基于激光诱导荧光检测的小型底栖生物标本自动分离系统研制

论文摘要

小型底栖生物研究对深海生态学研究和深海环境监测有十分重要的意义。从海底沉积物样品中分离小型底栖生物是对小型底栖生物定量研究过程中一个很关键的基本步骤。由于小型底栖生物的大小、比重等物理特性与沉积物颗粒接近,如何高精度地分离样品成为一个难题。现有的从样品中分离小型底栖生物的方法大多是人工分离,极为耗时耗力。 论文分析了目前国内外所使用的小型底栖生物分离方法现状,并以此为基础,自主开发了一套基于激光诱导荧光技术,并且集荧光化学技术、电子物理技术、光电测量技术、计算机技术及机械技术为一体的小型底栖生物标本自动分离系统,实现了从沉积物样品中自动分离小型底栖生物标本,从而大幅度提高室内小型底栖生物分样的工作效率和精度的目的,并以此完成了大洋协会“十五”攻关项目:“小型底栖生物标本自动分离系统研制”。多次实验表明,我们所设计完成的这套小型底栖生物标本自动分离系统达到了设计要求,是目前在国内外具有领先水平的一套分离系统。 全文共分为七章。 第一章阐述了论文研究意义以及目前国内外小型底栖生物标本自动分离系统以及相关领域的研究现状,分析了几种现有的小型底栖生物标本分离方法,并比较了其优缺点,进而提出了一种基于LIF-D的全新分离方法思想,并介绍了目前国内外LIF-D关键技术的发展情况。 第二章介绍了小型底栖生物标本自动分离系统的总体设计方案,包括光路和电路系统,以及各个关键器件的选型,并且比较了各种实施方法的优缺点。 第三、四章详细介绍了小型底栖生物标本自动分离系统的电子线路设计方案以及相应的检测、控制和通讯模块的软件设计。 第五章详细的分析了该系统内部和外部可能产生的噪声及其来源,以及噪声对系统所产生的影响,并给出了解决该问题的信号处理策略。 第六章给出了该系统在正式测试中的结果以及数据分析。 第七章为全文进行了总结以及未来工作的展望,给出了论文的研究成果,指出了进一步研究的方向。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景和意义
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.2 论文研究目标和内容
• 1.3 国内外相关关键技术情况
• 1.3.1 生物发光的原理和分类
• 1.3.2 激光诱导荧光技术
• 1.4 本章小结
• 第二章 仪器原理及结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统组成
• 2.3 器件的选型
• 2.3.1 半导体绿光激光器
• 2.3.2 MCU和 DSP
• 2.3.3 PMT和 PO
• 2.3.4 精密干涉滤光片
• 2.4 传感器性能和参数
• 2.5 CPU（C8051F040）整体结构和功能
• 2.6 本章小结
• 第三章 电子线路设计
• 3.1 引言
• 3.2 硬件整体设计
• 3.3 信号前置放大电路设计
• 3.4 信号采集电路设计
• 3.5 CAN通讯电路设计
• 3.6 RS232通讯电路设计
• 3.7 93LC46电路设计
• 3.8 搅拌器驱动电路设计
• 3.9 机械驱动电路设计
• 3.10 本章小结
• 第四章 信号采集和通讯模块设计
• 4.1 引言
• 4.2 单片机主程序流程
• 4.3 信号采集程序设计
• 4.4 通讯模块设计
• 4.4.1 CAN总线通讯
• 4.4.2 RS232通讯模块程序设计
• 4.4.3 通讯协议设计
• 4.5 93LC46软件设计
• 4.6 上位机软件
• 4.6.1 功能介绍
• 4.6.2 性能需求
• 4.6.3 概要设计
• 4.6.4 编程实现
• 4.7 本章小结
• 第五章 信号处理
• 5.1 引言
• 5.2 光电检测电路的噪声
• 5.2.1 传感器模块输出噪声分析
• 5.2.2 同相放大器的噪声分析
• 5.3 信号检测原理
• 5.4 基于单片机的数字滤波方法
• 5.5 自动分离系统采样数据的滤波算法
• 5.6 本章小结
• 第六章 实验结果与分析
• 6.1 分离精度检验
• 6.2 样品实测
• 6.3 分离系统主要技术指标
• 第七章 结论和总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 硕士期间参与项目及发表论文
• 附录2 小型底栖生物标本自动分离系统实物照片