位传感器件的理论模型构建了其等效电路模型,推导得到输出信号的表达式,分析了漂移与噪声产生的原因及其抑制方法。通过实验检测了不同pH值的溶液,并采集了系统输出的光电流信号。求取信号傅里叶变换后频域中的基波分量、二次谐波分量、三次谐波分量的谱线幅值的均方根,然后对归一化电流-偏压(I-V)特性曲线进行卡尔曼滤波。实验结果表明,相对于单纯抽取基波分量的方法,基于频域分量均方根和卡尔曼滤波的两步信号处理方法使检测结果的均方差(MSE)降低了97%,显著减少了信号漂移和随机噪声对检测结果的影响。

关键词：光寻址电位传感器信号漂移随机噪声频域分量均方根卡尔曼滤波

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光寻址电位传感器的机理研究

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半导体光电 2001年第3期22卷 184-187,210页

作者：梁卫国韩泾鸿中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北京100080

从半导体物理学及电化学的角度对光寻址电位传感器 (LAPS)的机理进行了较为深入的研究。详细阐述了LAPS的基本构造 ,并通过分析LAPS的电路模型及少数载流子的影响得出了各种参数对LAPS的影响 ,从而为制造高性能的LAPS提供了理论基础。

关键词：光寻址电位传感器载流子半导体物理学电化学

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光寻址电位传感器的自相关检测方法

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传感技术学报 2024年第3期37卷 404-408页

作者：李学亮刘诗斌檀杰罗杰璋周口师范学院机械与电气工程学院河南周口466001 西北工业大学电子信息学院陕西西安710072

针对基于光寻址电位传感器的微流控芯片信噪比低的问题,提出了一种基于自相关检测的光寻址电位传感器信号提取方法。采用气液分离的方法在微流路内产生了体积约1μL的样品微滴,对比了光寻址电位传感器在方波激励与正弦波激励下检测微滴... 详细信息

针对基于光寻址电位传感器的微流控芯片信噪比低的问题,提出了一种基于自相关检测的光寻址电位传感器信号提取方法。采用气液分离的方法在微流路内产生了体积约1μL的样品微滴,对比了光寻址电位传感器在方波激励与正弦波激励下检测微滴的I/V特性曲线,以及在相同条件下的I-f特性曲线。结果表明:采用自相关检测法,光寻址电位传感器具有53.8 mV/pH的灵敏度,其信噪比提高了7.020 6 dB。研究结果对于微型LAPS光电流信号高精度检测做出了有益探索,具有良好的应用前景。

关键词：光寻址电位传感器自相关检测微流控芯片微弱信号检测

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光寻址电位传感器及其应用

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传感器与微系统 2008年第6期27卷 12-14,17页

作者：门洪胡德建穆胜伟靳继勇王伟广东北电力大学自动化工程学院吉林吉林132012

光寻址电位传感器(LAPS)是一种基于半导体光电效应的化学传感器,在稳定性、重复性、灵敏度、准确性和响应速度等方面具有优良的性能。介绍了LAPS的基本原理和测量方法,阐述了LAPS在细胞传感器、图像传感器、金属离子敏感薄膜传感器、气... 详细信息

光寻址电位传感器(LAPS)是一种基于半导体光电效应的化学传感器,在稳定性、重复性、灵敏度、准确性和响应速度等方面具有优良的性能。介绍了LAPS的基本原理和测量方法,阐述了LAPS在细胞传感器、图像传感器、金属离子敏感薄膜传感器、气体传感器及生物医学领域中的应用,并对其存在问题和研究方向进行了总结和展望。

关键词：光寻址电位传感器硅细胞薄膜

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光寻址电位传感器系统及其光源控制电路的设计

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南开大学学报（自然科学版） 2011年第2期44卷 1-5页

作者：郭子瑜任立儒王涛聂利利田红丽贾芸芳邢克礼南开大学信息技术科学学院天津300071 天津医科大学生物医学工程系天津300070

设计了一个具有9个敏感单元的LAPS系统,并使用硬件描述语言(VHDL,Very-High-Speed IntegratedCircuit Hardware Description Language)实现对其的光源寻址与调制功能.与采用传统的基于中小规模集成电路器件作为光源控制电路的LAPS系统相... 详细信息

设计了一个具有9个敏感单元的LAPS系统,并使用硬件描述语言(VHDL,Very-High-Speed IntegratedCircuit Hardware Description Language)实现对其的光源寻址与调制功能.与采用传统的基于中小规模集成电路器件作为光源控制电路的LAPS系统相比,具有高可靠性、便于升级、低成本等特点,特别适用于单片集成化的LAPS系统.

关键词：光寻址电位传感器敏感单元光源控制电路仿真

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光寻址电位传感器信号的实时采集与数据管理——基于数据库和TeeChart的实时动态采集、显示和管理

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计算机工程与应用 2007年第32期43卷 92-94页

作者：贾芸芳牛文成南开大学信息技术科学学院微电子科学系天津300071

光寻址电位传感器(LAPS)是一种基于集成电路制造技术的传感器,在生物化学领域有着广泛的应用前景。使用专用图表控件和数据库技术为LAPS测控系统建立了数据采集与管理系统,实现了LAPS输出信号的实时采集与动态显示,并采用数据库的形式... 详细信息

光寻址电位传感器(LAPS)是一种基于集成电路制造技术的传感器,在生物化学领域有着广泛的应用前景。使用专用图表控件和数据库技术为LAPS测控系统建立了数据采集与管理系统,实现了LAPS输出信号的实时采集与动态显示,并采用数据库的形式对检测结果进行实时存储和历史查询,有助于进一步推进LAPS系统在应用领域的发展。

关键词：光寻址电位传感器实时数据采集实时动态显示数据库管理

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光寻址电位传感器关键技术研究

光寻址电位传感器关键技术研究

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作者：陈东西北工业大学

学位级别：博士

光寻址电位传感器(Light Addressable Potentiometric Sensor,LAPS)是一种基于半导体场效应原理的电位型电化学传感器,具有检测灵敏度高、电位稳定性好、响应速度快、与集成电路制造工艺兼容等优点,特别是它的“光可寻址阵列”特点使其... 详细信息

光寻址电位传感器(Light Addressable Potentiometric Sensor,LAPS)是一种基于半导体场效应原理的电位型电化学传感器,具有检测灵敏度高、电位稳定性好、响应速度快、与集成电路制造工艺兼容等优点,特别是它的“光可寻址阵列”特点使其在局部信号的测量中具有很大的优势和灵活性,可用于生物医学、环境监测、工农业生产、科学研究等多个领域,是半导体电化学传感器领域的研究热点之一。LAPS的关键技术指标包括空间分辨力、检测速度和检测精度等,本论文主要研究其中的检测精度问题。目前,由于LAPS受光面对入射光有较强的反射作用,使其光电转换效率较低;此外传感器和检测电路中存在的随机噪声,以及偏置电压和光照强度的波动,使LAPS输出信号的噪声较大;又由于衬底中光生载流子的侧向扩散使LAPS中存在信号串扰,这些都是影响LAPS检测性能的主要因素。论文瞄准提高检测精度这一关键技术问题,通过设计陷光结构衬底提高LAPS的光电转换效率,通过光源系统优化和噪声抑制算法提高LAPS的信噪比,采用网状工作电极结构减少信号串扰稳定输出信号,有效提高了LAPS的检测精度,改善了检测性能。本论文的主要创新性研究成果如下:(1)提出了LAPS的动态电路模型。LAPS的输出信号很微弱,存在信号漂移且夹杂有大量的随机噪声,严重影响到检测结果的可靠性,因此需要研究能够抑制信号漂移和随机噪声的信号处理算法。基于LAPS的等效电路模型,本文提出LAPS的动态电路模型,建立微分方程,求解得到LAPS输出信号的表达式。通过对表达式的分析,提出用于抑制LAPS噪声干扰的信号处理算法。处理算法包括频域分量均方根计算和卡尔曼滤波处理两部分,首先对输出信号在频域中的基波分量、二次谐波分量和三次谐波分量的均方根值进行计算,能够较好地解决LAPS信号的漂移问题;然后采用卡尔曼滤波的方法对归一化I-V特性曲线进行滤波处理,以消除混杂在输出信号中的随机噪声。研究表明,同传统的单纯抽取频域中基波分量的方法相比,采用新的信号处理算法后,信号漂移和随机噪声都得到了明显的抑制。(2)提出了一种新型的微盲孔阵列陷光结构衬底。研究表明减少衬底厚度能够有效增强LAPS输出信号,提高输出信号信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR),提高检测灵敏度,然而衬底的大面积减薄会带来衬底机械强度的显著降低,使器件变得容易破碎。本文根据陷光结构减少入射光能量损失的原理,提出一种具有陷光结构的新型衬底结构,通过增强衬底对入射光的吸收来提高LAPS的检测性能。陷光结构由LAPS衬底受光照区域构建的微米级盲孔阵列构成。当入射光照射到衬底时,在微盲孔阵列表面发生多重反射,增加了衬底对入射光的吸收,增强了光电转换效率,减少了由于入射光的直接反射而造成的能量损失。研究结果显示,在衬受光照面构建微盲孔阵列形态的陷光结构能够增强LAPS输出信号的幅值,对检测灵敏度、线性度、信噪比都有改善作用,同时使器件在封装和测量过程中仍然保持良好的机械强度。(3)提出了一种新型网格状工作电极结构。LAPS阵列检测传感器各检测点之间存在比较严重的信号串扰(Cross talk)问题,它影响到检测信号的稳定性、可靠性、以及化学成像的空间分辨力。研究表明光生载流子在衬底中的侧向扩散是串扰产生的最主要原因,因而需要寻找能够抑制光生载流子侧向扩散的有效方法。针对这个问题,本文设计了一种环绕各检测点的网格状结构的工作电极。通过积累在金属薄膜工作电极和硅衬底界面区域的大量多数载流子抑制光生载流子在衬底中的侧向扩散,使光生载流子的扩散更加集中于垂直方向,从而能够减少检测点间信号的相互串扰。研究结果表明,网状工作电极结构能够有效抑制信号串扰,稳定输出信号。(4)提出了一种基于面积计算的LAPS信号测量方法。LAPS的传统测量方法受噪声影响寻找工作点位置困难,致使检测性能不够稳定。针对这个问题,本文提出了基于面积计算的测量方法。该方法是对归一化I-V特性曲线与水平坐标轴之间所夹区域的面积进行计算,通过被测物质的化学量与所夹面积的关系,来确定当前的检测结果。实验中采用这种测量方法对电解溶液的pH值进行了检测,结果表明检测灵敏度和线性度均较高,而且不随偏置电压步进值长度的变化而变化。由于该方法不需要对工作点进行定位,且对偏置电压步进值长度不敏感,因而能够加快检测进度,是一种运算简便、检测性能稳定的LAPS测量方法。通过上述研究解决了LAPS的光电转换效率低、噪声干扰大和信号串扰的问题,研制了基于高精度数据采集卡的LAPS传感系统样机,检测结果显示LAPS的光电转换效率和信噪比明显提高,信号串扰得到有效抑制。本文的研究对提高LAPS检测精度、增强检测性能、拓展其应用范围具有重要意义。

关键词：光寻址电位传感器检测精度等效电路模型陷光结构网状工作电极信号处理

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基于PVC薄膜的汞离子光寻址电位传感器

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浙江大学学报（工学版） 2010年第6期44卷 1231-1236页

作者：李毅张舟娜蔡巍高小明王平浙江大学生物传感器国家专业实验室生物医学工程系浙江杭州310027

通过不同浓度溶液的试验,对一种新型聚氯乙稀(PVC)薄膜汞离子敏感光寻址电位传感器进行了研究,PVC薄膜中的敏感物为5-amino-1,3,4-thiadiazole-2-thiol.采用硅烷化反应对光寻址电位传感器进行表面修饰,硅烷化前后的器件对单位pH(氢离子... 详细信息

通过不同浓度溶液的试验,对一种新型聚氯乙稀(PVC)薄膜汞离子敏感光寻址电位传感器进行了研究,PVC薄膜中的敏感物为5-amino-1,3,4-thiadiazole-2-thiol.采用硅烷化反应对光寻址电位传感器进行表面修饰,硅烷化前后的器件对单位pH(氢离子)的灵敏度分别为每67.299mV和4.9996mV,线性相关系数分别为0.9831和***膜成聚后,该传感器对汞离子有选择性的电位响应特性,显示了良好的重复性和稳定性,单位pHg(汞离子)的灵敏度为15.381mV,线性相关系数为0.9629,对其他离子的抑制比大于4.实验得到的检出下限为1.57μg/L,响应时间为2～4s,适用pH范围为3～6.

关键词：汞离子传感器中性载流子敏感膜光寻址电位传感器

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结构优化的光寻址电位传感器研究进展

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光学精密工程 2022年第16期30卷 1924-1942页

作者：檀杰刘诗斌罗杰璋陈颖豪杜永乾西北工业大学电子信息学院陕西西安710072

光寻址电位传感器(Light Addressable Potentiometric Sensor,LAPS)作为一种电位型半导体场效应传感器,具有灵敏度高、成本低、制备简单等优点,已经发展为无标记生化物质检测和二维生化物质浓度分布可视化分析的重要工具。由于绝缘层中... 详细信息

光寻址电位传感器(Light Addressable Potentiometric Sensor,LAPS)作为一种电位型半导体场效应传感器,具有灵敏度高、成本低、制备简单等优点,已经发展为无标记生化物质检测和二维生化物质浓度分布可视化分析的重要工具。由于绝缘层中存在陷阱电荷、半导体层光电转换效率低以及系统存在噪声干扰、检测信号串扰等的影响,LAPS的灵敏度、线性度、空间分辨率和测量速度受限制。因此,在结构层面对LAPS进行优化有助于提升检测性能。本文首先介绍了LAPS的原理包括传感器的结构与工作原理,基于LAPS的测量系统以及LAPS的测量模式,进而分析了对LAPS进行结构层面优化所取得的进展及其相关应用,最后总结了提高LAPS检测性能的结构优化要点并对未来研究的突破点和关键点进行了展望。

关键词：光寻址电位传感器无标记二维浓度分布可视化结构优化

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