[發明專利]基于局域閾值的納米孔檢測電流信號特征信息提取方法及裝置

在審

• 申請號: 202110253516.7
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113030548A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 翁麗星;武靈芝;葉媛;席國豪;嚴馨;曾祥杰;武子情;王雨桐;王宇彤
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于局域閾值的納米孔檢測電流信號特征信息提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)預先獲取一段時間內納米孔傳感器離子電流信號數據，選定移動窗內局域數據，進行基線和雙閾值設定，從而初步判定出一個脈沖信號的起始點和終止點，每個脈沖信號代表了納米孔內一個檢測分子通過引起的阻塞電流變化，稱為一個分子易位事件；

(2)對初步選定的脈沖電信號數據利用傅里葉級數進行擬合，并通過二階差分和上升時間方法進行校正，進一步篩選納米孔內分子易位引起的脈沖信號；

(3)當脈沖信號判定為納米孔分子特征事件，對判定的分子易位事件引起的脈沖信號進行特征信息提取，包括脈沖信號的滯留時間、幅值，峰位，電壓以及信號積分等信息；

(4)將選定信號的分子特征事件提取的多維參量信息進行保存輸出，并進行統計分析，高通量的處理納米孔電信號數據。

2.根據權利要求1所述的基于雙閾值的納米孔檢測電流信號特征信息提取方法，其特征在于，所述步驟(1)實現過程如下：

納米孔離子電流為：

其中，I₀(t)為基線電流，為事件電流，I_n(t)為電流噪音；為了最小化基線漂移的影響，將加載的電信號數據分段讀取，對于局域內數據進行基線設定，設定窗口寬度(ww)；窗口內數據點設為i，基線電流為窗口中所有數據點電流值的均值,根據移動窗口平均來估計局部基線，設置為baseline(i)；檢測初態為0，從窗口后第一個點開始判斷(i＝ww+1)；根據脈沖信號的變化設定極小閾值u₀和極大閾值u₁，進行分子事件判定，局部閾值u_j通過從局部基線減去常數閾值u₀來定義：

其中，I_k是數據點k處的電流值，窗口寬度ω；當分子進入孔發生堵塞后，孔內離子電流下降，因此窗口中的事件起始點的電流值應小于基線電流，同時其與基線電流的差值應大于初始設定的下閾值和小于上閾值(u₀I_ku₁)，其數據點(data(i,2)baseline(i))(data(i-2,2)baseline(i-2))；當窗口內檢測的數據點的電流值回到基線電流時(data(i,2)baseline(i))，事件結束。

3.根據權利要求1所述的基于雙閾值的納米孔檢測電流信號特征信息提取方法，其特征在于，所述步驟(2)包括以下步驟：

(21)基于擬合實驗阻塞信號到傅里葉級數的平滑方法：

其中，a_j，β_j和ω是傅里葉級數的系數，n是模型的階數；傅里葉級數將阻塞信號分解為一組簡單振蕩函數的總和；

(22)基于擬合過后的事件數據進行兩次差分運算，求新得到的數據的極值點，對起始點的校正從事件開始到結束，當兩個極值點之間存在電流值滿足小于整個擬合事件電流均值的條件時，將前一個極值點設為新的事件起始點，后續極值點不再予以考慮，從擬合事件的開始到結束進行運算；對終止點的校正剛好相反，從事件結束到開始，滿足電流值與基線電流差值在上、下閾值之間的第一個極值點設為新的終止點；

(23)低通濾波器的上升時間Tr阻止了阻塞信號達到其真正的最小值或平臺：

T_r＝0.3321/f_c

其中，f_c是濾波器的頻率，低通濾波器可消除阻塞信號形狀變形等短期波動。