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基于multisim的血氧飽和度論文(參考版)

2024-09-02 13:40本頁面
  

【正文】 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。 5 常呂遠(yuǎn) ,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 。 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。 2 F. Durst, A. Melling, J. H. Whitelaw. Principles and Practice of 共 頁 第 頁 21 Laser。對于今后要更加充實自己知識面,開闊自己的視野。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。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。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。 ( 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(fù)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 。(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。 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(rèn)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 。 15 V.這些電壓由圖 3. 1所示的電路通過變壓器、整流橋、三端穩(wěn)壓器、電解電容等來實現(xiàn).其中, +15V的電源的獲得是使用 220v一 18V變壓器將市電 220V交流電轉(zhuǎn)換成 18V交流,再通過橋式整流電路和濾波電容將其轉(zhuǎn)化為直流電壓約 +22v,三端穩(wěn)壓器 7815再將電壓穩(wěn)定至 +15V直流電壓.其它二種電壓以類似的方法獲得.電路中的四個三端穩(wěn)壓器均附有適當(dāng)面積的散熱片,以保 證其工作的可靠性. 共 頁 第 頁 12 圖 3. 1 電源電路原理圖 第二節(jié)傳感器設(shè)計 3. 1 光源的選擇 基于設(shè)計成本上的考慮,人們往往首先考慮使用發(fā)光二極管作為探測光源.實際上由于腦血氧檢測的特點決定了光電二極管并不合適,因為 1.腦血氧傳感器的設(shè)計基于光的反射和后向散射模式,而且光電探測器到光源的距離不可以太短,這就決定了光源的光強要盡量大 (在安全標(biāo)準(zhǔn)內(nèi) ),而發(fā)光二極管的光強顯然遠(yuǎn)不如激光 二 極管強; 2.腦血氧檢測基于氧化利還原血紅蛋白吸光系數(shù)的差異而設(shè)計,要求光源的發(fā)射波長分別位于氧化和還原血紅蛋白的等吸光波長附近和吸光差異較大處,單色性越好越有利于腦血氧的計算和公式中系數(shù)的確定.從下面的我們實測的發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射光譜的對比圖 (圖 3. 2)可見,半導(dǎo)體激光器發(fā)射光譜的單色性遠(yuǎn)比發(fā)光二極管好.所以我們實際采用了 660nm和 810nm兩種波長的激光 二 極管作為光源.具體技術(shù)指標(biāo)如下: 近紅外光半導(dǎo)體激光器 N(810nm) 輸出功率: 30mw,閩值電流: 30mA,工作電流: 65mA,結(jié)電壓 : 3v 紅光半導(dǎo)體激光器 R(660nm) 輸出功率: 10mw’閾值電流: 5mA,工作電流: 25mA,結(jié)電壓: 3v 共 頁 第 頁 13 圖 3. 2 發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射光譜的對比 3. 2 光電轉(zhuǎn)換器的選擇及其對光調(diào)制頻率響應(yīng)特性的研究 在光電轉(zhuǎn)換器的選擇上我們前期的工作選擇的是光敏二極管,其輸出電壓與照射光強確有較好的線性,但我們最終使用光電池來取代光敏二極管,原因是:檢測傳感器使用時要求緊貼額頭,以盡可能地減小背景光的影響,而光敏二極管的頭部是圓柱形的, 緊貼額頭時會發(fā)生位移或抖動,不利于信號采集;另外,光敏二極管的光電接受表而小,要求待測光須與其接受面盡可能的垂直,而腦血氧的檢測采集的是從各個方向反射和后向散射過來的光線,因而光敏二極管只能采集到很小一部分光信號,而光電池的表面是平面而且接受面積是一般光敏二極管的 5— 15倍,可以很好地采集光信號.所以我們后來使用光電池作為光電探測器.下面講述光電池的特性以及作者進 行的光電池對光調(diào)制頻率響應(yīng)特性的實驗研究. 3. 2. 1 硅光電池的特性 傳感囂采用了硅光電池的主要原因是硅光電池具有如下二大優(yōu)點: 1.其輸 出短路電流與待測光強有良好的線性關(guān)系; 2.其頻譜響應(yīng)寬,可以兼顧紅光與紅外光的檢測靈敏度; 3.其溫度穩(wěn)定性好.下文將定量地介紹硅光電池的豐要特性. (1).硅光電池的光照特性:硅
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