本發明涉及光傳感領域，具體涉及一種便攜式生物傳感器及其控制方法。
背景技術：
1、先進的醫學診斷技術對于提前識別或預防人類疾病并進行有效的臨床治療至關重要。然而如今的大多數診斷都是根據標準測試，由訓練有素的專家在集中的臨床實驗室使用精致和復雜的儀器進行的，獲取和維護成本高昂。
2、所以人們期望一種快速、可靠和低成本的個性化醫學檢測技術。所以基于便攜式生物監測儀器的片上診斷護理點(point-of-care,poc)技術應運而生,這種系統可以在很短的時間內提供測試診斷結果，因此，poc診斷在21世紀給全球醫療保健產業帶來了革命性的希望。
3、片上診斷護理點的核心是使用不同的材料平臺，在芯片上制造不同的微型化結構進行無標記光學檢測。
4、最先進的芯片級無標記光學生物監測方案主要包括基于金屬薄膜的表面等離子共振(spr)技術，分為表面增強拉曼散射(sers)和局域表面等離子共振(lspr)；超高q光學微腔技術；基于的電介質材料的雙偏振干涉(dpi)和反射干涉(rifs)技術；以及基于硅光子技術的集成光學生物傳感器。
5、其中硅光子技術憑借著其先進的維納加工技術，尤其是和互補金屬氧化物半導體工藝(cmos)兼容的巨大優勢，和快速發展的表面功能化策略，被廣泛認為是下一代芯片實驗室生物分析系統的一個非常有前途的平臺。
6、在光子集成電路(pic),是利用光波導的倏逝場和外部修飾生物物質的相互作用來引起波導有效折射率的變化來進行生物或者化學物質含量的檢測。
7、主要包括三種結構：馬赫-增德干涉儀(mzi)、光子晶體諧振腔和微環諧振器。對于片上護理點診斷應用來說，都要求這些傳感器具有超高的靈敏度以達到低檢測限和高的準確度。
8、其中微環諧振器由于其小尺寸(便于集成)和非常窄的洛倫茲諧振峰(檢測極限低，通常為10-4數量級)，是所有類型的光子生物傳感器中最具有潛力的一種。
9、現有的基于硅光微環諧振器的便攜式生物傳感器信號讀出模型都是使用寬帶光源加光電探測器進行強度積分檢測；或者直接在實驗室采用臺式光譜儀進行諧振光譜分析。
10、微環諧振器加強度積分的方式相當于經歷了光源發光強度-帶寬，光源到器件的耦合，微環諧振器對光譜進行濾波采樣，光學信號強度到-光電探測器-電學信號強度四種信號傳遞過程，這種強度傳遞過程是非線性，這種強度積分過程在整個傳感強度分布曲線中表示一種絕對強度，需要復雜的歸一化過程，而且非常具有隨機性。同時“采樣”要求微環諧振器具有較高的q因子，即窄線寬，但是由于水溶液在紅外波導具有強烈的吸收作用，在水溶液下達到很低的窄線寬是困難的。
11、q因子和強度積分模型如公式(2)和(3)：
12、p＝∫tr(λ)×s(λ)dλ
13、q＝λr/w
14、其中p表示寬帶光源光譜通過微環諧振器的積分信號強度,s(λ)表示寬帶光源的光譜。
技術實現思路
1、為了實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案為：
2、一種便攜式生物傳感器，其特征在于，包括：光源模塊、光電轉換模塊、微環諧振器傳感模塊以及數字信號處理模塊混合集成在pcb板上，所述光源模塊發出單波長光，通過微環諧振器傳感模塊帶動諧振波長發生移動，再通過光電轉換模塊帶動光強轉化為電壓信號，最后通過數字信號處理模塊帶動電壓信號存儲并進行排序得到最小的電壓值。通過光源模塊、光電轉換模塊、微黃諧振器傳感模塊以及數字信號處理模塊回合集成在pcb板上，提供了一個清晰簡單的傳感信號傳遞過程，為便攜式生物傳感器提供了一種更加低成本，集成度更高地模型。同時將采樣過程進行反轉，將全局絕對強度的觀察轉移到局部相對強度的探測，極大地降低了傳感信號的處理復雜度，提高了傳感精度。
3、優選的，光源模塊包括：一個面發射角為40°的垂直腔面發射激光器，所述垂直腔面發射激光器通過微透鏡和光柵耦合器，將光耦合進微環諧振傳感模塊中，所述垂直腔面發射激光器的正負電極分別通過金線鍵合以及肖特基二極管與外界驅動電路連接，垂直腔面發射激光器的輸出波長通過外界的驅動電路進行改變。
4、優選的，微環諧振傳感模塊包括:一個用于傳感的微環諧振器，一個波導分束器，一個用于輸入光源光柵耦合器和一個用于端面耦合的錐形波導，所述錐形波導連接到osa光譜儀上用于光譜參照，所述微環諧振器上方設有帶動水溶液與微環諧振器接觸的開窗。
5、優選的，光電轉換模塊包括：光電探測器和跨阻放大器，光探測器垂直放置，它的光接收面緊貼錐形波導末端；
6、跨阻放大器將來自光電探測器的光電流轉換為電壓信號用于下一步處理，所述跨阻放大器與光電探測器之間通過金線鍵合。
7、優選的，數字信號處理模塊包括：數字信號處理器dsp以及tia芯片，所述數字信號處理器dsp與tia芯片通過引線鍵合。
8、與現有技術相比，本發明的有益效果是：
9、1.通過光源模塊、光電轉換模塊、微黃諧振器傳感模塊以及數字信號處理模塊回合集成在pcb板上，提供了一個清晰簡單的傳感信號傳遞過程，為便攜式生物傳感器提供了一種更加低成本，集成度更高地模型。同時將采樣過程進行反轉，將全局絕對強度的觀察轉移到局部相對強度的探測，極大地降低了傳感信號的處理復雜度，提高了傳感精度。
10、2.通過設置驅動電路改變垂直腔面發射激光器的輸出波長，并通過存儲的濃度-諧振波長圖快速得到溶液濃度。
1.一種便攜式生物傳感器，其特征在于，包括：光源模塊、光電轉換模塊、微環諧振器傳感模塊以及數字信號處理模塊混合集成在pcb板上，所述光源模塊發出單波長光，通過微環諧振器傳感模塊帶動諧振波長發生移動，再通過光電轉換模塊帶動光強轉化為電壓信號，最后通過數字信號處理模塊帶動電壓信號存儲并進行排序得到最小的電壓值。
2.根據權利要求1所述的便攜式生物傳感器，其特征在于，所述光源模塊包括：一個面發射角為40°的垂直腔面發射激光器，所述垂直腔面發射激光器通過微透鏡和光柵耦合器，將光耦合進微環諧振傳感模塊中，所述垂直腔面發射激光器的正負電極分別通過金線鍵合以及肖特基二極管與外界驅動電路連接，垂直腔面發射激光器的輸出波長通過外界的驅動電路進行改變。
3.根據權利要求2所述的便攜式生物傳感器，其特征在于，所述微環諧振傳感模塊包括:一個用于傳感的微環諧振器，一個波導分束器，一個用于輸入光源光柵耦合器和一個用于端面耦合的錐形波導，所述錐形波導連接到osa光譜儀上用于光譜參照，所述微環諧振器上方設有帶動水溶液與微環諧振器接觸的開窗。
4.根據權利要求3所述的便攜式生物傳感器，其特征在于，所述光電轉換模塊包括：光電探測器和跨阻放大器，光探測器垂直放置，它的光接收面緊貼錐形波導末端；
5.根據權利要求3所述的便攜式生物傳感器，其特征在于，所述數字信號處理模塊包括：數字信號處理器dsp以及tia芯片，所述數字信號處理器dsp與tia芯片通過引線鍵合。
6.一種用于權利要求1至權利要求5任意一項所述便攜式生物傳感器的控制方法，其特征在于，包括：
7.根據權利要求6所述的便攜式生物傳感器的控制方法，其特征在于，所述驅動電路將調制電壓從8v調到1v，步長為0.002v，最后回到偏置電壓處(8v)，從而對垂直腔面發射激光器其輸出的波長進行調節。
8.根據權利要求6所述的便攜式生物傳感器的控制方法，其特征在于，dsp模塊將來自tia芯片的電壓記錄下來，進行排序，最小的電壓值代表微環諧振器的諧振點，對應的掃描電壓所對應的波長為諧振波長，通過存儲的濃度-諧振波長圖得到溶液濃度。
9.根據權利要求6所述的便攜式生物傳感器的控制方法，其特征在于，微環諧振器的光譜模型計算公式為：