非標準化傳感器信號調理的一種新方法

　　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的標準化信號調理電路。由于這些標準化信號調理電路是標準設計、批量生產的，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。當人們在研制某些測量系統的過程中不得不選用非標準化傳感器時，一般需要設計、制作相應的信號調理電路。由于任何電子產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生產批量不是太大，則信號調理電路的可靠性、穩定性難以保證，勢必影響整個測量系統的可靠性、穩定性。由于目前測量系統一般都具備數據處理功能，如果能夠對某些非標準化傳感器，選用與其特性盡量接近的標準化信號調理電路對其進行信號調理，而將其差異通過數據處理軟件進行相應補償，則可在保證測量精度的前提下有效簡化測量系統的硬件，縮短開發周期，提高系統的可靠性、穩定性。在研制低成本聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction，PCR)芯片測量與控制系統的過程中成功實現了上述設想。

　　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復制過程的核酸擴增技術。隨著微機電系統技術的興起，一類微反應器一集成微反應槽PCR芯片使進行PCR的設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，本文作者設計了一種結構簡化、低成本的PCR芯片，同時，提出了一種新型測控方案，該方案能夠對120只芯片進行溫度控制。為實現該方案，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關系的原理在柔性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。整個系統由一臺工業控制計算機通過相應接口板卡控制。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，電阻溫度系數一般為(4.26～4.35)