葡萄糖无创动态监测的微波传感系统构建研究

发布时间：2023-06-10 15:16

　　快速实时地无创监测葡萄糖浓度在生物分析、临床监测、食品加工业等方面都具有非常重要的意义,尤其在生物医学领域,葡萄糖无创动态监测系统能够对糖尿病的诊疗以及控制起到重要作用。无创动态监测实验系统主要由具有信号的发射和接收功能的传感器、用于检测频谱信息的频谱特性分析仪、电脑这三部分构成,具有无创、快速实时、稳定性好、简便等优点。本文自主研究设计,成功的构建了一套用于葡萄糖无创动态监测的微波传感系统。微波传感系统的构建过程,首先是通过对各种葡萄糖无创检测方法的对比,确定了基于微波传感的检测方法,再依据葡萄糖无创动态监测的原理、特点、结构和方法,对构成微波传感系统的核心部件天线进行自主设计,并且为满足葡萄糖无创动态监测的要求,选择了微带贴片天线,再根据对微波波谱信息分析的需要,先后选择N型频谱特性分析仪与T型(USB Mini频谱分析仪)作为频谱特性分析仪器,最后完成系统的初步构建。通过对葡萄糖水溶液、模拟血液、手指等进行一系列的实验,验证该系统的用于葡萄糖无创监测的可行性,得到如下结果:(1)在0-2 GHz频段下对葡萄糖水溶液、模拟血液、手指等进行连续扫频实验。发现,葡萄糖水溶液、模拟血液、...

【文章页数】：124 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 葡萄糖无创检测的意义
    1.2 无创葡萄糖的检测方法
        1.2.1 光学法
            1.2.1.1 光声光谱法
            1.2.1.2 近红外光谱法
            1.2.1.3 拉曼光谱法
            1.2.1.4 光学层析成像法(OCT)
            1.2.1.5 偏振光旋光法
            1.2.1.6 荧光技术
        1.2.2 阻抗法
        1.2.3 电化学法
        1.2.4 微波法
    1.3 论文的概要和安排
第二章 微波传感系统构建的理论基础
    2.1 前言
    2.2 微波
        2.2.1 微波的特点
        2.2.2 微波的物理特性
        2.2.3 微波检测的原理
            2.2.3.1 微波检测的物理基础
            2.2.3.2 介电常数、复介电常数和介质损耗角正切
            2.2.3.3 介质极化
            2.2.3.4 德拜驰豫方程
            2.2.3.5 水和葡萄糖的物理特性
            2.2.3.6 微波检测葡萄糖的方法
    2.3 天线
        2.3.1 天线的概述
        2.3.2 微带贴片天线
        2.3.3 微带贴片天线的基本特性
        2.3.4 微带贴片天线的作用机制
        2.3.5 微带贴片天线的馈电结构
        2.3.6 贴片的形状
        2.3.7 介质基板
        2.3.8 微带贴片天线的分析方法
    2.4 本章小结
第三章 实验平台的搭建
    3.1 前言
    3.2 技术路线
    3.3 系统的搭建
        3.3.1 N型频谱分析仪
        3.3.2 微波传感器
        3.3.3 屏蔽箱
        3.3.4 传输电缆
    3.4 天线的设计
        3.4.1 HFSS软件仿真设计流程
        3.4.2 天线的设计
            3.4.2.1 天线的设计满足的要求
            3.4.2.2 天线的设计结构
            3.4.2.3 天线的性能
            3.4.2.4 天线实物图
        3.4.3 测试管的组装
        3.4.4 测试管的仿真结果
    3.5 实验测试平台的搭建
    3.6 本章小结
第四章 葡萄糖无创检测的实验研究
    4.1 前言
    4.2 葡萄糖检测实验装置结构图
    4.3 实验材料
    4.4 样品的准备
    4.5 葡萄糖的无创检测实验
    4.6 数据分析处理
        4.6.1 多元线性回归
        4.6.2 不同浓度的葡萄糖水溶液的检测结果与数据分析
        4.6.3 模拟血液的检测结果与数据分析
        4.6.4 手指无创检测结果与数据分析
    4.7 本章小结
第五章 葡萄糖无创动态监测系统的建立
    5.1 前言
    5.2 无创动态监测系统的基本装置结构图
    5.3 实验条件的摸索
        5.3.1 T型频谱分析仪
        5.3.2 测试频率范围的探索
            5.3.2.1 在0.8-3.8 GHz的频率范围内的检测分析
            5.3.2.2 在3.8-4.8 GHz的频率范围内的检测分析
            5.3.2.3 在5.1-6.15 GHz的频率范围内的检测分析
            5.3.2.4 小结
        5.3.3 检测精度的探索
            5.3.3.1 浓度梯度为100mg/dL的葡萄糖水溶液检测结果及分析
            5.3.3.2 浓度梯度为10mg/dL的葡萄糖水溶液检测结果及分析
            5.3.3.3 浓度梯度为1mg/dL的葡萄糖水溶液检测结果及分析
        5.3.4 小结
    5.4 葡萄糖无创动态监测系统的建立
        5.4.1 实验平台的改进
            5.4.1.1 注射泵
            5.4.1.2 样品管
            5.4.1.3 改进后的实验装置
        5.4.2 关系模型的建立
            5.4.2.1 不同浓度的葡萄糖水溶液检测结果及数据分析
        5.4.3 算法的研究
        5.4.4 无创动态监测性能的实现
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 创新点
    6.3 不足之处与未来的展望
        6.3.1 不足之处
        6.3.2 未来的展望
参考文献
附录
    附录A 原始数据
致谢



本文编号：3833098