基于LabVIEW的表面等离子体共振传感器的设计与实现

论文摘要

表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）检测技术，是一种无需分离纯化、无需标记即可确定反应物种类和浓度，实时监测分子间相互作用的检测技术。由于具有灵敏度高、样品无需标记、所需试样少以及快速检测等特点，SPR传感器被广泛应用于环境监测、药物筛选和食品安全等领域，但目前这类仪器大多价格昂贵、操作复杂，因此研制一种廉价的小型化的SPR传感器具有非常重要的意义。在查阅大量文献资料并分析表面等离子体共振检测技术的背景、原理以及发展趋势的基础上，本论文详细介绍了一种基于表面等离子体共振效应的SPR传感器系统的研制。该系统采用虚拟仪器的结构形式，由硬件部分和软件部分构成。硬件部分采用半导体激光器为光源，偏振片为分光元件，精密位移台角度调节装置，线阵电荷耦合器件为检测器，共振角为检测信号，同时编写了SPR传感器的控制软件，包括负责控制硬件的固件程序，负责存储和处理数据并具有友好的操作界面的应用软件程序，最终得以通过计算机控制仪器的运行，实时监测表面等离子体共振光谱的变化。系统应用实验部分测定了SPR传感器的稳定性和重现性，运用设计的实验系统进行了葡萄糖溶液浓度的检测。实验结果表明系统的稳定性较好，具有较高的检测分辨率，可以满足SPR检测的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 SPR 传感器概述
• 1.2 SPR 传感器的研究特点
• 1.3 SPR 传感器发展历程、国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 SPR 传感器发展历程
• 1.3.2 SPR 传感器国内外研究现状
• 1.3.3 SPR 传感器发展趋势
• 1.4 研究目的和内容
• 第二章 SPR传感器工作原理
• 2.1 光波的基本性质
• 2.1.1 光的传播
• 2.1.2 光的偏振
• 2.1.3 光的反射和折射
• 2.1.4 光的全内反射
• 2.1.5 衰减全反射
• 2.2 表面等离子体共振原理
• 2.2.1 等离子体的概念
• 2.2.2 表面等离子体
• 2.2.3 表面等离子体的色散
• 2.2.4 表面等离子体子共振
• 2.3 SPR 传感器的分类
• 2.3.1 角度调制型
• 2.3.2 波长调制型
• 2.3.3 强度调制型
• 2.4 SPR 传感器的结构和组成
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 光路系统设计
• 3.1.1 光源
• 3.1.2 偏振片和聚焦透镜
• 3.1.3 棱镜
• 3.1.4 SPR 芯片
• 3.1.5 Kretschmann 棱镜
• 3.2 进样系统
• 3.2.1 蠕动泵
• 3.2.2 进样池
• 3.2.3 固定进样池
• 3.3 角度扫描系统
• 3.3.1 精密位移台
• 3.3.2 核心处理器
• 3.3.3 电源模块
• 3.3.4 电机驱动器
• 3.3.5 串口通讯电路
• 3.4 图像采集系统
• 3.5 小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 单片机软件设计
• 4.2 信号采集与处理控制软件设计
• 4.2.1 虚拟仪器技术
• 4.2.2 总体设计
• 4.2.3 程序结构设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统应用试验
• 5.1 预备实验
• 5.1.1 SPR 传感器的响应特性
• 5.1.2 SPR 传感器的稳定性测试
• 5.2 SPR 传感器用于葡萄糖的测定
• 5.2.1 实验原理
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 实验数据及处理
• 5.3 系统性能分析讨论
• 5.3.1 系统分辨率
• 5.3.2 误差分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 论文改进与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢