[发明专利]一种用于生物特征信息提取的输入和输出集成系统

权利要求书

1.一种用于生物特征信息提取的输入和输出集成系统，其特征在于，包括：激光器，光波导，荧光光谱仪，荧光图像传感器，数字处理器，计算系统和电气控制部；

所述激光器耦合光波导，所述光波导中段的内部设置有检测区域，所述激光器发出的宽光谱脉冲激光被光波导传输并聚焦至所述检测区域，标记的被测物在所述检测区域受所述激光器发出的宽光谱脉冲激光照射后产生荧光信号，所述荧光光谱仪与光波导的输出端相耦合，荧光信号耦合进入荧光光谱仪；

所述荧光光谱仪分别连接所述数字处理器和激光器，所述数字处理器将处理信号输出至所述电气控制部，所述电气控制部连接并控制所述激光器；

所述荧光图像传感器与荧光光谱仪耦合，用于对荧光信号进行合成，生成荧光光谱曲线；所述荧光图像传感器连接所述计算系统，计算系统连接所述激光器，计算系统用于对所述荧光光谱曲线进行提取及分析，从而获得待测样品的生物特征信息；

所述计算系统对所述荧光光谱曲线进行提取及分析的具体过程如下：

激光器在标记的被测物的位置r_s处和时间t时的频率范围为的激光激发而产生的时域荧光光强由下式给出：

；

其中是灵敏度函数，代表脉冲激光频率能够激发出的荧光物质所具有的生物特征参数，为脉冲激光频率能够激发出的荧光的衰减时间,S为检测区域C的表面积；

样品特征值A由总采集时间P内累积时域荧光光强中包含的多个衰变的荧光光谱峰值按照强度权重计算而成：

；

；

将所述样品特征值A输入到特征数据库，并将对照结果输出送至用户终端，从而获得待测样品的生物特征信息。

2.根据权利要求1所述的输入和输出集成系统，其特征在于，所述灵敏度函数W代表荧光频率和激光器发射的脉冲激光频率下的背景光学特性，表示为：

。

3.根据权利要求1所述的输入和输出集成系统，其特征在于，所述荧光光谱仪包括：荧光信号探测模块、第一光电倍增管、第一调制解调器、第二光电倍增管、第二调制解调器和电压幅度变换器；

所述荧光信号探测模块用于对标记的被测物在检测区域受脉冲激光照射后产生的荧光信号进行探测，输出携带荧光波长信息的光谱信号；

所述荧光信号探测模块分别连接有第一光电倍增管和第二光电倍增管；所述第一光电倍增管用于探测携带荧光波长信息的光谱信号，并将所述光谱信号转换成对应光子信息的第一脉冲电信号，同时将第一脉冲电信号传输给第一调制解调器；

所述第二光电倍增管用于探测激光器输出的脉冲激光来产生对应光子信息的第二脉冲电信号并作为参考脉冲信号传输给第二调制解调器；

所述电压幅度变换器分别连接第二调制解调器和第一调制解调器，用于将所述第一脉冲电信号和所述第二脉冲电信号到达的时间分别转换为相应的电压值，并将电压值发送至所述数字处理器；

所述数字处理器用于计算两个脉冲电信号的电压差值，并将电压差值传送至电气控制部，所述电气控制部控制激光器构建最佳脉冲激光发射宽光谱。

4.根据权利要求1所述的输入和输出集成系统，其特征在于，所述荧光图像传感器按设置好的单帧曝光时间Em、采样周期以及总采集时间P进行时域分辨高速连续曝光，将由宽光谱脉冲激光激发的随时间衰减的个荧光光谱信号记录并合成为一个总采集时间的荧光光谱曲线，并送至所述计算系统。

5.根据权利要求1所述的输入和输出集成系统，其特征在于，所述检测区域的两端连接有混合入口和样品出口；待测样品通过样品上入口流入，标记物通过样品下入口流入，二者混合后形成标记的被测物从所述混合入口流入检测区域，并从样品出口流出。

6.根据权利要求3所述的输入和输出集成系统，其特征在于，所述第一调制解调器用于调整第一脉冲电信号以避免信号抖动引起的误差；所述第二调制解调器用于调整所述第二脉冲电信号避免信号抖动引起的误差。