医学仪器原理及设计实验报告

现代医学电子仪器原理与设计实验报告班级:生医111班姓名:学号:实验时间:11–16周实验地点:信工楼A303指导教师:目录实验一温度测量...............................1实验二脉搏测量.................................5实验三血压测量.................................7实验四呼吸测量................................13实验五心音测量................................16实验六心电测试................................191实验一温度测量一、实验目的掌握温度测量的硬件电路实现方法，以及测量所得信号的微机处理和显示方法。二、实验内容利用电阻式温度传感器构成的测温电路及LabJack硬件接口测量温度信号并传入微机中；利用LabView软件，设计虚拟仪器面板，将测得的信号通过显示器显示出来。三、实验原理1、测温电路图如下图所示：其中温度传感器可视为电流随温度变化的电流源，电路输出电压与温度成正比。2、测量电路输出的模拟电压通过labjack接口转化为数字信号输入微机中，这一AD转换功能由labjack硬件平台提供，labview软件内的labjack软件功能模块实现硬件接口的驱动和通信及信号处理等基本功能的实现。3、如图所示，当温度变化时，温度传感器产生一线性电流，在电阻RC1上形成响应的电压，该电压经过U2进行一级和二级放大，输出一个正向、与温度变化大小成正比的线性电压。四、实验步骤21、接线：将输出端AI1和GND用电线连接至labjack的AI1和GND端2、调节硬件测温电路中的RC8电位器阻值(顺时针放大)，从而调节输入信号幅度和电路的放大倍数，确定电路的电压输出幅度与温度变化之间的比例关系。3、最终结果是：当温度升高时，响应的电压显示曲线也响应增大；反之亦然，当温度降低时，响应的电压显示曲线也响应减小。4、利用labview软件的设计平台及labjack提供的功能模块，设计温度监测及显示用虚拟仪器。五、实验数据处理测常温得数据：changwen.dat测手温得数据：shouwen.dat由matlab编程对数据进行标定，得出温度与电压的关系。程序如下：c=importdata('changwen.dat');d=importdata('shouwen.dat');x1=c.data(:,1);y1=c.data(:,2);a=mean(y1)x2=d.data(:,1);y2=d.data(:,2);b=mean(y2)subplot(1,2,1)plot(x1,y1,'b');title('changwenfigure');xlabel('time');ylabel('V1');subplot(1,2,2);plot(x2,y2,'b');title('shouwenfigure');xlabel('time');ylabel('V1');K=tgent(a,15,b,30)B=15-K*a附：求斜率功能函数functiony=tgent(x1,y1,x2,y2)%求两点连线的斜率ifx1==x2disp('error:斜率不存在')elsey=(y1-y2)./(x1-x2);end运行结果如下：30510154.74.754.84.854.94.955changwenfiguretimeV101002003004003.63.73.83.944.14.24.34.44.5shouwenfiguretimeV1由此可知，温度与电压关系为：T=-17.1957V+98.5886对labjack进行标定：采用channelA,AI1端口4六、实验小结初步学会了怎么使用labjack显示图像以及调试，实验中不断的出现小问题，然后再解决，有一个很小的问题难倒了大家，就不知道问题出现在哪里，后来有细心的同学发现了症结，结果是在计算的时候忘记输入一个乘号，还真是不能粗心。5实验二脉搏测量一．实验目的1．学会人体脉搏波的测量方法。2．观察脉搏波与心电波的区别及相互关系。3．观察运动对脉搏的影响。二．实验原理1．传感器：是由无源的精密压力换能器和一个指套组成，通过绑在手指上可测量脉搏。2．电路原理：如图所示，因为该压力传感器是无源的，使用单向输入方式，即压力信号通过R61经U6A输入，U6B输入接地，当压力变化时通过差动放大电路（U7）进行放大，再经过U8后，在AI3端输出一个与压力成正比的线性电压波形。三．实验步骤1、接线：将传感器通过JP01连接至测量电路，将AI3和GND连接至labjack的接口AI3和GND处。2、通过调节电位器RP6来改变差动放大倍数（顺时针大），在U8输出端得到放大信号。3、最终结果是：在U8的输出端得到一个放大后的信号，该信号特点是：当有脉搏时（压力增大）时，该信号曲线显示增大的信息；当无脉搏时（压力减小）时，该信6号曲线幅度也响应减小。四．实验内容1、测量脉搏波的变化情况，同时计算脉搏频率。2、与心电测量一起显示计算，观察两个波型的特点及相互关系。五、实验数据处理测得脉搏数据为“maibo.dat”用MATLAB对数据进行处理，首先显示出脉搏波形，再通过滤波器进行滤波。程序如下：a=importdata('maibo.dat');x=a.data(:,1);y=a.data(:,2);subplot(1,2,1)plot(x,y,'b');title('maibofigure(滤波前)');xlabel('time');ylabel('V1');fs=500;Wp=2*pi*50/fs;Ws=2*pi*60/fs;Rp=0.25;Rs=30;Omip=Wp/pi;Omis=Ws/pi;%归一化技术要求[N,Wn]=buttord(Omip,Omis,Rp,Rs);%确定滤波器的阶数disp(['TheorderofButterworthFilteringis',num2str(N)]);[b,a]=butter(N,Wn);%确定Butterworth滤波器转移函数系数向量[H,w]=freqz(b,a,512);%512点复频响应y2=filter(b,a,y);subplot(1,2,2)plot(x,y2,'b');title('maibofigure(滤波后)');xlabel('time');ylabel('V1');实验结果：012345-1-0.500.511.5maibofigure(滤波前)timeV1012345-0.4-0.200.20.40.60.81maibofigure(滤波后)timeV17由上图粗略估计，脉搏频率为82次/分钟。六、实验小结测量脉搏波的脉搏传感器是由无源的精密压力换能器和一个指套组成，通过绑在手指上可测量脉搏。该信号的特点是当有脉搏时（压力增大）时，该信号曲线显示增大的信息；当无脉搏时（压力减小）时，该信号曲线幅度也响应减小；实验很顺利，因为有前一个实验的基础，不过在测手指时被测者不要乱动。实验三血压测量一、实验目的1．掌握用柯式音的原理来测量人体血压。2．利用LabView工具，实现电子血压计功能。二、实验原理8如图所示，由IC2与其外接电阻电路构成一恒流源电路，其6端输出一恒定的电流，提供给压力传感器SE1的2端；IC4构成温度补偿电路，其输出端6端接至IC5的5端。当血压信号通过SE1压力传感器接收并转换成电压信号传至IC5的2、3脚，调节RP1电位器大小来改变的放大倍数（顺时针信号放大），经过差动放大后输至IC3实现驱动输出。三．实验步骤1、接线：将AI2和GND与labjack的AI2和GND端连接起来；IO0和GND与labjack的IO0和GND端连接起来；袖套通过三通阀与压力表、充气囊、放气阀及电充气泵连接起来，把一个出气口接入压力传感器（SE1）的上端，电充气泵的红线（或蓝色）接入J71的“5V”，黑线（或白线）接入J71的“IO0”，这样气泵受IO0控制，打开LJLogger程序，IO0为“1”时打气，“0”时停止。2、调试与结果：1）标定：将袖套缠绕在白色塑料管上（注意：对袖套进行充气时，必须绑在白色塑料管或手臂上，否则会破损），未充气时，即压力表指示为零时，调节软件参数使AI2端输出信号显示应为零；用气囊冲气至某一满量程值，压住放气阀，RP1可调节量程，使AI2端输出信号显示为某一压力值，比如120毫米汞柱电压为2V。然后徐徐放气至完毕，基本得到电平与气压成正比的线形曲线。2）测人体血压：将袖套缠绕在人体上手臂上，通过气囊或气泵充气至大于收缩压9时停止充气（大概140--180毫米汞柱），通过可调节的放气阀徐徐放气（可调节放气的速度），观察屏幕血压信号波形，当血压信号下降过程中出现第一次波动时，即为收缩压值；当继续放气时可看到电平波动由小到大再变小，直到电平没有波动即为舒张压值。3、注意：在使用LABJACK软件Ljstream时，在“ConfigureChannels”通道选者择中，四路全部选择AI2，即选择channeA:AI2、channeB:AI2、channeC:AI2、channeD:AI2，按Save&Exit返回主界面；四、实验内容利用LABVIEW软件实现电子血压计的功能，可显示压力变化过程，同时得到收缩压、舒张压及心率。五、实验数据1、标定：测得血压为0时的电压数据为xueya0.dat，血压为100时的数据为xueya100.dat。用matlab编程对数据进行处理，得到血压与电压的关系。程序如下：c=importdata('xueya0.dat');d=importdata('xueya100.dat');x1=c.data(:,1);y1=c.data(:,2);a=mean(y1)x2=d.data(:,1);y2=d.data(:,2);b=mean(y2)subplot(1,2,1)plot(x1,y1,'b');title('xueya0figure');xlabel('time');ylabel('V1');subplot(1,2,2);plot(x2,y2,'b');title('xueya100figure');xlabel('time');ylabel('V1');xlabel('time');ylabel('P');K=tgent(a,0,b,100)B=100-K*b1001020301.0251.031.0351.041.0451.051.0551.06xueya0figuretimeV101020301.231.2351.241.2451.251.2551.261.265xueya100figuretimeV1由此可知：血压P=483.1718V-503.3033用labjack的channelA，AI2，设置如下图所示：11测得数据xueya.dat，用matlab编程绘图，程序如下：f=importdata('xueya.dat');x3=f.data(:,1);y3=f.data(:,7);figureplot(x3,y3,'b');title('xueyafigure');12010203040506070020406080100120140xueyafiguretimeP由图可知，高压约为98Pa,低压约为30Pa。而血压计所示高压约为110Pa，低压为60Pa左右，与标定的有一定误差。六、实验小结当给受试者加压时，要注意检压计读数，但徐徐放气时，第一次听到的血管音即代表收缩压，最后声音消失之前的血管音代表舒张压。记下血压读数，放空压脉带，是压力降低为零，重复测压2-3次，记录平均值，问题就出现在了重复测压这个环节，因为受试者会因为前一次测压影响到后面的测量，会导致受试者血压越来越低，所以数据主要以第一次的为主。13实验四呼吸测量一、实验目的1．测量呼吸的气体压力、流速及