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1、电子信息技术及仪器基本概念及论文一、基本概念1. 传感器1.1传感器基本概念1.1.1传感器定义 传感器是一种把特定的被测量信息量按照一定的规律转换成为可用信号输出的器件或装置。1.1.2被测量的量 可被传感器测量的量包括物理量、化学量、生物量等等。1.1.3可用信号传感器的可用信号为便于处理和传输的非噪声信号，例如电信号，光信号等。1.2传感器的构成1.2.1敏感元件敏感元件又称“转换元件“或”变换元件“，可以感受被测量的变化并输出相对应的电信号。1.2.2转换电路转换电路又称“信号调理电路“或”测量电路“，可以把敏感元件输出的电信号变换成便于记录、显示、处理和控制的可用信号的电路。转换电路
2、包括电桥、放大器、振荡器、阻抗变换器等。1.3传感器的分类传感器的分类依据有很多。按照对电源的需要可分为无源传感器和有源传感器；按照工作方式可分为偏转传感器和零示传感器；按照用途可分为温度传感器、压力传感器、位移传感器等等；按照转换原理可分为电阻式传感器、电容式传感器、热电式传感器、压电式传感器等等。1.4新型传感器 新型传感器有辐射探测器、图像传感器、光纤传感器、超声波传感器、化学传感器、生物传感器、超声测距传感器等。2. 频谱分析2.1频谱分析概念利用傅里叶变换的方法将信号源发出的信号强度按频率顺序展开，使其成为频率的函数，进而在频率域中对信号进行研究和处理的一种过程，称为频谱分析。2.2
3、频谱分析的目的将信号在时间域中的波形转变为频率域的频谱，进而可以对信号的信息作定量解释。2.3频谱分析的方法由时间函数求频谱函数的傅里叶变换公式就是将该时间函数乘以以频率为系数的指数函数之后，在从负无限大到正无限大的整个区间内，对时间进行积分，这样就得到了与这个时间函数对应的，以频率为自变量的频谱函数。频谱函数是信号的频域表示方式。3. 负反馈控制3.1负反馈概念反馈是指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程。反馈可分为负反馈和正反馈。负反馈是指反馈信息与控制信息的作用性质相反的反馈，即将输入量-反馈量返回给控制器，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定。对
4、负反馈的研究是控制论的核心问题。3.2负反馈的作用 负反馈主要是通过输入、输出之间的差值作用于控制系统的其他 部分。这个差值就反映了要求的输出和实际的输出之间的差别。控制器的控制策略是不停减小这个差值，以使 差值变小。负反馈形成的系统，控制精度高，系统运行稳定。4. 嵌入式系统4.1嵌入式系统概念嵌入式系统是以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适应应用系统对功能、成本、体积、可靠性严格要求的计算机系统。嵌入式系统由算法、软件、硬件三部分构成。它的三个基本要素包括：嵌入性、专用性和计算机系统。嵌入式系统具有系统内核小，专用性强，系统精简，高实时性等特点。4.2嵌入式系统应用领域 嵌入式
5、系统具有非常广阔的应用前景，其应用领域主要包括工业控制，交通管理，信息家电，家庭智能管理系统，国防航天等。5. EDA设计5.1EDA概念EDA即电子设计自动化。EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。EDA技术以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。5.2EDA设计的应用 EDA技术应用广泛，在电子、航空航天、机械、通信、生物、医学、军事等各个领域，都
6、有EDA的应用。5.3EDA设计的方法 简单来说，设计时首先进行前端设计，接着建立系统的数学模型，然后描述系统的行为或各子模块之间的数据流图，然后进行逻辑设计，最后进行功能仿真和时序仿真来验证系统功能的正确性和时序特性。6. FPGA设计6.1FPGA基本概念 FPGA是现场可编程逻辑门阵列的缩写，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。6.2FPGA设计的特点 采用FPGA设计专用集成电路，用户不需要投片生产就能得到合用的芯片；FPGA内部有丰富的
7、触发器和I/O引脚；FPGA是专用集成电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。6.3FPGA的应用 FPGA设计可以应用于电路设计中，连接逻辑，控制逻辑是FPGA早期发挥作用比较大的领域，也是FPGA应用的基石；FPGA在产品设计中可以把相对成熟的技术应用到某些特定领域如通讯，视频，信息处理等等开发出满足行业需要并能被行业客户接受的产品。FPGA还可与传统的计算机技术结合，实现一种FPGA版的计算机系统，这就是FPGA的系统级应用；近几年利用FPGA设计的芯片不仅运算速度更快，而且能耗更低，更加环保。二、论文（综述类）流式细胞仪综述1. 引言1.1流式细胞仪简介流式细胞仪是一种广
8、泛应用于医学及生命科学的仪器。它是集激光技术、电子物理技术、光电测量技术、计算机技术以及细胞荧光化学技术和单克隆抗体技术为一体的新型高科技仪器，是在单个细胞分析基础上发展起来的对细胞物理或化学性质进行快速测量并分类收集的高精密仪器。它的功能主要是对处于快速流动状态的细胞进行自动分析和分选，具有速度快、精度高、准确性好的特点。以流式细胞技术为依托，流式细胞仪现在被广泛地应用于免疫学、生物化学、生物学、肿瘤学以及血液学等方面的研究和临床常规工作。1.2流式细胞术简介流式细胞术（Flow Cytometry ,FCM）是对处在测量液体中细胞或其他生物微粒逐个进行多种物理学或生物学特征快速定量分析和分
9、选的一种技术。这种技术可以在不破坏细胞结构的情况下对单个细胞进行分子水平的各种指标的测量，具有测量速度快、可进行多参数测量、结合了细胞分析技术和细胞分选技术等优势。这种技术的发明是分子生物学、计算机科学、流体力学及激光技术的共同结晶。流式细胞技术现在广泛地应用在生物学、病理学、临床医学等领域。2.流式细胞仪的结构组成及作用流式细胞仪主要由五部分组成，分别为流动室和液流系统、激光源和光束形成系统、光学系统、信号处理及放大系统、细胞分选系统。2.1流动室和液流系统流动室由样品管、鞘液管和喷嘴等组成，常用光学玻璃、石英等透明、稳定的材料制作。，是液流系统的心脏。样品管贮放样品；鞘液由鞘液管从四周流向
10、喷孔，包围在样品外周后从喷嘴射出。由于鞘液的作用，被检测细胞被限制在液流的轴线上。流动室上装有压电晶体，受到振荡信号可发生振动。当单个细胞悬液在液流压力作用下从样品管射出时，与激光垂直相交并进行检测。2.2激光源和光束形成系统荧光信号是流式细胞仪的主要测定信号，它由激光激发，其信号强弱与激发光的照射时间和强度有关。这里的激光光源是一种相干光源-提供某一特定波长、高强度、高稳定性的光照。当已结合具有特异性的单克隆抗体的细胞被激光照射后会产生散射并发出荧光。2.3光学系统流式细胞仪的光学系统，它由透镜、小孔、滤光片组成。流动室前的光学系统由透镜和小孔组成，它们的主要作用是将激光光源发出的横截面为圆
11、形的激光光束聚焦成横截面较小的椭圆形激光光束。这样才能使通过激光检测区的细胞所受的光照强度保持一致，减少其他自然光的干扰。流动室后的光学系统主要由多组滤光片组成，滤光片的主要作用是将不同波长的荧光信号传递到不同的光电倍增管中。滤光片主要有三类：长通滤片、短通滤片和带通滤片。2.4信号处理及放大系统经荧光染色的细胞受合适的光激发后所产生的荧光是通过光电转换器转变成电信号进行测量的。最为常用的就是光电倍增管。光电倍增管的响应时间短，光谱响应特性好，因此对弱光测量十分有利。安装位置不同的光电倍增管，因为光谱响应特性不同，不宜互换。从光电倍增管输出的电信号仍然较弱，需要经过放大后才能输入分析仪器。流式
12、细胞计中一般备有两类放大器。一类是输出信号辐度与输入信号成线性关系，称为线性放大器。另一类是对数放大器，输出信号和输入信号之间成常用对数关系。在免疫学测量中常使用对数放大器。2.5细胞分选系统 细胞流动室上装有超声压电晶体，通电后超声压电晶体发生高频振动并带动细胞流动室高频振动，使细胞流动室喷嘴流出的液体呈一连串均匀的液滴。每个液滴中包含一个样品细胞，若样品细胞符合预定要求则其通过高压静电场时会发生偏转从而被收集在指定容器中，若样品细胞不符合要求则液滴直接进入废液收集器中，由此实现了细胞的分选。3.流式细胞仪工作原理简述3.1细胞分析原理流式细胞仪检测的对象为单细胞或微粒的信号。将待测的细胞或
13、微粒利用荧光染色后制成悬液标本。用一定的气体压力将待测样品压入流动室，将不含细胞和微粒的缓冲液（即鞘液）在高压下从鞘液管喷出，鞘液管入口方向与待测细胞或微粒流成一定角度。使鞘液绕着细胞或微粒高速流动，形成一个圆形的流束（鞘流），待测细胞在鞘流的包裹下呈单行排列，依次通过流式细胞仪的检测区域。流式细胞仪通过激光光源发射激光，经过透镜聚焦后垂直照射在样品流上，被荧光染色的细胞或微粒在激光照射下产生散射光和激发荧光。这两种光信号经过滤光片的分离后后产生许多不同波长的荧光信号，被光电倍增管接收后被转换为电信号。这些电信号经过计算机系统的处理、分析后就成为了最终的各项参数及分析结果。3.2细胞分选原理
14、流式细胞仪通过分离含有单细胞的液滴实现细胞分选。在流式细胞仪的流动室喷口上装有一个超高频的压电晶体，通电后高频振动，使流动室喷嘴流出的液体断裂为均匀的液滴，并且每个液滴中包含一个待测细胞或微粒。这些小液滴被加上了不同的电荷，当液滴流经高压偏转电场时发生偏转，从而落入预先设定的收集容器中，而没有加电荷的液滴则不发生偏转，落入中间的废液收集器中，由此实现了细胞的分选。4.流式细胞术的发展历程流式细胞术的发展起源于对细胞计数自动化的研究，而早在1930 年,两位科学家Casperrsson 和Thorell 就开始致力于研究细胞的计数了。1934年，Moldavan首次提出了使悬浮的单个血红细胞等流
15、过玻璃毛细管，在亮视野下用显微镜进行计数，并用光电记录装置计测的设想并付诸实践。这个实验被人们看做是进行流式细胞分析的第一次尝试。在此之前，人们还习惯于测量静止的细胞，因为要使单个细胞顺次流过狭窄管道容易造成较大的细胞和细胞团块的阻塞。因此实验中Moldavan遇到了很多类似的难以解决的问题。1936 年,Caspersson 等人将显微光度术引入细胞技术中。1940 年,Coons 提出用结合荧光素的抗体去标记细胞内的特定蛋白，为流式细胞仪的发明提供了一个新的技术。1947 年,Guclcer第一次 运用层流和湍流原理（鞘流原理）研制烟雾微粒的计数，这是细胞及微粒计数方法的一个飞跃。1949年，Coulter申请了一项名为“流动的悬浮粒子计数”的专利其基本原理是将一个微孔两侧充满电解液，通电后会有电流从微孔中流过。在压力系统控制下当细胞或微粒通过微孔时，由于细胞的电阻与电解液相差很大，由此可以检测出微孔两侧电压变化的脉冲。这就是著名的Coulter原理，1956年Coulter依据这一原理发明了血细胞计数器。现在大多数血细胞技术仪都是基于这一原理的。 1953 年,CroslanndTaylor 应用分层鞘流原理,成功地设计了一种鞘流系统，结合光电技术对红细胞进行光学自动计数。他将待测细胞悬液缓慢注入一个快速流动的液流中，使该液流包围细胞悬液形成鞘流，这样就可以用
