微流控芯片作為微全分析系統(tǒng)的核心,因其具有耗樣量少、分析快速高效、操作簡單、易于集成等諸多優(yōu)點,在司法檢測、食品安全、醫(yī)學(xué)藥品以及環(huán)境保護(hù)等多學(xué)科領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。目前微流控芯片的研究主要集中在芯片結(jié)構(gòu)以及檢測電路的設(shè)計等方面,對微流控芯片信號研究則相對較少。微流控芯片信號是非平穩(wěn)弱信號,容易受到噪聲等干擾信號的影響,因此對微流控芯片信號處理方法的研究,有助于提高系統(tǒng)的檢測靈敏度,對于提高微流控芯片的檢測限具有重要意義。本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個部分:第一部分:對微流控芯片信號特性的研究以及信號模擬。由于微流控芯片分析診斷儀檢測到的信號表現(xiàn)為不同波峰形式的窄脈沖信號,且不同波峰分別表示不同的成分。對實際采集的微流控芯片信號數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析,并根據(jù)微流控芯片信號特點,以高斯函數(shù)為基礎(chǔ)建立數(shù)學(xué)模型,對微流控芯片信號進(jìn)行模擬。通過對模擬信號進(jìn)行處理,以信噪比和均方根誤差為評價指標(biāo),驗證設(shè)計的微流控芯片信號去噪算法的有效性,然后再將設(shè)計的算法應(yīng)用到實際的微流控芯片信號中進(jìn)行實驗處理。第二部分:基于離散平穩(wěn)小波變換和小波系數(shù)能量元的微流控芯片信號去噪方法研究。為提高微流控芯片信號去噪效果,提出一種基于小波能量元和改進(jìn)閾值函數(shù)的信號去噪方法。構(gòu)建基于指數(shù)和對數(shù)函數(shù)的小波能量元雙閾值函數(shù),繼而設(shè)計了微流控芯片信號去噪算法。以模擬的微流控芯片信號為研究對象,對比選擇db4小波基進(jìn)行了4層分解去噪仿真實驗。仿真結(jié)果表明,本文方法優(yōu)于現(xiàn)有的普通閾值法、空域相關(guān)法和能量元浮動閾值法。第三部分:基于雙樹復(fù)小波變換和改進(jìn)閾值函數(shù)的微流控芯片信號去噪方法研究。針對傳統(tǒng)離散小波變換閾值去噪方法存在的缺陷,以雙樹復(fù)小波變換為基礎(chǔ),設(shè)計改進(jìn)閾值函數(shù)的雙樹復(fù)小波微流控芯片信號去噪方法。通過貝葉斯理論確定高頻系數(shù)閾值,同時提出一種改進(jìn)閾值函數(shù)。利用設(shè)計的方法對微流控芯片模擬信號去噪處理,去噪后模擬信號信噪比為75.39dB、均方根誤差為0.011。去噪后的信噪比和均方根誤差表明,去噪效果要優(yōu)于離散小波變換、以及普通的雙樹復(fù)小波變換等現(xiàn)有的方法。本文設(shè)計的基于小波變換的微流控芯片信號去噪方法,都應(yīng)用于自主研發(fā)的微流控芯片分析檢測儀所檢測到的信號中,對實際K~+、Na~+、Li~+離子信號進(jìn)行去噪。實驗結(jié)果表明,設(shè)計的微流控信號去噪算法能有效對信號進(jìn)行處理,提升微流控分析檢測設(shè)備的性能。
【學(xué)位單位】：湖南理工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN911.7;TN492
【部分圖文】：

圖 1-1 微流控芯片實物圖由于微流控芯片微通道網(wǎng)絡(luò)的直徑僅僅幾十微米至幾微米，因此要求所采用的檢測器具有較高的性能，目前常用的微流控芯片檢測器有：光學(xué)檢測器、質(zhì)譜檢測器以及電化學(xué)檢測器。本文所采用的檢測器是電化學(xué)檢測器中的非接觸電導(dǎo)檢測（ContactlesConductivity Detection, CCD）。CCD 是一種通過溶液與電極之間的耦合的方式來測定電信

圖 2-1 短時傅里葉變換時頻窗示意圖換以及 STFT 存在的缺陷，小波變換應(yīng)運TFT 不同的是，雖然小波變換所加窗口大時間窗和頻率窗都可以改變的時頻分析方法

10圖 2-2 連續(xù)小波變換時頻窗口變化示意圖分別以 a 1 /2,a 1,a 2三種情況為例來對可知，小波變換克服了 Fourier 變換和 STFT
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本文編號：2856138