基于LabVIEW的电磁场对生物溶液低速冷冻时相变影响的实验系统及研究

摘要

随着社会的发展和科学技术的进步，低温生物学越来越受到人们的关注。本课题是由国家自然科学基金(电磁场对低温下生物生态影响的机理研究)提供支持，目的是研究生物在低温保存过程中，低频电磁场对生物的冰晶形成的机理研究。由于降温速率的快慢直接影响细胞的存活，这就要求对降温和升温速率在合适的可调范围内。因此在低温生物学的发展过程中，对能提供低温环境下的温控系统的需求也越来越重要。本文先是介绍了以半导体制冷器为温控元件，采用PWM方式驱动的微机温控系统，基本实现了在低降温速率的条件，降温速率控制为0.5℃/min。该系统中首先对温度显微系统的总体平台进行了设计，采用以labVIEW为平台的软件系统，利用数据采集卡采集温度信号，通过输出PWM波进行温度的控制；其次设计出系统的硬件，并对如何产生低频旋转电磁场的设计方案给出了详细的说明。 本课题是讨论的是基于LabVIEW的电磁场对生物溶液低速冷冻时相变影响的实验系统及实验研究。本文选用的是基本生物溶液——生理盐水(为观察方便，用性质相似的浓度为0.9％的KMnO4溶液)作为实验对象，选用半导体制冷器作为降温元件，研制了磁场与温度变化参数可控的实时显微实验系统，利用低温生物显微镜对低温状态下生物溶液结冰过程进行观察。在不同频率、磁场以及某一恒定低降温速率下，观察溶液结冰过程中冰晶形状与磁场频率和强度的关系，以探求最佳的电磁控制参数来改善溶液冰晶生长的状况。通过大量的实验，得到了一些可供分析的结果；在降温速率为0.5℃/min时，加入频率为50Hz的低频旋转磁场，磁场强度为5.96高斯条件下，观察到冰晶比其它低频情况下形状更为细密，冰晶极小，因此对细胞的伤害较小，有利于对生物的保存。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题研究的背景

1.2国内外研究的现状

1.3虚拟仪器国内外发展状况

1.4本课题研究的主要内容

第二章系统平台

2.1虚拟仪器开发平台

2.1.1虚拟仪器的概念

2.1.2虚拟仪器的介绍

2.1.3虚拟仪器与传统仪器的比较

2.2图形化编程语言LabVIEW

2.2.1图形化编程语言

2.2.2 LabVIEW的特点

2.2.3 LabVIEW程序组成

2.2.4 LabVIEW设计方法

本章小节：

第三章基于LabVIEW的温控系统的硬件设计

3.1系统的总体构成

3.2铂电阻温度传感器

3.3半导体制冷器的介绍

3.3.1帕尔贴效应

3.3.2汤姆逊效应

3.3.3热电制冷原理

3.4光电耦合器及H桥驱动电路

3.4.1 H桥驱动原理

3.4.2 H桥驱动芯片

3.4.3光电耦合器及H桥驱动电路

3.5磁场装置

3.5.1磁场频率范围的确立

3.5.2磁场装置组成

3.5.3亥姆霍兹线圈原理

3.6数据采集技术

3.6.1数据采集卡

3.6.2数字滤波器

本章小节：

第四章基于LabVIEW的温控系统的软件设计

4.1监测系统的总体设计

4.2仪器面板的设计

4.2.1虚拟仪器软面板的设计原则

4.2.2仪器主面板的设计

4.3系统软件功能的实现

4.3.1数据采集模块

4.3.2数据分析模块

4.3.3数据存储模块

4.4 PID控制

4.4.1 PID调节的原理

4.4.2应用LabVIEW实现数字PID控制算法

本章小结：

第五章系统试验及结果分析

5.1系统试验

5.1.1试验步骤

5.1.2不同频率的磁场试验

5.2实验结果分析

本章小结：

结束语

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢