【導(dǎo)讀】MULTISIM軟件進行電路仿真與優(yōu)化。1天方案調(diào)研與系統(tǒng)總體設(shè)計；2天仿真軟件學(xué)習(xí)；3天功能電路仿真與元件參數(shù)優(yōu)化；4天整體電路聯(lián)調(diào)；5天系統(tǒng)總結(jié)完成報告。③實現(xiàn)了大部分設(shè)計要求。第二章原理與推導(dǎo)···················································2. 第一節(jié)腦血氧監(jiān)測的意義·············································2. 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計·········································11. 第一節(jié)電源制作·············································11

　　

【正文】 共 頁 第 頁 15 圖 光電池的頻響特性曲線 3． 2． 2 光電池對光調(diào)制頻率響應(yīng)特性的實驗研究 對于調(diào)制光，硅光電池對調(diào)制頻率的響應(yīng)是另一個需要認真考慮的問題．因為調(diào)制頻率太高，超出其響應(yīng)范圍，則光電池的輸出波形會出現(xiàn)衰減振蕩現(xiàn)象，相當(dāng)于在輸出信號上疊加了很強的高頻噪聲，不利于生理信號的檢出．為此，本人進行了光電池對光調(diào)制頻率響應(yīng)特性的實驗研究． 使用 調(diào)頻 電路 （如下圖 所示） 輸 出的脈沖對一特定波長的激光二極管光源進行調(diào)制，調(diào)制頻率 原件 可以通過調(diào)節(jié) 頻率 電路來改變 頻率大小，用此可以模擬 光源直接照射光電池光電池輸出信號通過示波器進行觀察．下列示波器記錄圖 (圖 3． 7 圖 至 )是砘光電池對光調(diào)制頻率分別為 ， 409． 8Hz， 2． 9KHz， 6． 9KHz 的響應(yīng)輸出．從實驗研究可知，要得到噪聲很小的輸出信號波形，調(diào)制頻率并不能太高．兼顧到計算機的采樣速率， 400Hz 是理想的調(diào)制頻率，所以在后續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計中光源調(diào)制頻率設(shè)定在 400Hz 左 。 共 頁 第 頁 16 圖 圖 調(diào)制頻率 時硅光電池的響應(yīng)輸出 圖 調(diào)制頻率 時硅光電池的響應(yīng)輸出 圖 調(diào)制頻率 時硅光電池的響應(yīng)輸出 共 頁 第 頁 17 圖 調(diào)制頻率 時硅光電池的響應(yīng)輸出 圖 調(diào)制頻率 時硅光電池的響應(yīng)輸出 3． 3 傳感器的構(gòu)建 3． 3． 1 脈沖發(fā)生器 腦血氧檢測傳感器的雙光源須采用凋制的方法，交替照射腦前額，因而需要制作調(diào)制脈沖發(fā)牛器．我們設(shè)計并使用了 一 種調(diào)制脈沖產(chǎn)生電路 ， 應(yīng)用施密特觸發(fā)器作為 主 要元件 。（如下圖 ） 圖 施密特產(chǎn)生方波 共 頁 第 頁 18 調(diào)節(jié)電阻 R1， R2以及電容 C可調(diào)節(jié)輸出控制脈沖的頻率，根據(jù) 調(diào)頻器件模擬 光電池對光調(diào)制頻率的響應(yīng)特性以及系統(tǒng)要求雙光源交替照射的特點，實際電路調(diào)節(jié)時使輸 出脈沖為頻率 400HZ。 方波發(fā)牛器在系統(tǒng)中至關(guān)重要，除了用來控制光源的通斷之外，還用作同步分離器和同步積分器的控制信號、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入信號等，為了增大輸出電流，應(yīng)采取多個施密特觸發(fā)器的辦法．得到的輸出脈沖波形 。 （ 如圖 3． 13所示 ） 圖 3． 13 方波發(fā)生器輸出控制脈沖波形 3． 3． 2恒流源 恒流源定義 恒流源 是輸出電流保持不變的電流源 ，其 在電路中用來給光源提供恒定的電流，使發(fā)射光強恒定 ， 而理想的恒流源不因負載 (輸出電壓 )變化而改變 ， 不因環(huán)境溫度變化而改變 ， 內(nèi)阻為無限大 。（ 具體電路如下圖 所示） 圖 恒電源電路 共 頁 第 頁 19 3, 3, 3 同步積分模塊 同步積分的原理 在微弱信號檢測中，通過同步積分器 (鎖相放大器的核心部分 )提取待測信號，其工作原理是采用對信號和噪聲多次累積平均的辦法，將已知頻率的信號從噪聲中提取出來．信號正負半周分別通過兩個積累器累加，其控制開關(guān)被與待測信號同步的方波信號調(diào)制。同步積分器輸出信號的幅度正比于待測信號，而隨機的噪聲信號則在多次累加后大 大消弱。（電路如下圖 所示） 圖 共 頁 第 頁 20 第四章 心得體會 我們小組 從腦血氧檢測發(fā)展的歷史看出，透射式的傳感器都難以發(fā)揮作用，必須使用基于雙光源雙感受器模型的反射式傳感器．而 通過查資料 的結(jié)果表明，組織成分 (水和天然細胞色素 )的吸收光譜特性為腦血氧檢測提供了可能．充分考慮了雙波長腦血氧監(jiān)測模型中近處光電池采集的光不完全在非腦組織中傳播這一因素，根據(jù)改進的朗伯特一比爾定 律和吸光度加和定律獨立地推導(dǎo)出更準(zhǔn)確的計算公式，從推導(dǎo)的過程， 我們 發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計并不要求雙光源的輸出光強相等，這減少了對系統(tǒng)光源進行精密調(diào)節(jié)的困難．而且新公式系數(shù)的確定變得更簡單，降低了系統(tǒng)定標(biāo)的難度． 在系統(tǒng)傳感器的設(shè)計中， 我們小組 選擇了 660nm和 810nm兩種波長的激光二極管而不是發(fā)光二極管作為光源，光源采用調(diào)制模式，以減少信號的漂移；使用光電池來取代光敏二極管來采集光電信號，兩光電池到光源的相對距離分別設(shè)為 20mm和 30mm．根據(jù)光電池對光調(diào)制頻率響應(yīng)特性的實驗研究結(jié)果，400Hz被選作光源及信號處 理電路的理想調(diào)制頻率． 這次我和搭檔分工合作，我主要負責(zé)的是兩部分，第一部分調(diào)頻部分是為了找到硅電池最合適的工作頻率值；第二部分就是利用施密特發(fā)生器產(chǎn)生方波。為期一周的課程設(shè)計中，由于時間有限關(guān)于血氧飽和度測試系統(tǒng)方面我們只是對部分功能進行了設(shè)計，可能存在很多不足之處。通過這次課設(shè)我最大的收獲就是通過自學(xué) ,了解并學(xué)會一般 使用軟件 Multisim的技巧。我們這次就是通過利用 軟件 Multisim仿真設(shè)計電路的到我們預(yù)期的結(jié)果，以此來驗證電路的正確性和可靠性并且可以更好的通過改善電路時結(jié)果更加完美。通過這次可以更 好的體現(xiàn)團隊合作的重要性，是我深深明白合作的利處。對于今后要更加充實自己知識面，開闊自己的視野。 第五章 參考文獻 1 楊玉星，彭滌芳，王左．一種新型的測每 m樣曲氧飽和度的系統(tǒng)．中國醫(yī)療器械 雜志。 2 F． Durst， A． Melling， J． H． Whitelaw． Principles and Practice of 共 頁 第 頁 21 Laser。 Doppler Anemometry Academic Press， 1981． 3 MarkoIf H Niemz著，張鎮(zhèn)西等譯．激光與生物組織的相互作 用。 西安：西安交通大學(xué)山版社． 4 王秀章，陳聲權(quán)．脈搏血氧飽和度檢測方法的研究．中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志 。 5 常呂遠 ，趙寧 ，魏同立． E— 100型血氧飽和度測定儀的研制 ， 東南大學(xué)學(xué)報 。 6 王強，林淑娟，羅致誠．無創(chuàng)傷紅外光潛腦血氧臨測儀 ， 國外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué) 工 程分冊 。 7 王強，王躍華等．反射式紅外光譜組織血氧計傳感器設(shè)計 ， 中國 醫(yī)療器械雜志。 共 頁 第 頁 22