专利名称：位移同步数据采集方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明与基因芯片扫描仪有关，特别是一种基因芯片扫描的位移同步数据采集方法及其装置。
在基因芯片扫描仪中，数据采集和运动同步控制是一个成像关键。如
图1所示，在每一行扫描过程中，样品在扫描方向运动速率V是随时间变化的，它经过一个加速运动-匀速运动-减速运动的过程，造成位移与时间关系如图中曲线。在这个过程中如果采用一般的等时间间隔数字采样，采得的一条扫描线的波形将在两边速度很慢的地方展宽，从而使整个扫描图象畸变失真，如右下图所示。再加上现实际运动存在不规则的抖动和速度变化，图象会严重扭曲。
传统的方法为避免在加速和减速过程中采样，采取仅仅在匀速运动时进行等时间间隔采样。但是，对于一定扫描长度而言，必须在两端保留足够的启动和停止距离，势必增加机械行程，降低扫描效率。
本发明的目的在于为了克服上述已有等时间间隔采样的缺点，提供一种位移同步数据采集方法及其装置，使基因芯片扫描仪可以高效率扫描，并获得不失真的扫描图象。
本发明的目的是这样实现的一种用于基因芯片扫描的位移同步数据采集方法，其特征在于该方法包括下列步骤(1)由扫描起始点开始，每隔一个像元大小采集一个荧光强度数据，以实现运动位移信息和数据同步采集；(2)一条扫描线的数据自然构成图象的一行；(3)然后纵向步进一个像元间距，再进行下一条扫描线的扫描，构成图象的第2行；
(4)如此循环，通过若干次扫描，直至完成芯片的扫描，所得数据的集合构成实际芯片同比例的图象；采用增量编码器输出的电脉冲即码盘信号作运动位移相对应的参考信号；所说的增量编码器可为旋转增量编码器或线性增量编码器；采用码盘脉冲触发同步采样，用编码脉冲的上升沿或下降沿触发采样，以获得空间等间距的采用波形；采用码盘脉冲参考数字同步重采样，其步骤如下(1)用较高的采样速率将样本信号的时域波形和码盘脉冲波形同时采集为数字波形；(2)通过码盘脉冲信号上升或下降沿所对应的时间和位移的内插或拟合得到等位移一时间曲线；(3)通过位移时间曲线查得样本信号(即荧光信号)对位移的曲线，即等位移采样波形。
实施上述位移同步数据采集方法的位移同步数据采集装置，其特点在于该装置由旋转增量编码器即码盘、电动机、连轴器、丝杠、位移平台、荧光强度采样系统及计算机组成，电动机带动码盘旋转，码盘脉冲波形被计算机的数据采集器采集为数字波形，同时电动机驱动连轴器带动丝杠旋转，推动位移平台位移，荧光强度采样系统对芯片每一个像元进行扫描并采集荧光强度数据，形成样本信号时域波形，送入计算机的数据采集器，然后通过计算机进行码盘脉冲参考数字同步重采样，获得等位移采样数据。
本发明的优点是芯片扫描图象不因扫描运动速率随时间变化而失真，扫描效率也比较高。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是位移同步数据采集原理示意图。
图2是码盘脉冲触发同步采样示意图。
图3是码盘脉冲参考数字同步采样示意图。
图4是本发明位移同步数据采集装置结构关系示意图。
图5是采用数字同步重采样的数据流程图。
为了克服传统数据采集的缺陷，本发明的关键就是将等时间间隔数字采样改为等位移同步的数字采样，每个采样的间隔不再是由时间确定，而是由芯片的每个像元的尺度确定的。具体的说，就是根据基因芯片的具体情况，设定扫描间隔(10μ、20μ或50μ)和扫描范围，控制运动和采样同步，严格由扫描起始点开始，每隔一个像元大小采集一个荧光强度数据，使得一条横向扫描线数据自然成为图象的一行，然后纵向步进一个像元的间距，进行下一条扫描线的扫描，其数据自然构成图象的第二行，如此循环，通过若干次扫描，直至完成芯片的扫描，所得数据的集合构成实际芯片同比例的图象。
本发明的另一个关键是找到与运动位置相对应的参考信号。对于旋转驱动的运动部件可以在转轴上安装旋转增量编码器，它随转轴旋转一周均匀地输出N个脉冲信号，其输出的电脉冲信号与旋转角度对应，而旋转角度又与运动位置一一对。因为如果扫描运动是线性运动，也可采用线性增量编码器，这种编码器是由光栅条和读数头组成，有了码盘信号与运动位置关系后就可以码盘信号为同步参考作数据采集，具体方法有两种即码盘脉冲触发同步采样，如图2所示，码盘脉冲参考数字同步重采样，如图3所示。
码盘脉冲触发同步采样，当码盘相邻脉冲对应位移接近或者小于需要的空间采样间隔时可以采用本方法。如图2所示，用编码脉冲的上升或者下降沿触发采样，就得到了空间等间距的采样波形。然后需要调整空间采样的相位或者间距，可以在已获取的数据波形上进行数字重采样。这个方法的优点是用硬件实现等位移采样，数据速率较低，数据处理量小。
码盘脉冲参考数字同步重采样就是一个将硬件同步变为数据处理同步的方法。首先用较高的采样速率将时域波形和码盘脉冲信号同时采集为数字波形，如图3所示，可以通过码盘脉冲上升或者下降沿对应的时间和位移，内插或者拟合得到位移一时间曲线。由于时域波形是样本信号对时间的曲线，可以通过位移时间曲线查表得出样本信号对位移的曲线。也就是可以得出任意位移间隔的样本信号。这个方法的优点是采样速率不随扫描速度的改变而改变，方便滤波器设计，抗混叠能力强，采样信息量较大，可以按较小的空间位移采样。
图4是实施位移同步数据采集方法的采集装置的实施例的结构示意图，由图可见，本发明位移同步数据采集装置由旋转增量编码器即码盘2、电动机1、连轴器3、丝杠4、位移平台5、荧光强度采集系统6和计算机7组成，电动机1带动码盘2旋转，码盘脉冲波形被计算机7的数据采集器采集为数字波形(如图3下图所示)，同时电动机1驱动连轴器3带动丝杠4旋转，推动位移平台5位移，荧光强度采集系统6对芯片每一个像元进行扫描并采集荧光强度数据，形成样本信号时域波形(如图3上图所示)送入计算机7的数据采集器，然后通过计算机进行码盘脉冲参考数字同步重采样，即通过码盘脉冲信号上升沿或下降沿所对应的时间和位移的内插或拟合得到等位移一时间曲线(如图3中图所示)，通过位移时间曲线查得样本信号(即荧光信号)对位移的曲线，如图3中右图所示，即等位移采样波形。
上述数据处理过程如图5所示，在此不再赘述。
综上所述，可归纳本发明的优点是1．采用本发明的方法和装置对基因芯片进行位移同步数据采集，可获得不失真的扫描图象。
2．采用本发明的装置而制成的基因芯片扫描仪具有较高的扫描效率。
权利要求
1．一种用于基因芯片扫描的位移同步数据采集方法，其特征在于该方法包括下列步骤(1)由扫描起始点开始，每隔一个像元大小采集一个荧光强度数据，以实现运动位移信息和数据同步采集；(2)一条扫描线的数据自然构成图象的一行；(3)然后纵向步进一个像元间距，再进行下一条扫描线的扫描，构成图象的第2行；(4)如此循环，通过若干次扫描，直至完成芯片的扫描，所得数据的集合构成实际芯片同比例的图象。
2．根据权利要求1所述的位移同步数据采集方法，其特征在于采用增量编码器输出的电脉冲，即码盘信号作运动位移相对应的参考信号。
3．根据权利要求2所述的位移同步数据采集方法，其特征在于所说的增量编码器可为旋转增量编码器或线形增量编码器。
4．根据权利要求2所述的位移同步数据采集方法，其特征在于采用码盘脉冲触发同步采样，用编码脉冲的上升沿或下降沿触发采样，以获得空间等间距的采用波形。
5．根据权利要求2所述的位移同步数据采集方法，其特征在于采用码盘脉冲参考数字同步重采样，其步骤如下(1)用较高的采样速率将样本信号的时域波形和码盘脉冲波形同时采集为数字波形；(2)通过码盘脉冲信号上升或下降沿所对应的时间进行数字重采样；(3)通过位移时间曲线查得样本信号(即荧光信号)对位移的曲线，即等位移采样波形。
6．实施权利要求书1或5所述位移同步数据采集方法的位移同步数据采集装置，其特征在于该装置由旋转增量编码器即码盘(2)、电动机(1)、连轴器(3)、丝杠(4)、位移平台(5)、荧光强度采集系统(6)及计算机(7)组成，电动机(1)带动码盘(2)旋转，码盘脉冲波形被计算机(7)的数据采集器采集为数字波形，同时电动机(1)驱动连轴器(3)带动丝杠(4)旋转，推动位移平台(5)位移，荧光强度采集系统(6)对芯片每一个像元进行扫描并采集荧光强度数据，形成样本信号时域波形，送入计算机(7)的数据采集器，然后通过计算机(7)进行码盘脉冲参考数字同步重采样，获得等位移采样波形。
全文摘要
一种用于基因芯片扫描的位移同步数据采集方法，基本点是将习用的等时间间隔数据采样改为位移同步数据采样，实施该方法的装置由码盘、电动机、连轴器、丝杠、位移平台、荧光强度采集系统和计算机组成，电动机带动码盘旋转，码盘脉冲被计算机采集为数字波形，电动机同时驱动位移平台位移，荧光强度采集系统对芯片的每一个像元进行扫描并采集荧光强度数据，送入计算机，进行码盘脉冲参考数据同步重采样，获得等位移采样数据。
文档编号G01N21/64GK1317764SQ01113059
公开日2001年10月17日 申请日期2001年6月1日 优先权日2001年6月1日
发明者邵晖, 冯哲民, 陈大庞 申请人:上海爱普特仪器有限公司