小型生物电阻抗测量系统研究
发布时间：2021-08-03 09:03
生物电阻抗测量技术作为一种无伤、安全、操作简便的检测方式,已经在生理信息提取及医学诊断领域得到广泛的实践与应用,但现有检测设备仍存在工作频率范围窄、体积大、造价昂贵等问题,测量方法与测量系统的设计仍有改进空间。为满足生物医学工程中的复阻抗及阻抗谱测量需求,基于亚诺德公司的幅相检测芯片AD8302设计了一种小型化、高精度的复阻抗及阻抗谱自动测量系统,通过测量1kHz1 MHz频率范围内待测阻抗与参考阻抗上电压信号的幅值比及相位差,间接计算得到待测的复阻抗值,并进行多测量频率得到待测阻抗的阻抗谱。论文采用STM32F103微控制器作为控制核心,使用直接数字频率合成器及压控恒流源产生正弦激励电流,并通过测量接口电路的四电极输入生物组织进行测量。系统使用了两个模拟多路复用器ADG1608自适应匹配采样电阻及移相电容以提升AD8302的测量精度,并通过另一模拟开关ADG1634选通校准阻抗进行最小二乘法校准,以消减芯片制造误差、工作参数及电路中其它干扰信号所导致的系统误差。使用了仪表放大器AD8421采集响应信号,并使用幅相检测芯片AD8302检测信号的幅值比与相位差,由微...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 生物电阻抗测量研究现状
1.2.1 生物电阻抗测量的理论基础
1.2.2 生物电阻抗测试技术研究现状
1.2.3 生物电阻抗测量仪市场现状
1.3 研究目标及方法
1.3.1 研究目标
1.3.2 论文的主要研究内容
1.3.3 论文要解决的主要问题
2 系统总体方案研究
2.1 复阻抗测量方案
2.1.1 复阻抗测量方案选型
2.1.2 基于AD8302的测量方案
2.1.3 测量电极方案
2.2 系统硬件方案设计
2.2.1 系统硬件选型
2.2.2 系统测量原理
2.3 系统软件方案设计
3 系统硬件电路设计
3.1 STM32最小系统电路
3.2 激励信号合成电路
3.2.1 直接数字式频率合成电路
3.2.2 压控电流源电路
3.3 测量接口及辅助电路
3.3.1 模拟开关电路
3.3.2 自适应阻抗匹配电路
3.3.3 最小二乘校准电路
3.4 信号检测电路
3.4.1 信号采集电路
3.4.2 幅相检测电路
3.4.3 模数转换电路
3.5 系统电源电路
3.6 触摸屏模块
3.7 U盘/SD卡读写模块
4 系统软件设计
4.1 μC/OS-II实时操作系统
4.2 信号测量任务
4.2.1 信号合成流程
4.2.2 采样及数据计算流程
4.2.3 参考阻抗的自适应匹配流程
4.2.4 基于最小二乘法的测量校准流程
4.3 触摸屏通信任务
4.4 U盘/SD卡读写任务
5 系统调试及实验
5.1 测试原理验证
5.1.1 AD8302最小二乘校准验证
5.1.2 信号合成电路调试
5.2 系统实验验证
5.2.1 复阻抗测量实验
5.2.2 阻抗谱测量实验
结论
参考文献
附录A 系统整体电路原理图
附录B 实验电路板及调试图
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于神经网络的AD8302相位响应特性曲线校正方法[J]. 李苑,陈光达. 信息通信. 2017(04)
[2]基于MATLAB的多频生物电阻抗的ColeY分析系统设计[J]. 许晶晶,周宇,任彬彬,李博婷,宋成利. 北京生物医学工程. 2017(01)
[3]脑部电阻抗测量中电极与导电膏性能对比研究[J]. 李衡,董秀珍,祁琦,夏军营,付峰,史学涛. 医疗卫生装备. 2017(01)
[4]基于AD5933的人体经胸阻抗测量系统[J]. 李煜晨. 电子科技. 2016(12)
[5]基于生物电阻抗原理人体成分分析仪的设计与研究[J]. 肖晓明,何为,贺玉成. 中国医疗设备. 2015(08)
[6]基于单片机的USB文件读写[J]. 储甜,颜锦奎. 电子测量技术. 2015(08)
[7]用于生物电阻抗检测的Howland电流源恒流特性研究[J]. 林兴建,赵伟杰,刘晓娟,厉力华. 生物医学工程学杂志. 2015(02)
[8]基于AD8302的阻抗测量系统设计[J]. 牟光红,李廷军. 仪表技术与传感器. 2015(04)
[9]生物电阻抗测量技术研究与应用[J]. 苌飞霸,张和华,尹军. 中国医学物理学杂志. 2015(02)
[10]基于CH376的USB主/从接口设计[J]. 李润汀,王黎明. 电子科学技术. 2015(02)
博士论文
[1]中国健康成人体成分评估方法的建立与应用研究[D]. 陈伟.北京协和医学院 2017
[2]经穴电信号特性分析与分类算法研究[D]. 王子民.西安电子科技大学 2013
[3]经络电阻抗特性的特征提取及模式分类方法研究[D]. 秦建华.北京邮电大学 2013
[4]基于复阻抗特性和电子鼻的淡水鱼新鲜度快速检测方法的研究[D]. 张军.华中农业大学 2008
[5]生物组织阻抗频谱测量技术及特性的基础研究[D]. 林新.第四军医大学 2005
硕士论文
[1]微创式生物电阻抗电磁场模型仿真分析及实验研究[D]. 宋凤娟.北京化工大学 2010
[2]生物阻抗动态信息提取与处理关键技术研究[D]. 章晓丽.天津大学 2007
本文编号：3319341
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 生物电阻抗测量研究现状
1.2.1 生物电阻抗测量的理论基础
1.2.2 生物电阻抗测试技术研究现状
1.2.3 生物电阻抗测量仪市场现状
1.3 研究目标及方法
1.3.1 研究目标
1.3.2 论文的主要研究内容
1.3.3 论文要解决的主要问题
2 系统总体方案研究
2.1 复阻抗测量方案
2.1.1 复阻抗测量方案选型
2.1.2 基于AD8302的测量方案
2.1.3 测量电极方案
2.2 系统硬件方案设计
2.2.1 系统硬件选型
2.2.2 系统测量原理
2.3 系统软件方案设计
3 系统硬件电路设计
3.1 STM32最小系统电路
3.2 激励信号合成电路
3.2.1 直接数字式频率合成电路
3.2.2 压控电流源电路
3.3 测量接口及辅助电路
3.3.1 模拟开关电路
3.3.2 自适应阻抗匹配电路
3.3.3 最小二乘校准电路
3.4 信号检测电路
3.4.1 信号采集电路
3.4.2 幅相检测电路
3.4.3 模数转换电路
3.5 系统电源电路
3.6 触摸屏模块
3.7 U盘/SD卡读写模块
4 系统软件设计
4.1 μC/OS-II实时操作系统
4.2 信号测量任务
4.2.1 信号合成流程
4.2.2 采样及数据计算流程
4.2.3 参考阻抗的自适应匹配流程
4.2.4 基于最小二乘法的测量校准流程
4.3 触摸屏通信任务
4.4 U盘/SD卡读写任务
5 系统调试及实验
5.1 测试原理验证
5.1.1 AD8302最小二乘校准验证
5.1.2 信号合成电路调试
5.2 系统实验验证
5.2.1 复阻抗测量实验
5.2.2 阻抗谱测量实验
结论
参考文献
附录A 系统整体电路原理图
附录B 实验电路板及调试图
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于神经网络的AD8302相位响应特性曲线校正方法[J]. 李苑,陈光达. 信息通信. 2017(04)
[2]基于MATLAB的多频生物电阻抗的ColeY分析系统设计[J]. 许晶晶,周宇,任彬彬,李博婷,宋成利. 北京生物医学工程. 2017(01)
[3]脑部电阻抗测量中电极与导电膏性能对比研究[J]. 李衡,董秀珍,祁琦,夏军营,付峰,史学涛. 医疗卫生装备. 2017(01)
[4]基于AD5933的人体经胸阻抗测量系统[J]. 李煜晨. 电子科技. 2016(12)
[5]基于生物电阻抗原理人体成分分析仪的设计与研究[J]. 肖晓明,何为,贺玉成. 中国医疗设备. 2015(08)
[6]基于单片机的USB文件读写[J]. 储甜,颜锦奎. 电子测量技术. 2015(08)
[7]用于生物电阻抗检测的Howland电流源恒流特性研究[J]. 林兴建,赵伟杰,刘晓娟,厉力华. 生物医学工程学杂志. 2015(02)
[8]基于AD8302的阻抗测量系统设计[J]. 牟光红,李廷军. 仪表技术与传感器. 2015(04)
[9]生物电阻抗测量技术研究与应用[J]. 苌飞霸,张和华,尹军. 中国医学物理学杂志. 2015(02)
[10]基于CH376的USB主/从接口设计[J]. 李润汀,王黎明. 电子科学技术. 2015(02)
博士论文
[1]中国健康成人体成分评估方法的建立与应用研究[D]. 陈伟.北京协和医学院 2017
[2]经穴电信号特性分析与分类算法研究[D]. 王子民.西安电子科技大学 2013
[3]经络电阻抗特性的特征提取及模式分类方法研究[D]. 秦建华.北京邮电大学 2013
[4]基于复阻抗特性和电子鼻的淡水鱼新鲜度快速检测方法的研究[D]. 张军.华中农业大学 2008
[5]生物组织阻抗频谱测量技术及特性的基础研究[D]. 林新.第四军医大学 2005
硕士论文
[1]微创式生物电阻抗电磁场模型仿真分析及实验研究[D]. 宋凤娟.北京化工大学 2010
[2]生物阻抗动态信息提取与处理关键技术研究[D]. 章晓丽.天津大学 2007
本文编号：3319341
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