基于FPGA的高精度光子计数检测系统研究.pdf

20 传感器与微系统 (TransducerandMicrosystemTechnologies) 2011年 第30卷 第2期 基于 FPGA的高精度光子计数检测系统研究 王蜜霞 ，刘军涛 ，刘儒平 ，刘晓红 ，蔡新霞 (1．中国科学院 电子学研究所 传感技术联合国家重点实验室，北京 100190； 2．中国科学院研究生院。北京 100039) 摘 要：为了实现微弱光信号的高精度检测，设计了一种基于现场可编程 门阵列 (FPGA)的光子计数检测 系统。采用高灵敏度的光 电倍增管作为光电转换器件，有效地实现微弱光信号的获取与处理。基于FP— GA，设计了时序控制模块 、光子计数模块、串口通信模块、存储模块和键盘扫描控制模块，完成信号的处理 与存储。使用该系统对三磷酸腺苷 (ATP)样品进行生物发光测试，在 ATP浓度为 2．5X10 2．5× 10 mol／L范围内，系统检测光强与ATP浓度之间线性关系 良好 ，相关系数R=0．9832；对碱性磷酸酶 (ALP)化学发光体系进行测试，在ALP浓度为2．5X10 一5×10 moL／L范围内，系统检测光强与AIJP 浓度之间线性关系良好，相关系数R=0．9982。该检测系统小型便携，检测精度高，在低浓度生物活性物 质检测领域具有广阔的应用前景。 关键词：光子计数；现场可编程门阵列；生物传感器；生物发光；化学发光 中图分类号：TP394．1；TH691．9 文献标识码 ：A 文章编号：1000-9787(2011)02--0020-03 Developmentofaphoton—countingdetectingsystem with highpreci。sio‘n bbaasseedd on FPGAA WANGMi—xia，，LIUJun．tao，LIURu—ping’，LIUXiao—hong，，CAIXin—xia，。 (1．StateKeyLaboratoryofTransducerTechnology，InstituteofElectronics，ChineseAcademyof Sciences，Beijing100190，China；2．GraduateSchool，ChineseAcademyofSciences，Beijing100039，China) Abstract：Inordertomeasureweakopticalsignal，aphoton—countingdetectingsystem basedonFPGA isdesigned andconstructed．Ahighsensitivityphotomultipliertube(PMT)isusedtoobtaintheopticalsinga1．Thesystem consistsoftimeschedulingcontrolmodule，photon—countingmodule，serialcommunicationmodule，memorymodule andkey·scanningcontrolmodule．Adenosinetriphosphate(ATP)sampleswithconcentrationof2．5×10～4~2．5X 10一 mol／LaremeasuredandthecorrelationcoefficientbetweenATPconcentrationandlightintensityis0．9832． AlkalinephosphatasefALP)sampleswithconcentrationof2．5x10 ～5×10一。mol／Lismeasuredandthe correlationcoefficientbetweenALPconcentrationandlightintensityis0．9982．Thesystem hasthecharacteristics o