非標準化傳感器信號調(diào)理的一種新方法

　　引 言

　　對于具有標準化分度號的傳感器，目前，市場上一般有與之對應(yīng)的標準化信號調(diào)理電路。由于這些標準化信號調(diào)理電路是標準設(shè)計、批量生產(chǎn)的，因此，其可靠性高，價格一般也較為合理。但具有標準化分度號的傳感器在整個傳感器家族中卻僅占少數(shù)。當人們在研制某些測量系統(tǒng)的過程中不得不選用非標準化傳感器時，一般需要設(shè)計、制作相應(yīng)的信號調(diào)理電路。由于任何電子產(chǎn)品的成熟都需要一個可靠性增長過程，如果所研制的測量系統(tǒng)生產(chǎn)批量不是太大，則信號調(diào)理電路的可靠性、穩(wěn)定性難以保證，勢必影響整個測量系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。由于目前測量系統(tǒng)一般都具備數(shù)據(jù)處理功能，如果能夠?qū)δ承┓菢藴驶瘋鞲衅?，選用與其特性盡量接近的標準化信號調(diào)理電路對其進行信號調(diào)理，而將其差異通過數(shù)據(jù)處理軟件進行相應(yīng)補償，則可在保證測量精度的前提下有效簡化測量系統(tǒng)的硬件，縮短開發(fā)周期，提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。在研制低成本聚合酶鏈式反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)芯片測量與控制系統(tǒng)的過程中成功實現(xiàn)了上述設(shè)想。

　　1 利用印刷電路板工藝制作的非標準化溫度傳感器

　　PCR是一種體外模擬自然DNA復(fù)制過程的核酸擴增技術(shù)。隨著微機電系統(tǒng)技術(shù)的興起，一類微反應(yīng)器一集成微反應(yīng)槽PCR芯片使進行PCR的設(shè)備平臺面臨革命性的變革。但是，PCR芯片在進軍市場的過程中卻遇到了較大的困難，主要原因之一是芯片成本居高不下。為此，本文作者設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡化、低成本的PCR芯片，同時，提出了一種新型測控方案，該方案能夠?qū)?20只芯片進行溫度控制。為實現(xiàn)該方案，需要在芯片陣列上方覆蓋一張柔性印刷電路板(printed circuit board，PCB)，柔性PCB板與120只PCR芯片靠彈性力均勻接觸。利用PCB板銅箔具有一定阻值，且該阻值與溫度有確切對應(yīng)關(guān)系的原理在柔性PCB板上制作120個微加熱及傳感單元，微加熱及傳感單元與PCR芯片長、寬幾何尺寸相同。整個系統(tǒng)由一臺工業(yè)控制計算機通過相應(yīng)接口板卡控制。每個微加熱及傳感單元如圖1所示。

　　圖1所示傳感元件的測溫原理與標準化銅電阻類似。標準化銅電阻由純度為99.99%的銅絲制成，電阻溫度系數(shù)一般為(4.26～4.35)