荧光法溶氧仪的微弱信号检测关键技术研究

• 作 者: 张真真
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 荧光法溶氧仪 信号检测 相移法 自适应LMS滤波

本文以“荧光法在线溶氧仪”为研究对象，针对项目中涉及到的微弱荧光信号的检测关键技术展开了一系列的研究。在任何一个系统中，都无法避免噪声的干扰，而当干扰信号十分强大而有用信号十分微弱时，如何把有用信号从强大的噪声信号中很好的提取出来就成为了整个系统研究的关键环节，本文具体内容如下:　　在硬件电路上，改进设计了LED驱动电路、光电检测电路、前置放大电路和滤波电路。第一，改进了LED驱动电路，为了更好的控制激发光信号以及参考信号，在LED驱动电路中加入了开关控制电路部分，从而避免了蓝光信号和参考红光信号互相干扰，影响后续荧光信号的检测。第二，设计了低噪声的光电检测电路和前置放大电路，分析了光电信号检测的原理，选用了低噪声器件。第三，设计了一个二阶带通滤波器，根据荧光信号的频率为4KHz，通过设计带通滤波器的上限截止频率和下限截止频率，很好的滤除掉噪声干扰部分。第四，对PIN管和运算放大器进行了噪声分析，分别利用光电二极管和运算放大器的等效电路对光电检测电路、前置放大电路中的噪声进行了深入的研究。　　在软件算法方面，提出了正弦信号产生算法、自适应LMS滤波、互相关检测和相位差算法。第一，从激发正弦信号的产生方式，分别阐述了查表法和数字振荡法，分析了两种方法的优缺点，最终选定了查表法产生正弦信号。第二，应用自适应LMS滤波算法对接收到的数字荧光信号和参考红光信号分别进行了处理，对自适应LMS滤波算法的滤波过程进行了推导，对其滤波效果以及影响滤波效果的因素进行了分析。第三，将滤波过后的数字信号继续进行相关检测法进行处理，介绍了自相关检测和互相关检测的原理以及检测的结果，通过比较发现自相关无法检测相位的值，因此选定了互相关检测法。第四，提出了荧光信号相位差的算法，选取了三种相位差算法:最小二乘法、DFT法、相关法，通过比较三种方法在不同的采样点数、采样频率下的测量结果，分析了各自的优缺点，最终选择DFT法对相位差进行检测。