学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

生物光盘系统理论建模与参数分析

作　者: 王琳
导　师: 冯莹；魏立安
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 生物光盘 理论建模 参数分析 波像差 循轨信号
分类号: TP333.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 2次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


生化物质的检测是现代社会进行环境防护、食品监测以及战场生存中的一个核心问题。传统的检测方法虽然可以对生化物质进行精确的检测,但昂贵的检测设备以及过长的分析检测时间限制了其应用的广泛性。因此研制快速、经济、高灵敏度以及操作简便的生物检测设备对国计民生具有重要意义。生物光盘传感器是依据光学干涉检测原理,以生物配体和受体间的特异性结合为基础的生物分子检测系统。它借鉴了数字光盘的基本原理和免标记生物传感器的传感原理,具备多种检测物质的高密度阵列传感和数据快速读取的能力。本文围绕生物光盘实验系统的设计,建立了生物光盘系统理论分析模型,对系统输出信号及循轨信号进行理论研究。本文的工作主要体现在以下几个方面:首先,论文以Hopkins的光盘标量衍射理论为基础,建立了生物光盘系统的理论分析模型,推导出了系统输出信号的解析表达式及其边界条件,在此基础上利用MATLAB软件进行了程序编写。然后,根据所建立的理论模型,通过数值模拟分析了理想条件下生物光盘的光学系统参数(数值孔径NA、高斯参数σ)和传感单元参数(形状及尺寸)对传感系统性能的影响。分析结果表明,为获得较高的传感灵敏度,理想条件下聚焦光斑直径与矩形传感单元最佳长、宽需满足1:0.5665的匹配关系。选取数值孔径NA=0.07,高斯参数σ最佳取值为0.7,此时矩形传感单元最佳尺寸为4.3μm×4.3μm,轨道长、宽为16μm。由于生物光盘是通过检测输出光功率最小值P0的变化来检测传感单元高度的变化,因此本文给出了理想条件下输出光功率最小值P0与传感单元高度的线性关系。最后,数值分析了高斯参数、盘片反射率、光学系统的波像差、轨道偏离量对系统传感灵敏度的影响。研究结果表明:选取高斯参数的最佳值,合理地增大入射光功率,提高盘片反射率及其均匀度,选取合适的物镜参数,提高光路的装调精度,限制盘片的安装范围都可以有效地改善系统的传感灵敏度。根据轨道偏离量对输出信号的影响,给出了伺服系统的循轨信号的提取方法,同时分析了高斯参数、盘片反射率、球差等因素对伺服系统的循轨灵敏度的影响。从现有的实验条件出发估算了系统所能达到的传感灵敏度。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 课题研究背景与意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
  1.3 论文主要工作及组成部分  16-18
第二章 生物光盘系统理论建模  18-37
  2.1 光盘标量衍射理论  18-19
  2.2 生物光盘理论模型  19-29
    2.2.1 光盘标量衍射理论建模  20-25
    2.2.2 波像差  25
    2.2.3 传感单元的表示  25-29
    2.2.4 探测器各象限的输出信号  29
  2.3 模拟仿真程序的编写  29-36
    2.3.1 光功率表达式求和范围的确定  29-32
    2.3.2 程序流程图  32-34
    2.3.3 参数验证  34-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 生物光盘系统参数设计  37-73
  3.1 盘面光斑分析  37-40
  3.2 传感单元最佳尺寸的选取与分析  40-47
    3.2.1 传感单元尺寸小于光斑直径  41-42
    3.2.2 传感单元径向尺寸大于光斑直径  42-43
    3.2.3 传感单元尺寸大于光斑直径  43-44
    3.2.4 轨道长、宽对输出光功率的影响  44-46
    3.2.5 三种情况的分析比较  46-47
  3.3 传感单元高度的变化对输出光功率的影响  47-49
  3.4 系统灵敏度的影响因素分析  49-64
    3.4.1 高斯参数对系统灵敏度的影响  50-51
    3.4.2 盘片反射率对系统灵敏度的影响  51-53
    3.4.3 生物膜折射率的影响  53-54
    3.4.4 波像差对系统灵敏度的影响  54-62
    3.4.5 轨道偏离量的影响  62-64
  3.5 循轨信号分析  64-70
    3.5.1 输出信号I_1+I_3 与I_2+I_4 的分析  65-66
    3.5.2 输出信号I_1+I_2 与I_3+I_4 的分析  66-67
    3.5.3 循轨灵敏度的影响因素分析  67-70
  3.6 系统灵敏度的理论估算  70-72
  3.7 本章小结  72-73
第四章 总结  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
作者攻读硕士学位期间取得的学术成果  79

相似论文

  1. 用于波像差检测的二元光栅掩模标记优化方法研究,TN305.7
  2. 基于交叉传递函数的畸变空间像计算方法研究,TP391.41
  3. 一种新型软钢阻尼器的研制及其在结构减震控制中的应用,TU352.1
  4. 大跨径斜拉桥合理状态确定与性能研究,U448.27
  5. 波形钢腹板PC组合弯箱梁桥力学性能研究,U448.213
  6. 三塔自锚式悬索—斜拉协作体系桥计算方法研究,U448.25
  7. 混合设计高性能钢梁抗弯强度与延性研究,U448.36
  8. 圆钢管混凝土—钢管K形节点的力学性能研究,TU398.9
  9. 应用Rothermel模型的林火蔓延可视化研究,S762
  10. 人工鱼群算法的改进及应用研究,TP301.6
  11. 影响中国城市工业减排因素的半参数分析,F424;F205
  12. 中国省会城市经济增长的收敛性,F299.2
  13. 圆管形共箱封闭母线的研究,TM645
  14. 张弦梁结构人行桥的施工全过程数值模拟及参数分析,U441
  15. 太阳能镜面传动装置的优化设计及三维模型的建立,TH132.44
  16. 生物光盘传感器理论分析及初步实验研究,TP212.14
  17. 镀层金属薄板变形声发射特征研究,TG115.28
  18. PEC柱抗火性能及设计方法研究,TU398.9
  19. 钢板—混凝土组合梁受力性能研究,TU398.9
  20. 异形拱桥拱圈参数与局部应力分析,U441.5
  21. 大跨度混合梁斜拉桥静力稳定性研究,U441

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 存贮器 > 光存贮器及其驱动器
© 2012 www.xueweilunwen.com