基于FPAA与序贯双卡尔曼滤波信息融合的PCR温控.pdfVIP

学兔兔 第33卷 第2期 仪 器 仪 表 学 报 VoL 33 No．2 2012年2月 Chinese Joumal of Scientific Instrument Feb．2012 基于FPAA与序贯双卡尔曼滤波信息 融合的PCR温控水 陈旭海 ，杜 民 (1福州大学电气工程与自动化学院 福州 350000；2福建省医疗器械和医药技术重点实验室 福州 350000) 摘 要：传统PCR(polymerase chain reaction)仪对样品反应池壁温度进行接触式测量与温控，存在测量迟滞大、无法直接控制试 剂温度的缺点。研制的电化学实时定量PCR温控系统采用红外温度传感器、热源温度传感器以及环境温度传感器分别测量试 剂表面热辐射、热源与反应池壁温度与环境温度，并提出序贯双卡尔曼滤波估计算法对三点温度数据进行信息融合从而估计出 试剂表面温度真实值。该算法中迭代卡尔曼滤波器(iterated extended Kalman fiher，IEKF)与线性卡尔曼滤波器(Kalman filter， KF)顺序运行，结合了IEKF非线性估计收敛快与KF实时性高的优点，克服了红外测温噪声大，易受环境、被测物热辐射率等因 素影响的缺点。试剂温度的估计值作为反馈输入到基于FPAA(field programmable analog array)的可动态配置PID控制器中构 成闭环控制，同时微控制器根据不同温控阶段的控制要求对PID控制器进行配置，从而提高温控效率。实验表明，滤波估计后 红外测温精度由2℃提高至0．3℃；试剂表面温度监控与可动态配置PID使得PCR温控更加准确高效；PCR产物测试结果优 于市面上PCR仪、恒温时问设置更加合理。 关键词：卡尔曼滤波器；可编程模拟阵列；聚合酶链式反应；红外测温 中图分类号：TP301．6 TH776 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：510．4030 Multipoint temperature information fusion using sequential dual Kalman filter for temperature control system of portable RT-PCR instrument Chen Xuhai ，Du Min (J College of Electrical Engineering and Automation，Fuzhou University，Fuzhou 350000，China； 2 Fujian Key Laboratory of Medical InstrumentationPharmaceutical Technology，Fuzhou 350000，China) Abstract：Traditional PCR instrument detects the temperature of reagent with contact measurement．which has sever． allimitations such as thermal hysteresis．reagent contamination and point．measurement．Thus an infra red thermome． ter iS applied to contactlessly measure the temperature of reagent．But infra red thermometer has the defect of rela． tively high measurement noise．Therefore，we propose a sequential dual Kalman filter(Seq-DKF)algorithm th