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研究生:陳璽元
研究生(外文):His-Yuan Chen
論文名稱:高性能可攜式多功能生物感測系統設計與實現
論文名稱(外文):High Performance Portable Multi-Function Biosensing System Design and Implementation
指導教授:孫台平
指導教授(外文):Tai-Ping Sun
學位類別:碩士
校院名稱:國立暨南國際大學
系所名稱:生物醫學科技研究所
學門:醫藥衛生學門
學類:醫學技術及檢驗學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:儀表放大器酸鹼感測器血糖感測器兩點校正PIC18F4550
外文關鍵詞:pre amplifierpH sensorblood sugar sensortwo point calibrationPIC18f4550
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本論文主要以電壓式及電流式之雙模感測系統應用於酸鹼量測及血糖量測並搭配以儀表放大器、凖位調整器、低通濾波器、轉阻放大器及電壓隨耦器所組成之讀出電路,接著經由兩點校正演算法將訊號轉為正確之讀數,最後再將此讀數輸出至液晶顯示模組。
本論文之系統頻寬為0.1Hz、系統最大增益為10倍。酸鹼感測系統之最小顯示為0.01pH,量測範圍為pH2至pH12。血糖感測系統之量測圍為50mg/dL至200mg/dL,最小顯示為1mg/dL。
This thesis has been finished with voltage mode readout circuit for pH sensor and current mode readout circuit for blood sugar sensor. The readout circuit includes pre amplifier、level shift、transimpedance amplifier and buffer stage. The sensor signal was calibrated by two point calibration and displayed to the LCD module.
The bandwidth of system is 0.1Hz、gain of system is 10. The LSB of pH meter is 0.01pH and the range were measured between pH2 and pH12. The LSB of blood sugar meter is 1mg/dL and the range were measured between 50mg/dL and 200mg/dL.
目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 章節提要 3
第2章 理論背景 4
2.1 研究背景 4
2.2 文獻回顧 6
2.3 感測器製作方法 8
2.3.1 ISFET與EGFET之工作原理 9
2.4 生物感測器之分類方法 12
2.5 設計流程圖 16
第3章 系統架構及電路分析與設計 17
3.1 系統設計前言 17
3.2 系統架構 17
3.3 前置放大器之設計 21
3.3.1 儀表放大器之原理 21
3.3.2 儀表放大器之選擇 29
3.4 凖位調整電路 31
3.5 系統雜訊 34
3.5.1 熱雜訊( Thermal Noise ) 34
3.5.2 閃爍雜訊(Flicker Noise, 1/f Noise) 36
3.6 濾波器設計 38
3.6.1 濾波器之形式 39
3.6.2 濾波器之設計方法 43
3.7 轉阻電路設計 49
3.8 微控制器之類比數位轉換器 52
3.9 電壓隨耦器 58
3.10 兩點校正演算法與流程圖 59
第4章 結果與系統驗證 62
4.1 儀表放大器電路驗證 62
4.2 凖位調整電路驗證 64
4.3 低通濾波器驗證 65
4.4 兩點校正演算法驗證 67
4.5 生物離子感測器 69
4.5.1 酸鹼感測器 69
4.5.2 血糖感測器 70
4.6 系統實測 72
4.6.1 酸鹼感測系統量測 72
4.6.2 酸鹼感測系統實接 73
4.6.3 系統規格表 74
第5章 結論與未來展望 75
5.1 結論 75
5.2 未來展望 77
參考文獻 79
[1]http://nova.ame.ntu.edu.tw
[2]詹益治,“適用於離子敏感性場效電晶體之酸鹼感測計系統晶片設計研究”,中原大學電子工程系碩士論文,2001
[3] 葉茂祥,“尿素感測器低電壓前置放大器及系統應用之設計研究”,中原大學電子工程系碩士論文,2002
[4] 王耀鋒,“3V 可攜式離子感測場效電晶體感測器訊號處理之特殊應用積體電路系統研究”,中原大學電子工程系碩士論文,2002
[5] 林啟明, “八位元精簡指令集微控制器於可攜式酸鹼度計訊號處理之設計與應用”, 中原大學電子工程系碩士論文,2006
[6] 楊俊秋,“嵌入式系統技術應用於可攜式多重離子感測系統之研究”,
中原大學電子工程系碩士論文,2006
[7]Chang-Zong Lin “Study of Sol-gel Technology Fabricated TiO2 Film Application to Amperometric Biosensor”, Institute of Electrical Engineering,Hua Fan University 2005.
[8]http://www.endress.com/eh/sc/africa/za/en/home.nsf/contentview/B966527DDAE9208AC1256C87002D7CD3
[9]李冠餘,“Sol-gel TiO2多元化生醫感測器之研究”,國立暨南國際大學生物醫學科技研究所碩士論文,2007
[10]http://tw.myblog.yahoo.com/jw!jyrXUV6EGQGbAcauboxGiIE7/article?mid=266
[11]Wu Shixiang, Yu Dun, Wang Guihua, Study on Ion Selective Field Effect Transistor Chemical Sensors 3(1990)56-61.
[12]http://tw.myblog.yahoo.com/jw!jyrXUV6EGQGbAcauboxGiIE7/article?mid=266

[13]陳坤澤,“多功能脈診儀系統設計與實現”,國立暨南國際大學生物醫學科技研究所碩士論文,2007
[14]Sedra/Smith, ‘Microelectronic Circuits Fifth edition’,OXFORD,2004
[15]http://www.endress.com/eh/sc/africa/za/en/home.nsf/contentview/B966527DDAE9208AC1256C87002D7CD3
[16] Rolf Schaumann, “DESIGN OF ANALOG FILTERS”, OXFORD University, 2001.
[17]林士庭,“不同型濾波器積體電路設計應用於電力線通訊傳輸系統”,國立暨南大學電機工程系碩士論文,2007
[18]曾百由,“微處理器原理與應用-C語言與PIC18微控制器”,五南圖書,2006
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