一種膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路的制作方法

本實用新型涉及檢測儀器的硬件電路設計技術領域，具體為一種膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路。

背景技術：

目前，POCT即時檢驗(point-of-care testing)行業市場發展迅速，膠體金試紙快速診斷技術是建立在酶聯免疫吸附試驗、乳膠凝聚試驗，單克隆抗體技術和免疫膠體金標記技術基礎上以膠體金為標記物，利用特異抗體抗原結合反應觀測結果的新技術，可廣泛應用于現場快速定量檢測，膠體金試紙檢測儀器作為一種快速體外診斷設備也應運而生，且其功能、性能在不斷提升。

膠體金試紙檢測儀的檢測過程：在膠體金試紙的滴液孔處滴入定量的待測液，通過層析作用進入結合墊，與結合墊上的膠體金受體結合成免疫復合物，此復合物流過硝酸纖維素膜，與膜上的抗體結合成棕紅色的顯色線包括質控線與檢測線，它們會與試紙條中央背景處形成明顯色差，當到達該類試紙反應時間點時，將試紙插入檢測儀的光學檢測系統中，由發光管發出單色光照射在試紙上，檢測線對光源的反射光強弱對應著待測液濃度的大小，檢測儀對檢測線、質控線所在的顯示窗口進行等距掃描，將光信號轉換成的模擬信號進行模數轉換，轉化為數字量信號，經過運算得出量化結果。

普通檢測技術存在的問題：

檢測儀的校準一般采用標準比色卡的方法，而膠體金試紙與標準比色卡之間也存在一定的光反射差異，光反射變化則影響電信號的變化，使電信號的范圍變化較大，即需要擴大采集廣信號的量程范圍，而擴大量程則減小了檢測精度；

膠體金試紙的制作工藝帶來的批間差和批內差、待測標的物個體差異及光學系統存在的機械運動誤差等使其在實際中會產生同批、同種、甚至同條試紙多次檢測時出現檢測結果較大誤差的現象，在一定范圍內影響了檢測準確度及重復精度；

待測液清晰、渾濁的情況不同，試紙顯示窗口與檢測線、質控線進行對比的背景區顏色不同，甚至有些待測液溶血現象，導致整個顯示窗口都處于泛紅的情況，由于顏色的混疊上述情況按標準比色卡標定的固定值方法進行計算則會出現結果偏差的情況，降低了檢測準確度。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路，最大限度的減小膠體金檢測儀在實際應用中的檢測誤差，提高檢測準確度、檢測精度及重復精度。

本實用新型通過下述方案實現：

一種膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路，包括：發光二極管、發光管驅動單元電路、光電二極管、光電轉換單元電路、自適應調整單元電路、信號放大及低通濾波單元電路、模數轉換單元電路及微控制器MCU，其特征在于：所述發光二極管發出光照射在試紙上，光源的反射光被光電二極管接收，所述發光管驅動單元電路與發光二極管連接，所述光電二極管、光電轉換單元電路、自適應調整單元電路、信號放大及低通濾波單元電路、模數轉換單元電路及微控制器MCU依次連接，所述微控制器MCU與自適應調整單元電路連接。

優選地，所述發光管驅動單元電路包括恒流驅動器件、電阻及電容。

優選地，所述光電轉換單元電路包括運算放大器和反饋電阻。

優選地，所述自適應調整單元電路由運算放大器及外圍的4個等值電阻R組成。

優選地，所述信號放大及低通濾波單元電路由運算放大器、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C1和電容C2組成。

有益效果：

1.本實用新型采取背景信號與峰值信號相對量作為校準及計算依據，有效的減小了膠體金試紙批間差和批內差、待測標的物個體差異及光學系統存在的機械運動誤差等帶來的檢測誤差，提高了檢測準確度與重復精度。

2.本實用新型采取自適應背景調整的技術方法，使檢測不同量程范圍的目標都可保證高分辨率，在擴大量程范圍的同時保證了檢測精度。

附圖說明

圖1是本實用新型所述的膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路的示意圖。

圖2是本實用新型所述的膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路的光電轉換單元電路的示意圖。

圖3是本實用新型所述的膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路的自適應調整單元電路的示意圖。

圖4是本實用新型所述的膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路的信號放大及低通濾波單元電路的示意圖。

圖5是本實用新型所述的膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路的模數轉換單元電路與微控制器MCU的示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

結合圖1，一種膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路，包括：發光二極管、發光管驅動單元電路、光電二極管、光電轉換單元電路、自適應調整單元電路、信號放大及低通濾波單元電路、模數轉換單元電路及微控制器MCU，所述發光二極管發出光照射在試紙上，光源的反射光被光電二極管接收，所述發光管驅動單元電路與發光二極管連接，所述光電二極管、光電轉換單元電路、自適應調整單元電路、信號放大及低通濾波單元電路、模數轉換單元電路及微控制器MCU依次連接，所述微控制器MCU與自適應調整單元電路連接。

所述發光管驅動單元電路包括恒流驅動器件、電阻及電容。發光管驅動單元電路為發光二極管提供穩定的電流，使其發光均勻恒定，避免由于電流突變造成劇烈的光源的明暗變化，從而對檢測結果造成影響。可選用分立元件或集成芯片組成發光管驅動單元電路，優選集成芯片。

結合圖2，所述光電轉換單元電路包括運算放大器和反饋電阻。光電二極管在反射光的照射下，其內部產生光電變化，出現光生電流，此電流為微安級別的信號，需進行初步放大，通過運算放大器OA與反饋電阻RF組成的I-V轉換電路，將此微弱的電流信號轉換為較大的初始電壓信號VORI。

結合圖3，圖3是自適應調整單元電路，其為一個差分放大電路，由運算放大器OA及外圍的4個等值電阻R組成，根據運算放大器的“虛短”及“虛斷”概念，可計算出此放大電路輸出的VMID與初始電壓信號VORI及參考電壓VREF的關系為VMID＝VREF-VORI，通過這種減法電路即可實現自適應調整的功能，調整過程如下：首先對顯示窗口的背景區進行掃描，如圖5所示，微控制器MCU首先通過控制模數轉換單元電路對VMID的模擬電壓信號值進行模數轉換量化為數字信號，若背景顏色較淺，則對應的VORI值越小，則VMID值越大，此時微控制器MCU控制參考電壓VREF做出調整，使VREF變小，則VMID的值減小，當其達到接近模數轉換單元電路參考電壓零點某一數值時固定此時的VREF，然后對整個顯示窗口進行等距均勻掃描，通過如圖4所示的信號放大及低通濾波單元電路，將掃描的VMID信號進行放大及濾波處理輸出VOUT送達至圖5所示的模數轉換單元電路，使掃描的背景區、檢測線及質控線所反映的較小的數字量與較大的數字量即電壓信號變化范圍都幾乎全部有效的落在模數轉換器的參考電壓范圍之內，這樣可增加量程范圍，而又保證了模數轉換器實際有效的高分辨率范圍，提高了檢測精度，通過對背景區的均值以及檢測線的峰值的相對差值，求出檢測結果，這樣即使背景區、檢測線、質控線受到不同的顏色疊加干擾造成每次VREF的值可能有所不同，但取背景區的均值以及檢測線的峰值的相對差值則保證了檢測準確度與重復精度；同理背景顏色較深的情況下則與上述方法同理，使VREF變大即可達到目的。通過這種自適應背景區調整參考電壓的方法可有效的提高檢測質量。

結合圖4，圖4所示為信號放大及低通濾波單元電路，其中，由運算放大器OA及電阻R1、R2及電容C1、C2組成二階有源低通濾波電路，由于采用的光源為恒定的單色光，所以此電路適合用于濾除無效的高頻噪聲信號；運算放大器OA及電阻R3、R4組成放大電路，對VMID進一步放大，使其變化范圍大部分都落在模數轉換單元電路參考電壓的范圍內，保證了高分辨率，提高了檢測準確度。

通過上述檢測電路，可有效避免所述的問題，提高膠體金檢測儀的檢測準確度、檢測精度及重復精度。

以上對本實用新型所提供的一種膠體金試紙自適應背景高分辨率檢測電路，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。