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FGB-04毒劑報(bào)警器

簡要描述:主要研發(fā)內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù) FGB-04毒劑報(bào)警器
1 主要研發(fā)內(nèi)容
本項(xiàng)目研究開發(fā)一種生物劑檢測報(bào)警器,研究內(nèi)容主要包括觸發(fā)器/提示裝置單元、生物采集器單元、檢測器單元、氣路單元、嵌入式系統(tǒng)單元、生物實(shí)驗(yàn)室單元和電源模塊設(shè)計(jì)單元幾個(gè)部分。

  • 產(chǎn)品型號:
  • 廠商性質(zhì):生產(chǎn)廠家
  • 更新時(shí)間:2024-08-20
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詳細(xì)介紹

2 分系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

2、1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

生物劑檢測報(bào)警器系統(tǒng)的工作原理是將背景空氣中的氣溶膠進(jìn)行分析和感測,然后利用采樣器將其進(jìn)行濃縮為后期檢測提供樣品,采集的檢測樣品進(jìn)入檢測器進(jìn)行特異性識別,通過分析鑒別后判斷是否有生物劑物質(zhì)。

觸發(fā)器/提示裝置設(shè)計(jì)開發(fā)

觸發(fā)器的功能是對背景空氣發(fā)生的變化提供一個(gè)早期報(bào)警。觸發(fā)器工作時(shí)需要在一個(gè)特定的地點(diǎn)建立背景氣溶膠水平值,然后感測在這個(gè)背景下發(fā)生的氣溶膠粒子數(shù)的變化。觸發(fā)器是非特異性的且不對微生物進(jìn)行鑒定,而只對背景氣溶膠出現(xiàn)的變化進(jìn)行指示。

提示裝置,首先能測定什么時(shí)候出現(xiàn)粒子數(shù)的增多,然后能夠區(qū)分生物氣溶膠和非生物氣溶膠的濃度(非特異生物戰(zhàn)劑檢測)。粒子測量指一種用于非特異性的檢測技術(shù),是測量具有特定尺度(通常為0.5μm30μm)粒子的相對數(shù)量。粒子測量主要有以下兩種方法,一是空氣動(dòng)力學(xué)粒子篩選(APS)技術(shù),它是將充滿粒子的氣流通過一個(gè)氣流噴嘴吸入APS裝置,產(chǎn)生一個(gè)可控制的高速氣溶膠射流。在測量期間,氣流速度保持恒定,由于射流內(nèi)各粒子的尺度不同,它們會(huì)以不同的比率進(jìn)行加速(小粒子比大粒子加速快);然后用一束激光測量各粒子的飛行時(shí)間??諝鈩?dòng)力學(xué)粒子篩選技術(shù)被直接用于對野外生物戰(zhàn)劑的檢測。二是高通量空氣動(dòng)力學(xué)粒度分級器(HVAPS),它是將一個(gè)加速和濃縮的氣流通過一個(gè)激光粒子計(jì)數(shù)器,得到氣溶膠的粒度分布和濃度信息。但這種儀器不能將生物氣溶膠同非生物氣溶膠區(qū)分開來。

2、2 生物采集器

由于空氣中極低的生物戰(zhàn)劑難于被檢測出來,但確能造成嚴(yán)重的效果,因此需要一個(gè)對氣流中粒子/氣溶膠進(jìn)行濃縮的裝置。采樣器/收集器對大氣進(jìn)行采樣并將空氣中的粒子濃縮在一個(gè)液態(tài)介質(zhì)中用于分析。與其它類型氣溶膠或粒子采集的主要不同之處,一是在于生物戰(zhàn)劑采樣對象通常是活的有機(jī)體,必須對采集的樣品加以保存,不能損害;二是絕大多數(shù)生物戰(zhàn)劑檢測和識別技術(shù)需要一個(gè)液態(tài)的樣品,收集物必須是來自液體中的氣溶膠或粒子;三是液體樣本必須是高度濃縮的,而且可用于快速分析,因?yàn)轫憫?yīng)時(shí)間是非常關(guān)鍵的。作為檢測系統(tǒng)的一部分,收集器是非常有用的,當(dāng)收集器收到觸發(fā)器發(fā)出的表示背景水平出現(xiàn)了變化的信號時(shí),便開始對空氣采樣,再將空氣中的粒子濃縮在一個(gè)液體介質(zhì)中。收集器為生物檢測系統(tǒng)的鑒別部件提供原料",同時(shí)也為確定性識別和法醫(yī)鑒定分析提供樣品。收集器獲取和濃縮氣溶膠樣品的效率會(huì)明顯地影響下游的幾個(gè)功能。收集器可大致分為兩類:一類收集器體積較大且耗電量高,這類收集器具有較高

的收集和濃縮效率;另一類收集器體積較小耗電量低(作便攜式用),但收集和濃縮效率較低。收集器在一個(gè)檢測系統(tǒng)的總質(zhì)量、總尺寸和總功率需要量中所占的比例是非常大的.

2、3 檢測器

氣溶膠檢測器工作時(shí)的流程是,首先檢測空氣通過微型泵泵入光路通道的一個(gè)撞擊器上,在這里實(shí)現(xiàn)粒子的收集并統(tǒng)一到樣品盤面上,之后通過紫外光照射樣品盤,同時(shí)用另外一個(gè)光學(xué)檢測器檢測受照粒子所產(chǎn)生的熒光,測量生物粒子相對應(yīng)波長下的熒光強(qiáng)度,如果檢測到與生物氣溶膠粒子相關(guān)的熒光強(qiáng)度明顯升高,則將回收的樣品送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析,如果出現(xiàn)一個(gè)報(bào)警,就表示應(yīng)該進(jìn)行樣品的采樣操作了,與此同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)措施。氣溶膠檢測方案設(shè)計(jì)如圖2所示。

檢測器(特異性識別技術(shù))是一個(gè)部件,它能夠識別可疑生物戰(zhàn)劑(細(xì)菌或病毒戰(zhàn)劑)"的水平以及毒素的類型。特異性識別技術(shù)是根據(jù)檢測該生物戰(zhàn)劑所持有的一個(gè)特異性生物標(biāo)記物來完成的;基于抗體的鑒別器用于對速度和自動(dòng)化要求較高的檢測系統(tǒng)。這里主要應(yīng)用了免疫技術(shù)和核酸擴(kuò)增法的算法。免疫分析技術(shù)對抗原(身體的外來物)與相對應(yīng)的抗體高度專一性結(jié)合的檢測,是通過形成抗原-抗體復(fù)合物來實(shí)現(xiàn)的,是依賴于抗原-抗體結(jié)合的特異性。免疫分析法可分為:可拋棄基質(zhì)型裝置(測試條和測試盒);使用標(biāo)記試劑間接測量抗原抗-體結(jié)合的生物傳感器;不需要

標(biāo)記物(直接親和分析法)的生物傳感器等3種方法。 核酸擴(kuò)增法用來幫助檢測細(xì)菌和病毒(核酸擴(kuò)增法本身不能直接檢測毒素的存在)戰(zhàn)劑的DNARNA。用于核酸分析的樣品可直接從野

外獲得、通過試驗(yàn)室培養(yǎng)或從感染動(dòng)物或人的組織中獲得。迷你型PCR利用聚合酶鏈反應(yīng)的過程和泰克曼化學(xué)反應(yīng)試劑,將一個(gè)可疑的樣品放入一個(gè)可快速加熱和冷卻的小型熱循環(huán)儀中,在這個(gè)熱循環(huán)儀中嵌入了一個(gè)小型的光學(xué)系統(tǒng),熱循環(huán)光學(xué)系統(tǒng)如圖3所示。

2、4 氣路單元設(shè)計(jì)試制

氣路系統(tǒng)工作的原理是將空氣(樣氣)由進(jìn)氣嘴周圍的小孔通過濾紙進(jìn)入檢測器,再經(jīng)過抽氣泵,由排氣口排出。其主要作用是將空氣(樣氣)抽進(jìn)檢測器,被紫外線照射,形成熒光,通過光敏傳感器輸出電信號,經(jīng)微電流放大器放大。樣氣最后由排氣口排出。氣路單元設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

25 嵌入系統(tǒng)開發(fā)

首先,在本系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)方面,由于該嵌入系統(tǒng)主要作為數(shù)據(jù)運(yùn)算處理及顯示操作界面使用,不需要強(qiáng)大的I/OADC等數(shù)據(jù)采集能力,所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)對外接口一般只保留常用的通訊接口;而操作界面可以采用觸摸屏或簡單的鍵盤操作;在系統(tǒng)內(nèi)部主要考慮操作系統(tǒng)及開發(fā)工具選擇。提供強(qiáng)大的顯示及操作界面。其次,在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面,操作系統(tǒng)采用開放源代碼的Linux操作系統(tǒng),從而保證系統(tǒng)的安全可靠,確保沒有其他操作系統(tǒng)留有后門程序及不可見漏洞的問題。開發(fā)平臺對大多數(shù)應(yīng)用提供JAVA開發(fā)平臺,把對各種通訊接口訪問的功能以及對LCD顯示屏和操作界面的功能封裝成多個(gè)JAVA開發(fā)包,開發(fā)人員可以很容易的使用這些JAVA開發(fā)包,通過簡單的編程工作就完成需要的功能。同時(shí),由于JAVA語言本身的可靠性也可以使系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。在對系統(tǒng)低層需要特殊控制的時(shí)候則可以采用傳統(tǒng)的C/C++開發(fā)。最后,在數(shù)據(jù)存儲方面,對于大量的很少改變的程序數(shù)據(jù)可以采用Flash技術(shù)存儲,例如Flash MemorySD卡,DiskOnChip等技術(shù)。而對于臨時(shí)數(shù)據(jù)則使用SDRAM提供大容量的內(nèi)存。對于一些需要保密的安全數(shù)據(jù)則可以使用鐵電存儲器FRAMFRAM具有數(shù)據(jù)掉電不丟失的特性,同時(shí)在緊急情況下FRAM的數(shù)據(jù)也可以在幾個(gè)微秒內(nèi)銷毀。

2、6 電源模塊設(shè)計(jì)試制

設(shè)備的外供電源是車載蓄電池(12V24V),即可滿足儀器各單元的電源需求,并滿足整機(jī)電磁兼容性和可靠性的指標(biāo)。



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