基于激光干涉原理非接触眼压计控制系统设计
发布时间：2021-10-08 18:40
眼压计作为眼科疾病常规的检查与诊疗的设备,在临床上被广泛应用。传统接触式眼压测量设备存在的接触损伤、交叉感染和舒适性差等缺陷;现有的非接触式眼压测量设备,存在形态改变时测量误差较大,体积大,结构复杂和自动化程度不高等问题。因此,本课题从实际问题出发,对基于激光干涉原理的非接触式眼压计控制系统进行设计与研究,为非接触式眼压计的研制奠定了理论基础,为眼科疾病的诊断具有重要意义。首先,在分析激光干涉原理的基础上,确定干涉条纹与眼压值的函数关系;提出了非接触眼压计控制系统的总体方案;给出了对准模块,脉冲驱动控制模块和信号采集与处理模块的控制方案,并分别对这三个模块进行了硬件电路及软件程序的设计;最后,应用Lab VIEW设计了控制系统上位机的总体软件,已实现良好的人机交互,并分别对所设计的三个控制模块进行了实验测试。实验测试结果表明,本课题所设计的控制系统可实现眼压测量范围:8-60mm Hg,标准偏差:±8mm Hg,显示分辨率:0.5mm Hg等性能指标,完全满足了论文研究的主要技术指标。
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
眼球结构图
生磁场，测量探针接触角膜被磁化后迅速弹回，这一过程引起螺线管两端的电压信号产生变化，同时监测系统开始工作，监测并将电压信号传递至微处理器，处理出的数据即眼压值。随着技术不断创新，此后又推出Icare手持回弹式眼压计（RBT）[24]。近年来，随着检测技术不断创新，基于压平式原理设计的非接触眼压计（NCT）层出不穷。如日本Topcon生产的CT系列和美国Reichert公司生产的AT550眼压计等，均为根据压平式原理设计的气动激光强度测量类型的眼压计。CT系列和AT550眼压计均遵循GAT的标准，即压平直径为3.06mm。CT系列外观图如图1.2（a）所示。AT550非接触眼压计外观图如图1.2（b）所示。开始工作后，其向角膜喷出气体的同时，发射器向角膜发射一束光，压平完成后光束原路返回经反射器接收，记录收发的时间和气体发生器内压力值的变化幅度，以此推算出眼压值[25-26]。（a）（b）图1.2非接触眼压计外观图（a）CT系列非接触眼压计；（b）AT550非接触眼压计
第2章非接触眼压计工作原理和控制系统方案7第2章非接触眼压计工作原理和控制系统方案2.1激光干涉式测量2.1.1激光干涉式原理分析激光干涉式测量原理与传统压平式、压陷式测量原理相比，采用激光器作为光源，产生的激光光束具有速度快、精度高、不损伤角膜、不易发散、相干性良好及不改变被测量物理信息等优点。非接触眼压计喷出脉冲气流激发角膜产生携带眼压信息的振动，激光干涉式原理以激光波长为基准对角膜振动后的微小位移进行测量，测量到的光信号经检测和处理后得到眼压值[34-35]。对角膜的测量属于双光束干涉测量，分为外差干涉与零差干涉两种类型。外差干涉测量精度高、速度快，但成本较高、容易受到环境的影响、稳定性弱且光路较复杂，不适合检测角膜的微小位移。本文的光路结构类似于迈克尔逊干涉仪，因此采用的是激光干涉原理中的零差干涉光路，具有成本较低、容易调试和光路相对简单等优点，适合测量微小位移。简化后激光干涉原理的零差干涉光路示意图如图2.1所示[36-39]。图2.1激光干涉测量示意图以角膜为被测对象，激光源从P处发射激光光束，当光束经过分光镜B中的分光点O后，被分成两束光，分别是透射光束和探测光束。透射光束到达反光镜1M形成固定长度的参考光束，返回分光镜中；同时，探测光束到达角膜（相当于另一个反光镜2M）后形成变化长度的测量光束，返回分光镜中，此时测量光束携带角膜振动后产生的各种信息，当角膜振动产生微小位移，两者的光程差发生变化，即光强叠加形成的干涉条纹亮暗交替变化一次，变化的光信号被光电检测器件接收，输出的信号随之变化一个周期[40-41]。记录信号变化的周期数k就能确定角膜受激振动后产生的位移l。初始测量时，两束光的光程差1为：12mcnll（2-1）
【参考文献】：
期刊论文
[1]青光眼与房水生物标志物研究进展[J]. 张勇,朱小敏,谢琳. 中国眼耳鼻喉科杂志. 2020(01)
[2]运算放大器参数测量系统的设计与仿真[J]. 于蕾,张博,肖易寒. 工业和信息化教育. 2019(10)
[3]基于迈克尔逊干涉原理的微小位移测量方法研究[J]. 闵渭兴,张周强,胥光申,李晓飞. 科技视界. 2019(29)
[4]基于CPLD芯片的温湿度控制系统设计[J]. 郭贤海. 计算机测量与控制. 2019(09)
[5]非接触式眼压计测试技术研究[J]. 魏浜,张从华,王尧君,黄成刚,苏婕,景媛,龚岚. 计量与测试技术. 2019(08)
[6]基于Multisim的集成运放运算电路仿真实现[J]. 刘健,刘昕,马虎山. 电子世界. 2019(12)
[7]三种眼压计计量浅析[J]. 徐聪恩. 上海计量测试. 2019(02)
[8]光电检测电路的设计与研究[J]. 肖玲,李永明. 科技风. 2019(05)
[9]Genome-wide analysis identified 17 new loci influencing intraocular pressure in Chinese population[J]. Lulin Huang,Yuhong Chen,Ying Lin,Pancy O.S.Tam,Yilian Cheng,Yi Shi,Bo Gong,Fang Lu,Jialiang Yang,Haixin Wang,Yi Yin,Yong Cao,Dan Jiang,Ling Zhong,Bai Xue,Jing Wang,Fang Hao,Dean-Yao Lee,Chi-Pui Pang,Xinghuai Sun,Zhenglin Yang. Science China（Life Sciences）. 2019(02)
[10]数据采集及处理系统的LabVIEW程序设计和界面设计[J]. 裴清福. 微型电脑应用. 2018(07)
博士论文
[1]并联有源滤波器控制技术的研究[D]. 侯睿.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]基于激光干涉原理的微振动位移测量系统关键技术[D]. 陈欢欢.湖北工业大学 2019
[2]高精度光电检测系统的研制[D]. 张现乾.合肥工业大学 2017
[3]RC有源滤波器的优化设计[D]. 田聪.浙江师范大学 2016
[4]非接触眼压计喷嘴的数值模拟以及角膜对准系统的研究[D]. 王园园.重庆大学 2014
[5]LabVIEW及MATLAB对USB工业相机控制与采集的实现[D]. 徐宇鹏.浙江大学 2014
[6]基于新型有源器件的高阶滤波器设计[D]. 岳春光.河南师范大学 2012
[7]基于PIN光电二极管的光功率计设计[D]. 杨军.哈尔滨理工大学 2012
[8]高精度双光束干涉指零仪的研制[D]. 黄海乐.国防科学技术大学 2010
[9]激光干涉检测装置的实验研究[D]. 董跃华.哈尔滨工业大学 2010
[10]回弹式眼压计在正常人群眼压测量中的临床应用研究[D]. 李娜.中南大学 2010
本文编号：3424739
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
眼球结构图
生磁场，测量探针接触角膜被磁化后迅速弹回，这一过程引起螺线管两端的电压信号产生变化，同时监测系统开始工作，监测并将电压信号传递至微处理器，处理出的数据即眼压值。随着技术不断创新，此后又推出Icare手持回弹式眼压计（RBT）[24]。近年来，随着检测技术不断创新，基于压平式原理设计的非接触眼压计（NCT）层出不穷。如日本Topcon生产的CT系列和美国Reichert公司生产的AT550眼压计等，均为根据压平式原理设计的气动激光强度测量类型的眼压计。CT系列和AT550眼压计均遵循GAT的标准，即压平直径为3.06mm。CT系列外观图如图1.2（a）所示。AT550非接触眼压计外观图如图1.2（b）所示。开始工作后，其向角膜喷出气体的同时，发射器向角膜发射一束光，压平完成后光束原路返回经反射器接收，记录收发的时间和气体发生器内压力值的变化幅度，以此推算出眼压值[25-26]。（a）（b）图1.2非接触眼压计外观图（a）CT系列非接触眼压计；（b）AT550非接触眼压计
第2章非接触眼压计工作原理和控制系统方案7第2章非接触眼压计工作原理和控制系统方案2.1激光干涉式测量2.1.1激光干涉式原理分析激光干涉式测量原理与传统压平式、压陷式测量原理相比，采用激光器作为光源，产生的激光光束具有速度快、精度高、不损伤角膜、不易发散、相干性良好及不改变被测量物理信息等优点。非接触眼压计喷出脉冲气流激发角膜产生携带眼压信息的振动，激光干涉式原理以激光波长为基准对角膜振动后的微小位移进行测量，测量到的光信号经检测和处理后得到眼压值[34-35]。对角膜的测量属于双光束干涉测量，分为外差干涉与零差干涉两种类型。外差干涉测量精度高、速度快，但成本较高、容易受到环境的影响、稳定性弱且光路较复杂，不适合检测角膜的微小位移。本文的光路结构类似于迈克尔逊干涉仪，因此采用的是激光干涉原理中的零差干涉光路，具有成本较低、容易调试和光路相对简单等优点，适合测量微小位移。简化后激光干涉原理的零差干涉光路示意图如图2.1所示[36-39]。图2.1激光干涉测量示意图以角膜为被测对象，激光源从P处发射激光光束，当光束经过分光镜B中的分光点O后，被分成两束光，分别是透射光束和探测光束。透射光束到达反光镜1M形成固定长度的参考光束，返回分光镜中；同时，探测光束到达角膜（相当于另一个反光镜2M）后形成变化长度的测量光束，返回分光镜中，此时测量光束携带角膜振动后产生的各种信息，当角膜振动产生微小位移，两者的光程差发生变化，即光强叠加形成的干涉条纹亮暗交替变化一次，变化的光信号被光电检测器件接收，输出的信号随之变化一个周期[40-41]。记录信号变化的周期数k就能确定角膜受激振动后产生的位移l。初始测量时，两束光的光程差1为：12mcnll（2-1）
【参考文献】：
期刊论文
[1]青光眼与房水生物标志物研究进展[J]. 张勇,朱小敏,谢琳. 中国眼耳鼻喉科杂志. 2020(01)
[2]运算放大器参数测量系统的设计与仿真[J]. 于蕾,张博,肖易寒. 工业和信息化教育. 2019(10)
[3]基于迈克尔逊干涉原理的微小位移测量方法研究[J]. 闵渭兴,张周强,胥光申,李晓飞. 科技视界. 2019(29)
[4]基于CPLD芯片的温湿度控制系统设计[J]. 郭贤海. 计算机测量与控制. 2019(09)
[5]非接触式眼压计测试技术研究[J]. 魏浜,张从华,王尧君,黄成刚,苏婕,景媛,龚岚. 计量与测试技术. 2019(08)
[6]基于Multisim的集成运放运算电路仿真实现[J]. 刘健,刘昕,马虎山. 电子世界. 2019(12)
[7]三种眼压计计量浅析[J]. 徐聪恩. 上海计量测试. 2019(02)
[8]光电检测电路的设计与研究[J]. 肖玲,李永明. 科技风. 2019(05)
[9]Genome-wide analysis identified 17 new loci influencing intraocular pressure in Chinese population[J]. Lulin Huang,Yuhong Chen,Ying Lin,Pancy O.S.Tam,Yilian Cheng,Yi Shi,Bo Gong,Fang Lu,Jialiang Yang,Haixin Wang,Yi Yin,Yong Cao,Dan Jiang,Ling Zhong,Bai Xue,Jing Wang,Fang Hao,Dean-Yao Lee,Chi-Pui Pang,Xinghuai Sun,Zhenglin Yang. Science China（Life Sciences）. 2019(02)
[10]数据采集及处理系统的LabVIEW程序设计和界面设计[J]. 裴清福. 微型电脑应用. 2018(07)
博士论文
[1]并联有源滤波器控制技术的研究[D]. 侯睿.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]基于激光干涉原理的微振动位移测量系统关键技术[D]. 陈欢欢.湖北工业大学 2019
[2]高精度光电检测系统的研制[D]. 张现乾.合肥工业大学 2017
[3]RC有源滤波器的优化设计[D]. 田聪.浙江师范大学 2016
[4]非接触眼压计喷嘴的数值模拟以及角膜对准系统的研究[D]. 王园园.重庆大学 2014
[5]LabVIEW及MATLAB对USB工业相机控制与采集的实现[D]. 徐宇鹏.浙江大学 2014
[6]基于新型有源器件的高阶滤波器设计[D]. 岳春光.河南师范大学 2012
[7]基于PIN光电二极管的光功率计设计[D]. 杨军.哈尔滨理工大学 2012
[8]高精度双光束干涉指零仪的研制[D]. 黄海乐.国防科学技术大学 2010
[9]激光干涉检测装置的实验研究[D]. 董跃华.哈尔滨工业大学 2010
[10]回弹式眼压计在正常人群眼压测量中的临床应用研究[D]. 李娜.中南大学 2010
本文编号：3424739
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3424739.html
