体内胶囊微机电系统主动驱动机理及定位技术研究

发布时间：2017-09-20 11:06

  本文关键词：体内胶囊微机电系统主动驱动机理及定位技术研究

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【摘要】：随着微机电技术的发展,胶囊内窥镜在医疗诊断中的作用越来越大,而作为影响胶囊内窥镜应用与推广的两大主要因素,定位和驱动受到越来越多的关注。本文在课题组已有研究成果的基础上,通过理论分析与实验研究,设计出了基于三轴磁阻传感器HMC1043的胶囊内窥镜磁定位系统,然后,在已有永磁体旋转磁场驱动胶囊内窥镜的基础上做了改进,设计了电磁铁旋转磁场实验台,并完成了定位实验、定位与驱动实验,验证了其可行性。除绪论外,本文的主要内容有四章,其主要内容有:一、详细介绍了磁偶极子模型理论,对本文使用的圆柱永磁体的空间磁场进行了仿真分析,并与磁偶极子模型进行了对比验证;介绍了磁定位方法的线性算法和非线性算法,详细推导了本文使用的逆推算法;介绍了旋转磁场驱动胶囊内窥镜的原理。二、设计了磁定位系统的硬件模块,主要是信号调理电路,包括传感器置位/复位电路、电桥偏置补偿电路、滤波电路和放大电路,并且制作出了集成电路板;对传感器的静态特性进行了测试,得出了传感器输出电压与环境磁场的关系曲线以及传感器灵敏度、线性度等重要参数;三、设计了磁定位系统的软件模块,主要是通过Lab VIEW虚拟仪器编程来实现的,包括数据采集卡和模数转换通道的初始化、采样频率和采样长度的程控设置、采集卡通道和量程的程控选择、数字波形双显示程序以及数据存储功能。四、对传感器集成电路板进行了性能测试,与磁偶极子理论值进行了对比;设计了传感器阵列椭圆平台,进行了定位实验;设计了电磁铁旋转磁场驱动台,进行了驱动与定位联合实验并对结果进行了分析。本文在胶囊内窥镜磁定位和磁驱动方面做了大量的工作,但也存在一些不足之处,有待今后的改进。
【关键词】：HMC1043 胶囊内窥镜 磁定位 主动驱控
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH776.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题的研究背景和意义10-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 胶囊内窥镜磁定位的研究现状14-17
• 1.2.2 胶囊内窥镜主动驱动的研究现状17-19
• 1.3 课题组研究成果和本文安排19-22
• 第二章 磁定位和主动驱动原理22-35
• 2.1 磁定位方法简介22
• 2.2 磁偶极子模型的验证22-23
• 2.3 圆柱永磁体空间磁场的仿真分析23-26
• 2.4 基于磁偶极子的定位方法26-32
• 2.4.1 磁偶极子模型26-27
• 2.4.2 非线性算法27-28
• 2.4.3 线性算法28-29
• 2.4.4 逆推算法29-32
• 2.5 主动驱动原理32-33
• 2.6 本章小结33-35
• 第三章 磁定位系统的硬件设计35-55
• 3.1 磁阻传感器HMC104335-37
• 3.2 磁阻传感器置位/复位电路的设计37-40
• 3.3 磁阻传感器偏置补偿电路的设计40-42
• 3.4 滤波电路的设计42-43
• 3.5 放大电路的设计43-48
• 3.5.1 放大器的选择43-46
• 3.5.2 放大电路的连接46-47
• 3.5.3 参考电压47-48
• 3.6 系统硬件集成设计48-49
• 3.7 磁阻传感器特性测试49-54
• 3.7.1 磁阻传感器测量范围49-50
• 3.7.2 静态特性测试系统50-51
• 3.7.3 静态特性测试结果51-52
• 3.7.4 静态特性结果分析52-54
• 3.8 本章小结54-55
• 第四章 基于LabVIEW的磁定位系统程序设计55-68
• 4.1 LabVIEW虚拟仪器概述55-56
• 4.2 数据采集系统56-67
• 4.2.1 数据采集卡59-61
• 4.2.2 磁阻传感器输出电压的采集61-65
• 4.2.3 数据的存储与计算65-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第五章 定位与驱动实验68-81
• 5.1 定位系统的性能测试68-71
• 5.2 定位实验71-75
• 5.2.1 胶囊磁矩71
• 5.2.2 胶囊定位系统71-75
• 5.3 定位与驱动实验75-79
• 5.4 结果分析79-80
• 5.5 本章小结80-81
• 结论与展望81-84
• 参考文献84-89
• 附录89-95
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果95-96
• 致谢96-97
• 附件97

【参考文献】

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本文编号：887677