CN117288694B - 一种多光源列阵式微流控检测方法 - Google Patents

一种多光源列阵式微流控检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种多光源列阵式微流控检测方法，包括以下步骤：通过4路平行光发射器照射检测区的4块独立区域；通过光电二极管作为4路接收器，与4路平行光发射器对应安装；触发4路平行光发射器，控制触发时间和保持时间，通过接收器存储信号图谱数据；计算4块独立区域每两块之间的相关系数，通过相关系数结合信号图谱数据，求解出最优信号值。通过设计一种同步发射4路波长相同平行光源，照射到被检测池中4个不同区域，采用4路光电二极管接收器存储信号图谱数据，结合4个不同区域之间的相关系数求解，实现了对含有微小气泡试剂的最优检测。

Description

一种多光源列阵式微流控检测方法
技术领域
本发明涉及微流控水质检测技术领域，尤其涉及一种多光源列阵式微流控检测方法。
背景技术
在现在的化学试剂水质检测中，随着环保要求的逐渐提高，化学试剂微量法检测技术逐渐成为符合低污染和高效率的检测手段。在微量法检测方式中微流控离心混合技术是使盘形芯片体积最小，能使试剂混合最均匀的一种方式。
与传统的水样试剂混合不同，传统的水样试剂混合可以选用比色皿或比色试剂瓶，使试剂分布在器具底部，充分摇晃混合，因试剂存在于器具的底部，所以在混合时就算产生了微小气泡，也会因自身密度小于试剂密度而悬浮于试剂液表面，而光照信号穿透的试剂液的中下层，因此气泡就算形成也不会对传统的水样混合产生影响。而微流控离心混合技术，试剂在盘形芯片中是以排除腔内空气的方式流动，不同试剂流入共腔时发生混合，因此在排除空气发生混合的过程中，如果有空气没有排除彻底或试剂量未填充满整个腔室空间的时候，气泡自然就形成。
中国专利CN102645413A《一种离心式微流控水质检测装置》公开了一种通过离心式微流控芯片检测多个样品的装置。然而该专利并未考虑空气混合时没有彻底排除空气干扰影响的问题，从而会产生微小气泡，导致信号失真，致使检测结果不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种多光源列阵式微流控检测方法，设计一种同步发射四路波长相同平行光源，照射到被检测池中四个不同区域面，通过相关系数求解，解决检测液中如果存在微小气泡时，导致信号失真而出现检测不准确的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种多光源列阵式微流控检测方法，包括以下步骤：
S1，通过4路平行光发射器照射检测区的4块独立区域；
S2，通过光电二极管作为4路接收器，与4路平行光发射器对应安装；
S3，触发4路平行光发射器，控制触发时间和保持时间，通过接收器存储信号图谱数据；
S4，计算4块独立区域每两块之间的相关系数，通过相关系数结合信号图谱数据，求解出最优信号值。
优选的，步骤S1包括：
4路平行光发射器的波长相同，分别照射穿透检测区的4块独立区域，通过4路同驱动器触发4路独立光源驱动；
将4块独立区域定义为区域1、区域2、区域3和区域4。
优选的，4路平行光发射器包括第一平行光发射器、第二平行光发射器、第三平行光发射器和第四平行光发射器；
第一平行光发射器包括第一平行光发射电路，第二平行光发射器包括第二平行光发射电路，第三平行光发射器包括第三平行光发射电路，第四平行光发射器包括第四平行光发射电路；
所述第一平行光发射电路包括发光驱动GP1、选择器S1、运算放大器OPA1、三极管Q1、发光二极管LED1、电阻R1、R2和R3；
发光驱动GP1与选择器S1的一端电性连接，选择器S1的另一端与运算放大器OPA1的正极电性连接，运算放大器OPA1的负极与电阻R2的一端电性连接，运算放大器OPA1的输出端与电阻R1的一端电性连接，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极电性连接，三极管Q1的集电极与发光二极管LED1的负极电性连接，三极管Q1的发射极与电阻R2的另一端和电阻R3的一端电性连接，电阻R3的另一端接地，发光二极管LED1的正极接入VCC直流电压；
所述第二平行光发射电路包括发光驱动GP2、选择器S2、运算放大器OPA2、三极管Q2、发光二极管LED2、电阻R4、R5和R6；
发光驱动GP2与选择器S2的一端电性连接，选择器S2的另一端与运算放大器OPA2的正极电性连接，运算放大器OPA2的负极与电阻R5的一端电性连接，运算放大器OPA2的输出端与电阻R4的一端电性连接，电阻R4的另一端与三极管Q2的基极电性连接，三极管Q2的集电极与发光二极管LED2的负极电性连接，三极管Q2的发射极与电阻R5的另一端和电阻R6的一端电性连接，电阻R6的另一端接地，发光二极管LED2的正极接入VCC直流电压；
所述第三平行光发射电路包括发光驱动GP3、选择器S3、运算放大器OPA3、三极管Q3、发光二极管LED3、电阻R7、R8和R9；
发光驱动GP3与选择器S3的一端电性连接，选择器S3的另一端与运算放大器OPA3的正极电性连接，运算放大器OPA3的负极与电阻R8的一端电性连接，运算放大器OPA3的输出端与电阻R7的一端电性连接，电阻R7的另一端与三极管Q3的基极电性连接，三极管Q3的集电极与发光二极管LED3的负极电性连接，三极管Q3的发射极与电阻R8的另一端和电阻R9的一端电性连接，电阻R9的另一端接地，发光二极管LED3的正极接入VCC直流电压；
所述第四平行光发射电路包括发光驱动GP4、选择器S4、运算放大器OPA4、三极管Q4、发光二极管LED4、电阻R10、R11和R12；
发光驱动GP4与选择器S4的一端电性连接，选择器S4的另一端与运算放大器OPA4的正极电性连接，运算放大器OPA4的负极与电阻R11的一端电性连接，运算放大器OPA4的输出端与电阻R10的一端电性连接，电阻R10的另一端与三极管Q4的基极电性连接，三极管Q4的集电极与发光二极管LED4的负极电性连接，三极管Q4的发射极与电阻R11的另一端和电阻R12的一端电性连接，电阻R12的另一端接地，发光二极管LED4的正极接入VCC直流电压。
优选的，步骤S2包括：
所述光电二极管选用波长为190nm至1100nm的全波长光电二极管。
优选的，4路接收器包括第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器；
第一接收器包括第一接收电路，第二接收器包括第二接收电路，第三接收器包括第三接收电路，第四接收器包括第四接收电路；
所述第一接收电路包括光电接收二极管PD1、运算放大器OPAR1A和OPAR1B、二级电路基准电压调节信号DAC1、偏置电压VREF、信号采集端ADC1、电容CR1和CR2、电阻R121、R13、R14和R15；
电阻R15的一端与信号采集端ADC1信号连接，电阻R15的另一端与电容CR2的一端、电阻R14的一端和运算放大器OPAR1B的输出端电性连接，运算放大器OPAR1B的负极与电阻R13的一端、电阻R14的另一端和电容CR2的另一端电性连接，运算放大器OPAR1B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC1电性连接，电阻R13的另一端与电容CR1的一端、电阻R121的一端和运算放大器OPAR1A的输出端电性连接，运算放大器OPAR1A的负极与电容CR1的另一端、电阻R121的另一端和光电接收二极管PD1的负极电性连接，运算放大器OPAR1A的正极与光电接收二极管PD1的正极电性连接，在运算放大器OPAR1A的正极与光电接收二极管PD1的正极之间接入偏置电压VREF；
所述第二接收电路包括光电接收二极管PD2、运算放大器OPAR2A和OPAR2B、二级电路基准电压调节信号DAC2、偏置电压VREF、信号采集端ADC2、电容CR3和CR4、电阻R16、R17、R18和R19；
电阻R19的一端与信号采集端ADC2信号连接，电阻R19的另一端与电容CR4的一端、电阻R18的一端和运算放大器OPAR2B的输出端电性连接，运算放大器OPAR2B的负极与电阻R17的一端、电阻R18的另一端和电容CR4的另一端电性连接，运算放大器OPAR2B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC2电性连接，电阻R17的另一端与电容CR3的一端、电阻R16的一端和运算放大器OPAR2A的输出端电性连接，运算放大器OPAR2A的负极与电容CR3的另一端、电阻R16的另一端和光电接收二极管PD2的负极电性连接，运算放大器OPAR2A的正极与光电接收二极管PD2的正极电性连接，在运算放大器OPAR2A的正极与光电接收二极管PD2的正极之间接入偏置电压VREF；
所述第三接收电路包括光电接收二极管PD3、运算放大器OPAR3A和OPAR3B、二级电路基准电压调节信号DAC3、偏置电压VREF、信号采集端ADC3、电容CR5和CR6、电阻R20、R21、R22和R23；
电阻R23的一端与信号采集端ADC3信号连接，电阻R23的另一端与电容CR6的一端、电阻R22的一端和运算放大器OPAR3B的输出端电性连接，运算放大器OPAR3B的负极与电阻R21的一端、电阻R22的另一端和电容CR6的另一端电性连接，运算放大器OPAR3B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC3电性连接，电阻R21的另一端与电容CR5的一端、电阻R20的一端和运算放大器OPAR3A的输出端电性连接，运算放大器OPAR3A的负极与电容CR5的另一端、电阻R20的另一端和光电接收二极管PD3的负极电性连接，运算放大器OPAR3A的正极与光电接收二极管PD3的正极电性连接，在运算放大器OPAR3A的正极与光电接收二极管PD3的正极之间接入偏置电压VREF；
所述第四接收电路包括光电接收二极管PD4、运算放大器OPAR4A和OPAR4B、二级电路基准电压调节信号DAC4、偏置电压VREF、信号采集端ADC4、电容CR7和CR8、电阻R24、R25、R26和R27；
电阻R27的一端与信号采集端ADC4信号连接，电阻R27的另一端与电容CR8的一端、电阻R26的一端和运算放大器OPAR4B的输出端电性连接，运算放大器OPAR4B的负极与电阻R25的一端、电阻R26的另一端和电容CR8的另一端电性连接，运算放大器OPAR4B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC4电性连接，电阻R25的另一端与电容CR7的一端、电阻R24的一端和运算放大器OPAR4A的输出端电性连接，运算放大器OPAR4A的负极与电容CR7的另一端、电阻R24的另一端和光电接收二极管PD4的负极电性连接，运算放大器OPAR4A的正极与光电接收二极管PD4的正极电性连接，在运算放大器OPAR4A的正极与光电接收二极管PD4的正极之间接入偏置电压VREF。
优选的，步骤S3包括：
所述触发时间为300μs，保持时间为10μs，通过接收器存储信号图谱数据时，存储4张信号图谱，每张信号图谱对应1路接收电路，控制ADC采样频率为2.5Mhz，每张图谱256个点数据，每张图谱的数据分布时长为102.4μs。
优选的，步骤S4包括：
对信号图谱数据加窗，取出特征信号值，将区域1至区域4的特征信号序列定义为xi，yi，zi和ki，i＝0，1，...，255；
对4个区域计算4块独立区域每两块之间的相关系数，计算过程如下：
其中，N为点数据的数量，N＝256，ρxy为区域1和区域2之间的相关系数，ρxz为区域1和区域3之间的相关系数，ρxk为区域1和区域4之间的相关系数，ρyz为区域2和区域3之间的相关系数，ρyk为区域2和区域4之间的相关系数，ρzk为区域3和区域4之间的相关系数，xi为区域1的特征信号序列，yi为区域2的特征信号序列，zi为区域3的特征信号序列，ki为区域4的特征信号序列，为区域1的特征信号序列的均值，/>为区域2的特征信号序列的均值，/>为区域3的特征信号序列的均值，/>为区域4的特征信号序列的均值。
优选的，求解出4个独立区域之间的6组相关系数后，当相关系数大于或等于0.999时，判定其相关系数接近于1，且选出该相关系数对应的两个独立区域；当相关系数都小于0.999时，选出两个最大的相关系数，并从两个相关系数所对应的四个独立区域中选出重复的独立区域。
优选的，当气泡不存在于全部4个独立区域时，相关系数全部大于或等于0.999；当气泡存在于4个独立区域中的任意一个时，与该独立区域相关的相关系数小于0.999，与该独立区域无关的相关系数大于或等于0.999；当气泡存在于4个独立区域中的任意两个时，该两个独立区域之间的相关系数小于仅与该两个独立区域中的任意一个独立区域相关的相关系数，与该两个独立区域中的任意一个相关的相关系数小于0.999，与该两个独立区域都无关的相关系数大于或等于0.999；当气泡存在于4个独立区域中的任意三个时，与该三个独立区域中的两个独立区域相关的相关系数小于仅与该三个独立区域中的一个独立区域相关的相关系数，与该三个独立区域中的一个独立区域相关的相关系数小于0.999。
本发明的一种多光源列阵式微流控检测方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设计一种同步发射4路波长相同平行光源，照射到被检测池中4个不同区域，采用4路光电二极管接收器存储信号图谱数据，结合4个不同区域之间的相关系数求解，实现了对含有微小气泡试剂的最优检测；
(2)采用4路平行光反射电路和4路接收电路既排除了单光源光电检测法缺乏对照的影响，也避免了多光源采用单点光源无法做到信号同步而造成的误差问题；
(3)通过求解相关系数和特征信号图谱数据变化，对肉眼观察不到的微小气泡进行量化检测，在实验前排除试剂因存在气泡而带来的误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种多光源列阵式微流控检测方法流程图；
图2为本发明实施例的检测过程示意图；
图3为本发明实施例的平行光发射器工作示意图；
图4为本发明实施例的4块独立区域排布示意图；
图5为本发明的一种多光源列阵式微流控检测方法的4路平行光发射电路的电路图；
图6为本发明的一种多光源列阵式微流控检测方法的4路接收电路的电路图；
图7为本发明实施例的特征光谱图；
图8为本发明实施例的不考虑气泡影响下的特征信号图谱；
图9为本发明实施例的气泡不存在所有区域情况下的特征信号图谱；
图10为本发明实施例的气泡存在某一个区域情况下的排布示意图；
图11为本发明实施例的气泡存在某一个区域情况下的特征信号图谱；
图12为本发明实施例的气泡存在某两个区域情况下的排布示意图；
图13为本发明实施例的气泡存在某两个区域情况下的特征信号图谱；
图14为本发明实施例的气泡存在某三个区域情况下的排布示意图；
图15为本发明实施例的气泡存在某三个区域情况下的特征信号图谱；
图16为本发明实施例的对单一信号图谱数据加窗取特征值的过程的示意图；
图17为本发明实施例的根据特征信号图谱数据分析气泡参数的过程的示意图；
图18为本发明实施例的存在单气泡时的特征信号数据实例图谱；
图19为本发明实施例的存在多气泡时的特征信号数据实例图谱；
图20为本发明实施例的不存在气泡时的特征信号数据实例图谱；
图21为本发明实施例的存在多气泡时的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
提供一种多光源列阵式微流控检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1，通过4路平行光发射器照射检测区的4块独立区域；
S2，通过光电二极管作为4路接收器，与4路平行光发射器对应安装；
S3，触发4路平行光发射器，控制触发时间和保持时间，通过接收器存储信号图谱数据；
S4，计算4块独立区域每两块之间的相关系数，通过相关系数结合信号图谱数据，求解出最优信号值。
应说明的是：传统检测微小气泡的方法存在各种问题：1，单光源光电检测法无法排除气泡干扰带来的影响；2，多光源多采用分时复用触发单点光源，就算相隔触发时间很短，也无法做到同步，当接收信号存在差异时无法判断出是多次采样带入的差异还是气泡移动带入的差异；3，多光谱检测触发的是不同波长光源信号，波长不同是为了识别出待测水样中不同物质的吸收率，但是无法识别出带气泡的信号差异。
鉴于此，本发明建立的条件就是在微流控离心混合试剂的基础上，如果自动混合不均匀的情况下，产生了微小气泡后，能够自动识别出气泡信号所在区域，选择相关系数优的信号值结果输出。
本发明的检测过程示意图如图2所示，包括PD(Photo-Diode，光电二极管电路)，检测池和平行光源，平行光源由平行光发射器发出，4路平行光发射器发出的平行光构成4路平行光，平行光相互之间不会干涉，分布于检测池区域的4个区域，构成4块独立区域。
所述平行光发射器如图3所示，一般的LED光都是发散的，本发明将发散的光通过一个弧面反射凹面镜转换成平行光。
步骤S1包括：
4路平行光发射器的波长相同，分别照射穿透检测区的4块独立区域，通过4路同驱动器触发4路独立光源驱动；
将4块独立区域定义为区域1、区域2、区域3和区域4。
4路平行光发射器包括第一平行光发射器、第二平行光发射器、第三平行光发射器和第四平行光发射器；
第一平行光发射器包括第一平行光发射电路，第二平行光发射器包括第二平行光发射电路，第三平行光发射器包括第三平行光发射电路，第四平行光发射器包括第四平行光发射电路；
所述第一平行光发射电路包括发光驱动GP1、选择器S1、运算放大器OPA1、三极管Q1、发光二极管LED1、电阻R1、R2和R3；
发光驱动GP1与选择器S1的一端电性连接，选择器S1的另一端与运算放大器OPA1的正极电性连接，运算放大器OPA1的负极与电阻R2的一端电性连接，运算放大器OPA1的输出端与电阻R1的一端电性连接，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极电性连接，三极管Q1的集电极与发光二极管LED1的负极电性连接，三极管Q1的发射极与电阻R2的另一端和电阻R3的一端电性连接，电阻R3的另一端接地，发光二极管LED1的正极接入VCC直流电压；
所述第二平行光发射电路包括发光驱动GP2、选择器S2、运算放大器OPA2、三极管Q2、发光二极管LED2、电阻R4、R5和R6；
发光驱动GP2与选择器S2的一端电性连接，选择器S2的另一端与运算放大器OPA2的正极电性连接，运算放大器OPA2的负极与电阻R5的一端电性连接，运算放大器OPA2的输出端与电阻R4的一端电性连接，电阻R4的另一端与三极管Q2的基极电性连接，三极管Q2的集电极与发光二极管LED2的负极电性连接，三极管Q2的发射极与电阻R5的另一端和电阻R6的一端电性连接，电阻R6的另一端接地，发光二极管LED2的正极接入VCC直流电压；
所述第三平行光发射电路包括发光驱动GP3、选择器S3、运算放大器OPA3、三极管Q3、发光二极管LED3、电阻R7、R8和R9；
发光驱动GP3与选择器S3的一端电性连接，选择器S3的另一端与运算放大器OPA3的正极电性连接，运算放大器OPA3的负极与电阻R8的一端电性连接，运算放大器OPA3的输出端与电阻R7的一端电性连接，电阻R7的另一端与三极管Q3的基极电性连接，三极管Q3的集电极与发光二极管LED3的负极电性连接，三极管Q3的发射极与电阻R8的另一端和电阻R9的一端电性连接，电阻R9的另一端接地，发光二极管LED3的正极接入VCC直流电压；
所述第四平行光发射电路包括发光驱动GP4、选择器S4、运算放大器OPA4、三极管Q4、发光二极管LED4、电阻R10、R11和R12；
发光驱动GP4与选择器S4的一端电性连接，选择器S4的另一端与运算放大器OPA4的正极电性连接，运算放大器OPA4的负极与电阻R11的一端电性连接，运算放大器OPA4的输出端与电阻R10的一端电性连接，电阻R10的另一端与三极管Q4的基极电性连接，三极管Q4的集电极与发光二极管LED4的负极电性连接，三极管Q4的发射极与电阻R11的另一端和电阻R12的一端电性连接，电阻R12的另一端接地，发光二极管LED4的正极接入VCC直流电压。
应说明的是：区域1至区域4的排布示意图如图4所示，区域1对应第一平行光发射器和第一接收器，区域2对应第二平行光发射器和第二接收器，区域3对应第三平行光发射器和第三接收器，区域4对应第四平行光发射器和第四接收器。整片4个区域为检测池区域，其中区域1至4为平行光源照射区域，在照射区域接收处，有4路PD接收器。
如图5所示，是本发明的4路平行光发射电路的电路图，包括第一平行光发射电路，第二平行光发射电路，第三平行光发射电路和第四平行光发射电路。GP1-GP4分别控制四路LED1-LED4的发光驱动，其中S1-S4为选择器，OPA1-OPA4为运算放大器，Q1-Q4为三极管，R3，R6，R9，R12为限流电阻，R1，R4，R7，R10为三极管基级电流电流电阻，R2，R5，R8，R11为反馈电阻。
步骤S2包括：
所述光电二极管选用波长为190nm至1100nm的全波长光电二极管。
优选的，4路接收器包括第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器；
第一接收器包括第一接收电路，第二接收器包括第二接收电路，第三接收器包括第三接收电路，第四接收器包括第四接收电路；
所述第一接收电路包括光电接收二极管PD1、运算放大器OPAR1A和OPAR1B、二级电路基准电压调节信号DAC1、偏置电压VREF、信号采集端ADC1、电容CR1和CR2、电阻R121、R13、R14和R15；
电阻R15的一端与信号采集端ADC1信号连接，电阻R15的另一端与电容CR2的一端、电阻R14的一端和运算放大器OPAR1B的输出端电性连接，运算放大器OPAR1B的负极与电阻R13的一端、电阻R14的另一端和电容CR2的另一端电性连接，运算放大器OPAR1B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC1电性连接，电阻R13的另一端与电容CR1的一端、电阻R121的一端和运算放大器OPAR1A的输出端电性连接，运算放大器OPAR1A的负极与电容CR1的另一端、电阻R121的另一端和光电接收二极管PD1的负极电性连接，运算放大器OPAR1A的正极与光电接收二极管PD1的正极电性连接，在运算放大器OPAR1A的正极与光电接收二极管PD1的正极之间接入偏置电压VREF；
所述第二接收电路包括光电接收二极管PD2、运算放大器OPAR2A和OPAR2B、二级电路基准电压调节信号DAC2、偏置电压VREF、信号采集端ADC2、电容CR3和CR4、电阻R16、R17、R18和R19；
电阻R19的一端与信号采集端ADC2信号连接，电阻R19的另一端与电容CR4的一端、电阻R18的一端和运算放大器OPAR2B的输出端电性连接，运算放大器OPAR2B的负极与电阻R17的一端、电阻R18的另一端和电容CR4的另一端电性连接，运算放大器OPAR2B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC2电性连接，电阻R17的另一端与电容CR3的一端、电阻R16的一端和运算放大器OPAR2A的输出端电性连接，运算放大器OPAR2A的负极与电容CR3的另一端、电阻R16的另一端和光电接收二极管PD2的负极电性连接，运算放大器OPAR2A的正极与光电接收二极管PD2的正极电性连接，在运算放大器OPAR2A的正极与光电接收二极管PD2的正极之间接入偏置电压VREF；
所述第三接收电路包括光电接收二极管PD3、运算放大器OPAR3A和OPAR3B、二级电路基准电压调节信号DAC3、偏置电压VREF、信号采集端ADC3、电容CR5和CR6、电阻R20、R21、R22和R23；
电阻R23的一端与信号采集端ADC3信号连接，电阻R23的另一端与电容CR6的一端、电阻R22的一端和运算放大器OPAR3B的输出端电性连接，运算放大器OPAR3B的负极与电阻R21的一端、电阻R22的另一端和电容CR6的另一端电性连接，运算放大器OPAR3B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC3电性连接，电阻R21的另一端与电容CR5的一端、电阻R20的一端和运算放大器OPAR3A的输出端电性连接，运算放大器OPAR3A的负极与电容CR5的另一端、电阻R20的另一端和光电接收二极管PD3的负极电性连接，运算放大器OPAR3A的正极与光电接收二极管PD3的正极电性连接，在运算放大器OPAR3A的正极与光电接收二极管PD3的正极之间接入偏置电压VREF；
所述第四接收电路包括光电接收二极管PD4、运算放大器OPAR4A和OPAR4B、二级电路基准电压调节信号DAC4、偏置电压VREF、信号采集端ADC4、电容CR7和CR8、电阻R24、R25、R26和R27；
电阻R27的一端与信号采集端ADC4信号连接，电阻R27的另一端与电容CR8的一端、电阻R26的一端和运算放大器OPAR4B的输出端电性连接，运算放大器OPAR4B的负极与电阻R25的一端、电阻R26的另一端和电容CR8的另一端电性连接，运算放大器OPAR4B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC4电性连接，电阻R25的另一端与电容CR7的一端、电阻R24的一端和运算放大器OPAR4A的输出端电性连接，运算放大器OPAR4A的负极与电容CR7的另一端、电阻R24的另一端和光电接收二极管PD4的负极电性连接，运算放大器OPAR4A的正极与光电接收二极管PD4的正极电性连接，在运算放大器OPAR4A的正极与光电接收二极管PD4的正极之间接入偏置电压VREF。
应说明的是：如图6所示，是本发明的4路接收电路的电路图，包括第一接收电路，第二接收电路，第三接收电路和第四接收电路。4路独立的接收电路用作波长光接收器，其中PD1-PD4为光电接收二极管，OPAR1-OPAR4为双路运算放大器，CR1-CR8为积分电容，R12，R16，R20，R24为跨接电阻，用于将接收信号电流转换成电压信号，[R13，R14]，[R17，R18]，[R21，R22]，[R25，R26]构成二级反向放大器，R15，R19，R23，R27为限流电阻，DAC1-DAC4为二级电路基准电压调节信号，ADC1-ADC4为信号采集端，VREF为偏置电压。
通过信号采集端ADC1-ADC4采集特征图谱信号。
步骤S3包括：
所述触发时间为300μs，保持时间为10μs，通过接收器存储信号图谱数据时，存储4张信号图谱，每张信号图谱对应1路接收电路，控制ADC采样频率为2.5Mhz，每张图谱256个点数据，每张图谱的数据分布时长为102.4μs。
步骤S4包括：
对信号图谱数据加窗，取出特征信号值，将区域1至区域4的特征信号序列定义为xi，yi，zi和ki，i＝0，1，...，255；
对4个区域计算4块独立区域每两块之间的相关系数，计算过程如下：
其中，N为点数据的数量，N＝256，ρxy为区域1和区域2之间的相关系数，ρxz为区域1和区域3之间的相关系数，ρxk为区域1和区域4之间的相关系数，ρyz为区域2和区域3之间的相关系数，ρyk为区域2和区域4之间的相关系数，ρzk为区域3和区域4之间的相关系数，xi为区域1的特征信号序列，yi为区域2的特征信号序列，zi为区域3的特征信号序列，ki为区域4的特征信号序列，为区域1的特征信号序列的均值，/>为区域2的特征信号序列的均值，/>为区域3的特征信号序列的均值，/>为区域4的特征信号序列的均值。
求解出4个独立区域之间的6组相关系数后，当相关系数大于或等于0.999时，判定其相关系数接近于1，且选出该相关系数对应的两个独立区域；当相关系数都小于0.999时，选出两个最大的相关系数，并从两个相关系数所对应的四个独立区域中选出重复的独立区域。
大于或等于0.999的相关系数对应的两个独立区域为无气泡区域，小于0.999的相关系数对应的每两个独立区域中重复的独立区域为有气泡区域。
应说明的是：通过相关系数求解出气泡存在位置区域，对4片区域两两求解相关系数，分别为ρxy，ρxz，ρxk，ρyz，ρyk，ρzk这6组数据。
通过4路平行光发射电路形成的特征光谱如图7所示，其中触发时间为300μs，保持时间为10μs。
通过4路接收电路接收到的4个区域的特征信号理论上的特征信号图谱如图8所示，即不考虑气泡影响时的特征光谱图。
考虑气泡的情况时，气泡存在位置的情况可分为以下几种：
1，如果气泡不在区域1、区域2、区域3和区域4中时，则：
ρxy＝ρxz＝ρxk＝ρyz＝ρyk＝ρzk≥0.999；
此时特征信号图谱如图9所示，4个信号采集器ADC1-ADC4采集到的信号是重合的。
2，如果气泡存在于某1个区域中，如下：
如图10所示，例如气泡存在于区域1中时，则
0≤ρxy，ρxz，ρxk＜0.999≤ρyz＝ρzk＝ρyk；
此时特征信号图谱如图11所示，由于区域1有气泡，则信号采集器ADC1采集到的特征信号的H值会比其他3个信号采集器采集到的特征信号的H值小。
3，如果气泡存在于某2个区域中，如下：
如图12所示，例如气泡存在于区域1和区域2中时，则
0≤ρxy，ρxz，ρxk，ρyz，ρyk＜0.999≤ρzk；
此时特征信号图谱如图13所示，由于区域1和区域2有气泡，则信号采集器ADC1和ADC2采集到的特征信号的H值会比其他2个信号采集器采集到的特征信号的H值小。
4，如果气泡存在于某3个区域中，如下：
如图14所示，例如气泡存在于区域1、区域2和区域3中时，则
0≤ρxy，ρxz，ρyz＜ρxk，ρyk，ρzk＜0.999；
此时特征信号图谱如图15所示，由于区域1、区域2和区域3有气泡，则信号采集器ADC1、ADC2和ADC3采集到的特征信号的H值会比信号采集器ADC4采集到的特征信号的波谷值小。
如图16所示，对单一信号图谱数据加窗取出特征值，对区域1-区域4的特征信号定义为xi，yi，zi和ki，i＝0，1，...，255。
如图17所示，计算出相关系数的值后，根据特征信号图谱，不同的气泡形状、大小、厚度所得到的图谱数据变化，可由下列三个参数决定：
H为信号下降变化的高度，L为建立变化时间，M为结束变化时间；
1，如果气泡体积越大，则H值越小，L与M值也越小；
2，如果气泡数量越多，则单个H会***成多个H1，H2，…，Hn组合，对应的L与M也会***成L1，L2，…，Ln，M1，M2，…，Mn。
不管是气泡大小还是数量多少，[H，L，M](有气泡)≠[H，L，M](无气泡)，其相关系数值一定小于1；只有当两张特征信号图谱数据完全一样时，其相关系数值才会接近或等于1。
如图18至20所示，分别是单气泡、多气泡、无气泡时，实际的特征信号数据图谱，其中横轴为点数据，一共256个点数据，从0到255，纵轴为特征信号电压值；
可以看出，无气泡相比于单气泡，都是单个波谷，但是无气泡的特征信号峰峰值最大，约为2V，而单气泡的特征信号峰峰值要小很多，约为1.2V，多气泡图谱以叠加态的形式出现，其不同[H，L，M]值大小与气泡大小和数量相关。
存在多气泡的情况如图21所示，区域1中有多个气泡。
相关系数计算证明方法如下：
计算出所有相关系数值ρxy，ρxz，ρxk，ρyz，ρyk，ρzk，因光照信号可能存在微小误差，则取ρ≥0.999时，判定ρ≈1；
如有ρ≥0.999时，可直接选出其下标系数；
如所有ρ＜0.999时，选出最大的2个ρ值，判断其下标共有系数。
从4种情况来计算相关系数值：
情况1，当气泡不在任何光照射的区域中时，则xi＝yi＝zi＝ki，其中0≤i＜256，且其均值相等：计算相关系数为：
情况2，当气泡在某一区域，例如区域1中时，此时与区域1相关的相关系数值都小于0.999，与区域1无关的相关系数值接近于1：
0≤ρxy，ρxz，ρxk＜0.999≤ρyz＝ρyk＝ρzk≈1；
ρyz，ρyk，ρzk都是最大值且接近于1，可求得yi，zi和ki都可用于真实信号输出。
情况3，当气泡存在于某两个区域，如区域1和区域2中时，此时与区域1或区域2相关的相关系数值都小于0.999，与区域1和区域2无关的相关系数值接近于1：
0≤ρxy＜ρxz，ρxk，ρyz，ρyk＜0.999≤ρzk≈1；
ρzk是最大值且接近于1，可求得zi和ki都可用于真实信号输出。
情况4，当气泡存在于某三个区域，如区域1、区域2和区域3中时，此时与区域1、区域2和区域3与相关的相关系数值都小于0.999，与区域4相关的相关系数偏大：
0≤ρxy，ρxz，ρyz＜ρxk，ρyk，ρzk＜0.999；
求解[A＞B]＝max[ρxy，ρxz，ρyz，ρxk，ρyk，ρzk]，满足条件A>B>其他相关系数值时，则A、B中必存在共有系数k，可求得ki用于真实信号输出。
应说明的是：当单个或多个气泡同时存在于全部4个区域中，则无法通过本方法计算相关系数来输出最优信号。
通过本发明的一种多光源列阵式微流控检测方法，设计一种同步发射4路波长相同平行光源，照射到被检测池中4个不同区域，采用4路光电二极管接收器存储信号图谱数据，结合4个不同区域之间的相关系数求解，实现了对试剂中微小气泡的检测。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多光源列阵式微流控检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，通过4路平行光发射器照射检测区的4块独立区域；
将4块独立区域定义为区域1、区域2、区域3和区域4；
S2，通过光电二极管作为4路接收器，与4路平行光发射器对应安装；
步骤S2包括：
所述光电二极管选用波长为190nm至1100nm的全波长光电二极管；
所述4路接收器包括第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器；
第一接收器包括第一接收电路，第二接收器包括第二接收电路，第三接收器包括第三接收电路，第四接收器包括第四接收电路；
所述第一接收电路包括光电接收二极管PD1、运算放大器OPAR1A和OPAR1B、二级电路基准电压调节信号DAC1、偏置电压VREF、信号采集端ADC1、电容CR1和CR2、电阻R121、R13、R14和R15；
电阻R15的一端与信号采集端ADC1信号连接，电阻R15的另一端与电容CR2的一端、电阻R14的一端和运算放大器OPAR1B的输出端电性连接，运算放大器OPAR1B的负极与电阻R13的一端、电阻R14的另一端和电容CR2的另一端电性连接，运算放大器OPAR1B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC1电性连接，电阻R13的另一端与电容CR1的一端、电阻R121的一端和运算放大器OPAR1A的输出端电性连接，运算放大器OPAR1A的负极与电容CR1的另一端、电阻R121的另一端和光电接收二极管PD1的负极电性连接，运算放大器OPAR1A的正极与光电接收二极管PD1的正极电性连接，在运算放大器OPAR1A的正极与光电接收二极管PD1的正极之间接入偏置电压VREF；
所述第二接收电路包括光电接收二极管PD2、运算放大器OPAR2A和OPAR2B、二级电路基准电压调节信号DAC2、偏置电压VREF、信号采集端ADC2、电容CR3和CR4、电阻R16、R17、R18和R19；
电阻R19的一端与信号采集端ADC2信号连接，电阻R19的另一端与电容CR4的一端、电阻R18的一端和运算放大器OPAR2B的输出端电性连接，运算放大器OPAR2B的负极与电阻R17的一端、电阻R18的另一端和电容CR4的另一端电性连接，运算放大器OPAR2B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC2电性连接，电阻R17的另一端与电容CR3的一端、电阻R16的一端和运算放大器OPAR2A的输出端电性连接，运算放大器OPAR2A的负极与电容CR3的另一端、电阻R16的另一端和光电接收二极管PD2的负极电性连接，运算放大器OPAR2A的正极与光电接收二极管PD2的正极电性连接，在运算放大器OPAR2A的正极与光电接收二极管PD2的正极之间接入偏置电压VREF；
所述第三接收电路包括光电接收二极管PD3、运算放大器OPAR3A和OPAR3B、二级电路基准电压调节信号DAC3、偏置电压VREF、信号采集端ADC3、电容CR5和CR6、电阻R20、R21、R22和R23；
电阻R23的一端与信号采集端ADC3信号连接，电阻R23的另一端与电容CR6的一端、电阻R22的一端和运算放大器OPAR3B的输出端电性连接，运算放大器OPAR3B的负极与电阻R21的一端、电阻R22的另一端和电容CR6的另一端电性连接，运算放大器OPAR3B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC3电性连接，电阻R21的另一端与电容CR5的一端、电阻R20的一端和运算放大器OPAR3A的输出端电性连接，运算放大器OPAR3A的负极与电容CR5的另一端、电阻R20的另一端和光电接收二极管PD3的负极电性连接，运算放大器OPAR3A的正极与光电接收二极管PD3的正极电性连接，在运算放大器OPAR3A的正极与光电接收二极管PD3的正极之间接入偏置电压VREF；
所述第四接收电路包括光电接收二极管PD4、运算放大器OPAR4A和OPAR4B、二级电路基准电压调节信号DAC4、偏置电压VREF、信号采集端ADC4、电容CR7和CR8、电阻R24、R25、R26和R27；
电阻R27的一端与信号采集端ADC4信号连接，电阻R27的另一端与电容CR8的一端、电阻R26的一端和运算放大器OPAR4B的输出端电性连接，运算放大器OPAR4B的负极与电阻R25的一端、电阻R26的另一端和电容CR8的另一端电性连接，运算放大器OPAR4B的正极与二级电路基准电压调节信号DAC4电性连接，电阻R25的另一端与电容CR7的一端、电阻R24的一端和运算放大器OPAR4A的输出端电性连接，运算放大器OPAR4A的负极与电容CR7的另一端、电阻R24的另一端和光电接收二极管PD4的负极电性连接，运算放大器OPAR4A的正极与光电接收二极管PD4的正极电性连接，在运算放大器OPAR4A的正极与光电接收二极管PD4的正极之间接入偏置电压VREF；
S3，触发4路平行光发射器，控制触发时间和保持时间，通过接收器存储信号图谱数据；
步骤S3包括：
所述触发时间为300μs，保持时间为10μs，通过接收器存储信号图谱数据时，存储4张信号图谱，每张信号图谱对应1路接收电路，控制ADC采样频率为2.5Mhz，每张信号图谱包含256个点数据，每张信号图谱的点数据分布时长为102.4μs；
S4，计算4块独立区域每两块之间的相关系数，通过相关系数结合信号图谱数据，求解出最优信号值；
该多光源列阵式微流控检测方法不适用于当单个或多个气泡同时存在于全部4个区域中的情况；
步骤S4包括：
对信号图谱数据加窗，取出特征信号值，将区域1至区域4的特征信号序列定义为，/>，和/>，/>；
对4个区域计算4块独立区域每两块之间的相关系数，计算过程如下：
；
；
；
；
；
；
其中，N为点数据的数量，N=256，为区域1和区域2之间的相关系数，/>为区域1和区域3之间的相关系数，/>为区域1和区域4之间的相关系数，/>为区域2和区域3之间的相关系数，/>为区域2和区域4之间的相关系数，/>为区域3和区域4之间的相关系数，/>为区域1的特征信号序列，/>为区域2的特征信号序列，/>为区域3的特征信号序列，/>为区域4的特征信号序列，/>为区域1的特征信号序列的均值，/>为区域2的特征信号序列的均值，/>为区域3的特征信号序列的均值，/>为区域4的特征信号序列的均值；
求解出4个独立区域之间的6组相关系数后，当相关系数大于或等于0.999时，判定其相关系数接近于1，且选出该相关系数对应的两个独立区域；当相关系数都小于0.999时，选出两个最大的相关系数，并从两个相关系数所对应的四个独立区域中选出重复的独立区域；
当气泡不存在于全部4个独立区域时，相关系数全部大于或等于0.999；当气泡存在于4个独立区域中的任意一个时，与该独立区域相关的相关系数小于0.999，与该独立区域无关的相关系数大于或等于0.999；当气泡存在于4个独立区域中的任意两个时，该两个独立区域之间的相关系数小于仅与该两个独立区域中的任意一个独立区域相关的相关系数，与该两个独立区域中的任意一个相关的相关系数小于0.999，与该两个独立区域都无关的相关系数大于或等于0.999；当气泡存在于4个独立区域中的任意三个时，与该三个独立区域中的两个独立区域相关的相关系数小于仅与该三个独立区域中的一个独立区域相关的相关系数，与该三个独立区域中的一个独立区域相关的相关系数小于0.999。
2.如权利要求1所述的一种多光源列阵式微流控检测方法，其特征在于，步骤S1包括：
4路平行光发射器的波长相同，分别照射穿透检测区的4块独立区域，通过4路同驱动器触发4路独立光源驱动。
3.如权利要求2所述的一种多光源列阵式微流控检测方法，其特征在于，所述4路平行光发射器包括第一平行光发射器、第二平行光发射器、第三平行光发射器和第四平行光发射器；
第一平行光发射器包括第一平行光发射电路，第二平行光发射器包括第二平行光发射电路，第三平行光发射器包括第三平行光发射电路，第四平行光发射器包括第四平行光发射电路；
所述第一平行光发射电路包括发光驱动GP1、选择器S1、运算放大器OPA1、三极管Q1、发光二极管LED1、电阻R1、R2和R3；
发光驱动GP1与选择器S1的一端电性连接，选择器S1的另一端与运算放大器OPA1的正极电性连接，运算放大器OPA1的负极与电阻R2的一端电性连接，运算放大器OPA1的输出端与电阻R1的一端电性连接，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极电性连接，三极管Q1的集电极与发光二极管LED1的负极电性连接，三极管Q1的发射极与电阻R2的另一端和电阻R3的一端电性连接，电阻R3的另一端接地，发光二极管LED1的正极接入VCC直流电压；
所述第二平行光发射电路包括发光驱动GP2、选择器S2、运算放大器OPA2、三极管Q2、发光二极管LED2、电阻R4、R5和R6；
发光驱动GP2与选择器S2的一端电性连接，选择器S2的另一端与运算放大器OPA2的正极电性连接，运算放大器OPA2的负极与电阻R5的一端电性连接，运算放大器OPA2的输出端与电阻R4的一端电性连接，电阻R4的另一端与三极管Q2的基极电性连接，三极管Q2的集电极与发光二极管LED2的负极电性连接，三极管Q2的发射极与电阻R5的另一端和电阻R6的一端电性连接，电阻R6的另一端接地，发光二极管LED2的正极接入VCC直流电压；
所述第三平行光发射电路包括发光驱动GP3、选择器S3、运算放大器OPA3、三极管Q3、发光二极管LED3、电阻R7、R8和R9；
发光驱动GP3与选择器S3的一端电性连接，选择器S3的另一端与运算放大器OPA3的正极电性连接，运算放大器OPA3的负极与电阻R8的一端电性连接，运算放大器OPA3的输出端与电阻R7的一端电性连接，电阻R7的另一端与三极管Q3的基极电性连接，三极管Q3的集电极与发光二极管LED3的负极电性连接，三极管Q3的发射极与电阻R8的另一端和电阻R9的一端电性连接，电阻R9的另一端接地，发光二极管LED3的正极接入VCC直流电压；
所述第四平行光发射电路包括发光驱动GP4、选择器S4、运算放大器OPA4、三极管Q4、发光二极管LED4、电阻R10、R11和R12；
发光驱动GP4与选择器S4的一端电性连接，选择器S4的另一端与运算放大器OPA4的正极电性连接，运算放大器OPA4的负极与电阻R11的一端电性连接，运算放大器OPA4的输出端与电阻R10的一端电性连接，电阻R10的另一端与三极管Q4的基极电性连接，三极管Q4的集电极与发光二极管LED4的负极电性连接，三极管Q4的发射极与电阻R11的另一端和电阻R12的一端电性连接，电阻R12的另一端接地，发光二极管LED4的正极接入VCC直流电压。
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