面向光學(xué)生物傳感器的海量光譜信號(hào)特征檢測系統(tǒng).pdf

1、多孔硅微諧振腔可作為一種重要的光學(xué)生物傳感器。微諧振腔結(jié)構(gòu)會(huì)在缺陷層中限制諧振波長的入射光，從而在反射光譜中形成一個(gè)高品質(zhì)因子的諧振谷。通過將待測溶液注入多孔硅的孔道，可以檢測出不同的反射光譜。由于反射光譜上諧振谷位置的移動(dòng)與溶液濃度成正比，所以檢測光譜中諧振谷的位置計(jì)算出紅移量就可以分辨出不同的待測對(duì)象。
　　基于多孔硅微諧振腔的光學(xué)生物傳感器已被應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學(xué)檢測等領(lǐng)域。目前對(duì)于多孔硅微諧振腔光學(xué)生物傳感器應(yīng)用的研究都局

2、限于對(duì)單一傳感器產(chǎn)生的少量數(shù)據(jù)做本地的檢測和分析。實(shí)際的應(yīng)用場景中如實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測以及遠(yuǎn)程醫(yī)療檢測，將產(chǎn)生海量的信號(hào)，并且傳感器端不一定具備本地的數(shù)據(jù)處理和分析的能力。當(dāng)前對(duì)于海量光譜信號(hào)的處理并沒有相關(guān)的研究及解決方案。
　　本文提出了一種基于云計(jì)算的海量光譜數(shù)據(jù)特征檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)將數(shù)據(jù)的采集和處理分離。遠(yuǎn)程客戶端負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的采集，服務(wù)器端對(duì)數(shù)據(jù)做統(tǒng)一的檢測和分析。服務(wù)器端利用FPGA計(jì)算并行、高計(jì)算速度以及低功耗的優(yōu)勢(shì)將其

3、作為信號(hào)處理單元來實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的快速特征檢測，并使用PCI Express來提供極高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，使得信號(hào)處理單元具有較大的吞吐率，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理能力。在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理加速器使用了一種基于FIFO的流式結(jié)構(gòu)，集成多個(gè)特征檢測模塊作為數(shù)據(jù)處理通道。這種結(jié)構(gòu)具有較低的硬件資源消耗以及良好的可擴(kuò)展性。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的特征檢測模塊是基于一維光譜數(shù)據(jù)特征檢測算法[1]設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的，具有動(dòng)態(tài)可配置的特性。通過修改配置寄存器中的值即可