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1、10申请公布号CN102353658A43申请公布日20120215CN102353658ACN102353658A21申请号201110187552422申请日20110706G01N21/63200601G08C17/0220060171申请人中国科学院上海技术物理研究所地址200083上海市虹口区玉田路500号72发明人万雄舒嵘王建宇74专利代理机构上海新天专利代理有限公司31213代理人郭英54发明名称小型物联网激光诱导击穿光谱医学传感系统及方法57摘要本发明公开了一种小型物联网激光诱导击穿光谱医学传感系统及方法。它的光机电结构中所有供电、控制、制冷、MEMS光栅光谱仪、缓存、物联网身。
2、份识别、物联网数据传输功能的电子线路全部集中在微型电路系统；所有的光学元件全部集中在小型脉冲光纤激光器系统；该结构提高了系统的微型化程度，满足了物联网传感器的小型化要求。医学应用时由微控制器MCU控制紫蜂ZIGBEE收发器模块发送系统佩戴者头发等生物组织被小型脉冲光纤激光器系统激光的LIBS信号至物联网服务器专家系统进行分析诊断及存储，并可通过紫蜂ZIGBEE收发器模块接收专家系统的诊断结果。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页CN102353665A1/1页21一种小型物联网激光诱导击穿光谱医学传感系统，它包括微型电路系统3及小型脉冲。
3、光纤激光器系统18两个部分，其特征在于所述的微型电路系统3由紫蜂ZIGBEE收发器模块1、射频识别RFID模块2、微控制器MCU4、脉冲发生器5、泵浦激光器驱动电路及半导体制冷器6、种子激光器驱动电路7、1064NM脉冲半导体种子激光器8、泵浦波长915NM的半导体泵浦激光器9、微机电MEMS光栅光谱仪23、CCD驱动控制电路27、数字延迟脉冲发生器DG53528和CCD输出缓存器29组成，其中微机电MEMS光栅光谱仪23中内含有光纤固定端口24、线阵CCD25和微型自聚集凹面闪耀光栅26三部分；所述的小型脉冲光纤激光器系统18由信号光纤10、泵浦保护滤波器11、泵浦光纤12、光隔离器13、泵。
4、浦/信号合束器14、掺镱石英光纤放大器15和输出光隔离器16组成；系统首先由微控制器MCU4控制紫蜂ZIGBEE收发器模块1按照IEEE802154协议无线连接物联网，然后射频识别RFID模块2远程完成系统佩带者身份认证；微控制器MCU4发出启动信号至脉冲发生器，使1064NM脉冲半导体种子激光器发射单模脉冲种子激光，经信号光纤及光隔离器至泵浦/信号合束器14；泵浦波长915NM的半导体泵浦激光器9发出915NM泵浦激光经泵浦光纤及泵浦保护滤波器也到达泵浦/信号合束器14，种子激光与泵浦激光经泵浦/信号合束器14进入掺镱石英光纤放大器，经掺镱光纤放大后至输出光隔离器输出强功率1064NM脉冲红。
5、外激光；系统佩带者的头发指甲等组织放置在支架上，被小型脉冲光纤激光器系统产生的强功率1064NM脉冲红外激光击中后，基于激光诱导击穿光谱效应产生的等离子体，经光纤耦合器被一端固定的光纤收集进入微机电MEMS光栅光谱仪23，等离子体辐射信号经微型自聚集凹面闪耀光栅衍射，产生激光诱导击穿光谱信号，微控制器MCU4发出启动信号至脉冲发生器的同时，启动信号经数字延迟脉冲发生器DG53528产生一微秒量级的延时至CCD驱动控制电路27，以启动线阵CCD曝光激光诱导击穿光谱信号，该激光诱导击穿光谱信号先存入CCD输出缓存器，然后由微控制器MCU4控制紫蜂ZIGBEE收发器模块1发送CCD输出缓存器29中的。
6、激光诱导击穿光谱信号至物联网服务器专家系统进行分析诊断及存储，并可通过紫蜂ZIGBEE收发器模块1接收专家系统的诊断结果。2基于权利要求1所述系统的物联网激光诱导击穿光谱信号分析及传输方法，其特征在于以下步骤1微控制器MCU4控制紫蜂ZIGBEE收发器模块1无线连接物联网后，射频识别RFID模块2完成系统佩带者身份认证；2系统佩带者的头发指甲等组织17被小型脉冲光纤激光器系统18产生的强功率1064NM脉冲红外激光击中后，基于激光诱导击穿光谱效应产生的等离子体20被光纤22收集进入微机电MEMS光栅光谱仪23，激光诱导击穿光谱信号先存入CCD输出缓存器29；3由微控制器MCU4控制紫蜂ZIGB。
7、EE收发器模块1发送激光诱导击穿光谱信号至物联网服务器专家系统进行分析诊断及存储，并可通过紫蜂ZIGBEE收发器模块1接收专家系统的诊断结果。权利要求书CN102353658ACN102353665A1/3页3小型物联网激光诱导击穿光谱医学传感系统及方法技术领域0001本专利涉及一种医学传感系统，具体指一种小型物联网激光诱导击穿光谱医学传感系统及方法，它可用于物联网医学诊断。背景技术0002随着信息技术的日益发达，物联网将广泛应用于智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、个人健康、平安家居等诸多领域。而物联网的支撑技术则融合了传感器技术、RFID射频识别、计算机技术、通信网络技术、电子技术等多。
8、种技术。其中传感器技术是构成物联网的关键技术之一，与其他传感器相比，便携式医学传感器需求较为特殊。随着经济与社会的发展，人的健康意识、健康需求以及医疗支付能力正不断提高，使得便携医学传感器产品特别是家用便携医学传感器产品市场需求稳步扩大。目前的适用于物联网应用的医学传感器种类很少，需要新型的物联网医学传感器的加入，丰富用户的选择。基于LASERINDUCEDBREAKDOWNSPECTROSCOPY简称LIBS，即激光诱导击穿光谱的医学传感技术发展很快，其中采用LIBS效应分析人的头发、指甲等组织各种微量元素的构成及比例已成为人体健康诊断及监测的一种新型方法。但目前的LIBS医学分析系统体积巨。
9、大，无法适合物联网医学传感应用的要求，需要小型化系统并设计物联网医学LIBS信号传输及诊断方法。0003本专利针对新型的物联网医学传感器的需求，提出一种小型物联网激光LIBSLASERINDUCEDBREAKDOWNSPECTROSCOPY，即激光诱导击穿光谱医学传感系统及方法，它可用于物联网医学诊断。发明内容0004本专利的目的是提供一种小型物联网激光LIBSLASERINDUCEDBREAKDOWNSPECTROSCOPY，即激光诱导击穿光谱医学传感系统及方法。它的光机电结构中所有供电、控制、制冷、微机电MEMS光栅光谱仪、缓存、物联网身份识别、物联网数据传输功能的电子线路全部集中在微型电。
10、路系统；所有的光学元件全部集中在小型脉冲光纤激光器系统。在医学应用时由微控制器MCU控制紫蜂ZIGBEE收发器模块发送系统佩带者头发等生物组织被小型脉冲光纤激光器系统激光的LIBS信号至物联网服务器专家系统进行分析诊断及存储，并可通过紫蜂ZIGBEE收发器模块接收专家系统的诊断结果。0005本专利的有益效果是该结构提高了系统的微型化程度，满足了物联网传感器的小型化要求。0006本专利的技术方案是这样来实现的，首先由微控制器MCU控制紫蜂ZIGBEE收发器模块按照IEEE802154协议无线连接物联网，然后射频识别RFID模块远程完成系统佩带者身份认证。微控制器MCU发出启动信号至脉冲发生器，使。
11、1064NM脉冲半导体种子激光器发射单模脉冲种子激光，经信号光纤及光隔离器至泵浦/信号合束器；半导体泵浦激光器泵浦波长915NM发出915NM泵浦激光经泵浦光纤及泵浦保护滤波器也到达泵说明书CN102353658ACN102353665A2/3页4浦/信号合束器，种子激光与泵浦激光经泵浦/信号合束器进入掺镱石英光纤放大器，经掺镱光纤放大后至输出光隔离器输出强功率1064NM脉冲红外激光。系统佩带者的头发指甲等组织放置在支架上，被小型脉冲光纤激光器系统产生的强功率1064NM脉冲红外激光击中后，基于LIBS效应产生的等离子体，经光纤耦合器被一端固定的光纤收集进入微机电MEMS光栅光谱仪，等离子体。
12、辐射信号经微型自聚集凹面闪耀光栅衍射，产生LIBS光谱信号。微控制器MCU发出启动信号至脉冲发生器的同时，启动信号经数字延迟脉冲发生器DG535产生一微秒量级的延时至CCD驱动控制电路，以启动线阵CCD曝光LIBS光谱信号，该LIBS光谱信号先存入CCD输出缓存器。然后由微控制器MCU控制紫蜂ZIGBEE收发器模块发送CCD输出缓存器中的LIBS信号至物联网服务器专家系统进行分析诊断及存储，并可通过紫蜂ZIGBEE收发器模块接收专家系统的诊断结果。附图说明0007图1为本专利的原理图，图中1紫蜂ZIGBEE收发器模块；2射频识别RFID模块；3微型电路系统；4微控制器MCU；5脉冲发生器；6泵。
13、浦激光器驱动电路及半导体制冷器；7种子激光器驱动电路；81064NM脉冲半导体种子激光器；9泵浦波长915NM的半导体泵浦激光器；10信号光纤；11泵浦保护滤波器；12泵浦光纤；13光隔离器；14泵浦/信号合束器；15掺镱石英光纤放大器；16输出光隔离器；17头发指甲等组织；18小型脉冲光纤激光器系统；19支架；20等离子体；21光纤耦合器；22光纤；23微机电MEMS光栅光谱仪；24光纤固定端口；25线阵CCD；26微型自聚集凹面闪耀光栅；27CCD驱动控制电路；28数字延迟脉冲发生器DG535；29CCD输出缓存器。具体实施方式0008本专利的原理如图1所示，整个系统包括微型电路系统3及小。
14、型脉冲光纤激光器系统18两个大部分。0009微型电路系统3包括物联网功能组件、微控制器MCU4、种子激光器组件、泵浦激光器组件、微机电MEMS光栅光谱仪23、CCD驱动控制电路27、数字延迟脉冲发生器DG53528和CCD输出缓存器29组成。0010物联网功能组件内含紫蜂ZIGBEE收发器模块1和射频识别RFID模块2；种子激光器组件内含脉冲发生器5、种子激光器驱动电路7及1064NM脉冲半导体种子激光器8；泵浦激光器组件内含泵浦激光器驱动电路及半导体制冷器6及泵浦波长915NM的半导体泵浦激光器9，该泵浦激光器功率较大，因此需要用半导体制冷器6在其工作时制冷；微机电MEMS光栅光谱仪23中内。
15、含有光纤固定端口24可用来一端固定光纤22、线阵CCD25和微型自聚集凹面闪耀光栅26。0011小型脉冲光纤激光器系统18的工作物质为掺镱石英光纤放大器15，它由1064NM脉冲半导体种子激光器8提供单模脉冲种子激光，泵浦波长915NM的半导体泵浦激光器9提供泵浦激光，泵浦激光选择915NM是因为掺镱光纤在895NM到925NM范围内对泵浦吸收平坦。0012首先由微控制器MCU4控制紫蜂ZIGBEE收发器模块1按照IEEE802154协议无说明书CN102353658ACN102353665A3/3页5线连接物联网，然后射频识别RFID模块2远程完成系统佩带者身份认证。微控制器MCU4发出启动。
16、信号至脉冲发生器5，使1064NM脉冲半导体种子激光器8发射单模脉冲种子激光，经信号光纤10及光隔离器13至泵浦/信号合束器14；泵浦波长915NM的半导体泵浦激光器9发出915NM泵浦激光经泵浦光纤12及泵浦保护滤波器11也到达泵浦/信号合束器14，种子激光与泵浦激光经泵浦/信号合束器14进入掺镱石英光纤放大器15，经掺镱光纤放大后至输出光隔离器16输出强功率1064NM脉冲红外激光。0013系统佩带者的头发指甲等组织17放置在支架19上，被小型脉冲光纤激光器系统18产生的强功率1064NM脉冲红外激光击中后，基于LIBS效应产生的等离子体20，经光纤耦合器21被一端固定的光纤22收集进入微。
17、机电MEMS光栅光谱仪23，等离子体20辐射信号经微型自聚集凹面闪耀光栅26衍射，产生LIBS光谱信号。0014微控制器MCU4发出启动信号至脉冲发生器5的同时，启动信号经数字延迟脉冲发生器DG53528产生一微秒量级的延时至CCD驱动控制电路27，以启动线阵CCD25曝光LIBS光谱信号，该LIBS光谱信号先存入CCD输出缓存器29。0015然后由微控制器MCU4控制紫蜂ZIGBEE收发器模块1发送CCD输出缓存器29中的LIBS信号至物联网服务器专家系统进行分析诊断及存储，并可通过紫蜂ZIGBEE收发器模块1接收专家系统的诊断结果。说明书CN102353658ACN102353665A1/1页6图1说明书附图CN102353658A。