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谐振式微悬臂梁生化传感器具有体积小、易集成、灵敏度高等优点,在生化痕量检测领域具有广阔应用前景。本论文主要针对实验室自制的谐振式微悬臂梁生化传感器,研究和设计了其闭环接口电路,将接口电路与传感器组成闭环自激振荡系统,从而使传感器能够实现快速、自动的生化检测。
本论文首先给出了谐振式微悬臂梁传感器相关的基本理论。由基本理论分析得知,当谐振式微悬臂梁通过特异性反应吸附待测生化物质时,由于等效质量增加使得谐振频率降低,通过测量其谐振频率变化就可以分析待测物的含量或浓度。
所设计的闭环接口电路由两部分构成,分别为前级处理电路和锁相环控制电路。前级处理电路主要完成信号的放大、滤波、移相和波形整形功能。将锁相环作为反馈回路,在回路中利用回执信号,将输出端的信号频率及相位,锁定在输入端参考频率及相位上。两者结合来满足闭环接口电路自激振荡所需的条件,从而实现传感器的自驱动与自检测。针对以往采用混合锁相环作为反馈回路时锁定范围受限、关键参数易受环境影响、系统各功能不易集成等诸多缺点,设计了基于FPGA的数字锁相环。以该数字锁相环为核心的接口电路系统,能自动扫频快速寻找谐振点并精确锁定,且扫频参数、锁相参数均可调节,为接口电路的智能化发展奠定了基础。
最后利用本文设计的接口电路来测试传感器。结果表明,接口电路能很好的自动扫频寻找谐振点并完成锁定。锁定状态下,谐振频率的分辨率可达0.01Hz。