1、現代醫(yī)學電子儀器原理與設計實驗報告班 級:生醫(yī)111班姓 名:學 號:實驗時間:11 16 周實驗地點:信工樓A303指導教師:目 錄實驗一 溫度測量1實驗二 脈搏測量5實驗三 血壓測量7實驗四 呼吸測量13實驗五 心音測量16實驗六 心電測試19實驗一 溫度測量一、實驗目的 掌握溫度測量的硬件電路實現方法，以及測量所得信號的微機處理和顯示方法。二、實驗內容 利用電阻式溫度傳感器構成的測溫電路及 LabJack 硬件接口測量溫度信號并傳入微機中；利用 LabView 軟件，設計虛擬儀器面板，將測得的信號通過顯示器顯示出來。三、實驗原理 1、測溫電路圖如下圖所示：其中溫度傳感器可視為電流隨溫度變

2、化的電流源，電路輸出電壓與溫度成正比。 2、測量電路輸出的模擬電壓通過 labjack 接口轉化為數字信號輸入微機中，這一 AD 轉換功能由 labjack 硬件平臺提供，labview 軟件內的 labjack 軟件功能模塊實現硬件接口的驅動和通信及信號處理等基本功能的實現。 3、如圖所示，當溫度變化時，溫度傳感器產生一線性電流，在電阻 RC1 上形成響應的電壓，該電壓經過 U2 進行一級和二級放大，輸出一個正向、與溫度變化大小成正比的線性電壓。四、實驗步驟 1、接線：將輸出端 AI1 和 GND 用電線連接至 labjack 的 AI1 和 GND 端 2、調節(jié)硬件測溫電路中的 RC8 電

3、位器阻值(順時針放大)，從而調節(jié)輸入信號幅度和電路的放大倍數，確定電路的電壓輸出幅度與溫度變化之間的比例關系。 3、最終結果是：當溫度升高時，響應的電壓顯示曲線也響應增大；反之亦然，當溫度降低時，響應的電壓顯示曲線也響應減小。 4、利用 labview 軟件的設計平臺及 labjack 提供的功能模塊，設計溫度監(jiān)測及顯示用虛擬儀器。5、 實驗數據處理測常溫得數據：changwen.dat測手溫得數據：shouwen.dat 由matlab編程對數據進行標定，得出溫度與電壓的關系。程序如下：c=importdata('changwen.dat');d=importdata(

4、9;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('changwen figure');xlabel('time');ylabel('V1');subplot(1,2,2);plot(x2,y2,'b');title('shouwen figure');xlabel('ti

5、me');ylabel('V1');K=tgent(a,15,b,30)B=15-K*a附：求斜率功能函數function y=tgent(x1,y1,x2,y2)%求兩點連線的斜率if x1=x2 disp('error:斜率不存在')else y=(y1-y2)./(x1-x2);end運行結果如下：由此可知，溫度與電壓關系為：T=-17.1957V+98.5886對labjack進行標定： 采用channelA,AI1端口6、 實驗小結初步學會了怎么使用labjack顯示圖像以及調試，實驗中不斷的出現小問題，然后再解決，有一個很小的問題難倒了大家，

6、就不知道問題出現在哪里，后來有細心的同學發(fā)現了癥結，結果是在計算的時候忘記輸入一個乘號，還真是不能粗心。實驗二脈搏測量一實驗目的 1 學會人體脈搏波的測量方法。 2 觀察脈搏波與心電波的區(qū)別及相互關系。 3 觀察運動對脈搏的影響。二實驗原理 1 傳感器：是由無源的精密壓力換能器和一個指套組成，通過綁在手指上可測量脈搏。 2 電路原理： 如圖所示，因為該壓力傳感器是無源的，使用單向輸入方式，即壓力信號通過R61經U6A 輸入，U6B 輸入接地，當壓力變化時通過差動放大電路（U7）進行放大，再經過U8后，在 AI3 端輸出一個與壓力成正比的線性電壓波形。三實驗步驟 1、接線：將傳感器通過 JP01

7、連接至測量電路，將 AI3 和 GND 連接至 labjack 的接口 AI3和 GND 處。 2、通過調節(jié)電位器 RP6 來改變差動放大倍數（順時針大），在 U8 輸出端得到放大信號。 3、最終結果是：在 U8 的輸出端得到一個放大后的信號，該信號特點是：當有脈搏時（壓力增大）時，該信號曲線顯示增大的信息；當無脈搏時（壓力減?。r，該信號曲線幅度也響應減小。四實驗內容 1、測量脈搏波的變化情況，同時計算脈搏頻率。 2、與心電測量一起顯示計算，觀察兩個波型的特點及相互關系。5、 實驗數據處理測得脈搏數據為“maibo.dat”用MATLAB對數據進行處理，首先顯示出脈搏波形，再通過濾波器進行濾

8、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('maibo figure(濾波前)');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; %歸一化技術要求N,Wn=buttord(Omip,Omis,Rp,Rs); %確定濾波

9、器的階數disp('The order of Butterworth Filtering is ',num2str(N);b,a=butter(N,Wn); %確定Butterworth濾波器轉移函數系數向量H,w=freqz(b,a,512); %512點復頻響應y2=filter(b,a,y);subplot(1,2,2)plot(x,y2,'b');title('maibo figure(濾波后)');xlabel('time');ylabel('V1');實驗結果：由上圖粗略估計，脈搏頻率為82次/分鐘。六

10、、實驗小結測量脈搏波的脈搏傳感器是由無源的精密壓力換能器和一個指套組成，通過綁在手指上可測量脈搏。 該信號的特點是當有脈搏時（壓力增大）時，該信號曲線顯示增大的信息；當無脈搏時（壓力減小）時，該信號曲線幅度也響應減??；實驗很順利，因為有前一個實驗的基礎，不過在測手指時被測者不要亂動。實驗三 血壓測量一、實驗目的1 掌握用柯式音的原理來測量人體血壓。2 利用 LabView 工具，實現電子血壓計功能。二、實驗原理 如圖所示，由 IC2 與其外接電阻電路構成一恒流源電路，其 6 端輸出一恒定的電流，提供給壓力傳感器 SE1 的 2 端；IC4 構成溫度補償電路，其輸出端 6 端接至 IC

11、5 的 5 端。當血壓信號通過 SE1 壓力傳感器接收并轉換成電壓信號傳至 IC5 的 2、3 腳，調節(jié) RP1 電位器大小來改變的放大倍數（順時針信號放大），經過差動放大后輸至 IC3 實現驅動輸出。三實驗步驟 1、接線：將 AI2 和 GND 與 labjack 的 AI2 和 GND 端連接起來；IO0 和 GND 與 labjack 的IO0 和 GND 端連接起來；袖套通過三通閥與壓力表、充氣囊、放氣閥及電充氣泵連接起來，把一個出氣口接入壓力傳感器（SE1）的上端，電充氣泵的紅線（或藍色）接入J71 的“5V”，黑線（或白線）接入 J71 的“IO0”，這樣氣泵受 IO0 控制，打開

12、 LJLogger程序，IO0為“1”時打氣，“0”時停止。 2、調試與結果： 1）標定：將袖套纏繞在白色塑料管上（注意：對袖套進行充氣時，必須綁在白色塑料管或手臂上，否則會破損），未充氣時，即壓力表指示為零時，調節(jié)軟件參數使 AI2 端輸出信號顯示應為零；用氣囊沖氣至某一滿量程值，壓住放氣閥， RP1可調節(jié)量程，使 AI2 端輸出信號顯示為某一壓力值，比如 120 毫米汞柱電壓為 2V。然后徐徐放氣至完畢，基本得到電平與氣壓成正比的線形曲線。 2）測人體血壓：將袖套纏繞在人體上手臂上，通過氣囊或氣泵充氣至大于收縮壓時停止充氣（大概 140-180 毫米汞柱），通過可調節(jié)的放氣閥徐徐放氣（可調

13、節(jié)放氣的速度），觀察屏幕血壓信號波形，當血壓信號下降過程中出現第一次波動時，即為收縮壓值；當繼續(xù)放氣時可看到電平波動由小到大再變小，直到電平沒有波動即為舒張壓值。 3、注意：在使用 LABJACK 軟件 Ljstream 時，在“Configure Channels”通道選者擇中，四路全部選擇 AI2，即選擇 channeA:AI2、channeB:AI2、channeC:AI2、 channeD:AI2，按 Save&Exit 返回主界面；四、實驗內容 利用 LABVIEW 軟件實現電子血壓計的功能，可顯示壓力變化過程，同時得到收縮壓、舒張壓及心率。五、實驗數據 1、標定：測得血壓為

14、0時的電壓數據為xueya0.dat，血壓為100時的數據為xueya100.dat。用matlab編程對數據進行處理，得到血壓與電壓的關系。 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('xueya0 figure');x

15、label('time');ylabel('V1');subplot(1,2,2);plot(x2,y2,'b');title('xueya100 figure');xlabel('time');ylabel('V1');xlabel('time');ylabel('P');K=tgent(a,0,b,100)B=100-K*b 由此可知：血壓P=483.1718V-503.3033 用labjack的channelA，AI2，設置如下圖所示：測得數據xueya.da

16、t，用matlab編程繪圖，程序如下：f=importdata('xueya.dat');x3=f.data(:,1);y3=f.data(:,7);figureplot(x3,y3,'b');title('xueya figure'); 由圖可知，高壓約為98Pa,低壓約為30Pa。而血壓計所示高壓約為110Pa，低壓為60Pa左右，與標定的有一定誤差。6、 實驗小結當給受試者加壓時，要注意檢壓計讀數，但徐徐放氣時，第一次聽到的血管音即代表收縮壓，最后聲音消失之前的血管音代表舒張壓。記下血壓讀數，放空壓脈帶，是壓力降低為零，重復測壓2-3次，記

17、錄平均值，問題就出現在了重復測壓這個環(huán)節(jié)，因為受試者會因為前一次測壓影響到后面的測量，會導致受試者血壓越來越低，所以數據主要以第一次的為主。實驗四 呼吸測量 一、實驗目的 1 測量呼吸的氣體壓力、流速及流量。 2 觀察運動對呼吸的影響。 二、實驗原理 1 傳感器：是由一個壓差換能器和一個差壓閥組成，可測量呼吸波（潮氣量），也可 以測呼吸流量。 2 電路原理如圖所示，當壓力傳感器上壓力變化時，其電阻也響應線性變化，從而壓力橋式測量電路輸出端電壓發(fā)生變化，該變化電壓通過連接器 JP0 進入由 IC1A、IC1B、IC1C 組成的差動放大電路進行一級放大，再經過 IC1D 進行二級放大后在 AI0

18、端輸出一個與壓力成正比的線性電壓波形。3、 實驗步驟1、 接線：將傳感器通過 JP0 連接至壓力橋式測量電路，將 AI0 和 GND 連接至 labjack 的接口AI0 和 GND 處。 2、 通過調節(jié)電位器 R3 來改變差動放大倍數（順時針信號放大），在 IC1C 輸出端得到一級放大信號。通過調節(jié)電位器 R31 來調節(jié)電路對稱性(調零)，實現對干擾信號的抑制。3、最終結果是：在 IC1D 的輸出端得到一個二級放大后的信號，該信號特點是：當壓力增大時，該信號曲線顯示增大的信息；當壓力減小時，該信號曲線幅度也響應減小。四、實驗內容1、測量呼吸時氣體的壓力 不使用差壓閥，用一個三通的一端聯入傳感

19、器的一個進氣口，當氣流經過三通的另 兩端時，就可測量氣流的壓力，同時可測出呼吸的頻率。2、測量呼吸時氣體的流速 使用差壓閥，分別將差壓閥的兩個出口與傳感器的兩個進氣口相連，當氣流經過差壓閥的另兩端時，就可測量氣流的流速，同時對時間計算面積，就可測出呼吸的流量。5、 實驗數據處理測得呼吸數據為“huxi.dat”用MATLAB對數據進行處理，首先顯示出呼吸波形，再通過濾波器進行濾波。程序如下：A=importdata('huxi.dat');x1=A.data(:,1);y1=A.data(:,3);subplot(1,2,1)plot(x1,y1,'b');ti

20、tle('huxi figure(濾波前)');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; %歸一化技術要求N,Wn=buttord(Omip,Omis,Rp,Rs); %確定濾波器的階數disp('The order of Butterworth Filtering is ',num2str(N);b,a=butter(N,Wn); %確定Butterworth濾波器轉移函數

21、系數向量H,w=freqz(b,a,512); %512點復頻響應y2=filter(b,a,y1);subplot(1,2,2)plot(x1,y2,'b');title('huxi figure(濾波后)');xlabel('time');ylabel('V1');結果：如圖可知：呼吸頻率約為18次/分鐘。六、實驗小結線性電壓波形與壓力成正比，但呼氣吹氣較大時，波形會更加明顯的波動，較小時，波動圖形不是特別明顯。使用差壓閥，分別將差壓閥的兩個出口與傳感器的兩個進氣口相連，當氣流經過差壓閥的另兩端時，就可測量氣流的流速，也可測出

22、呼吸的頻率，同時對時間計算面積，就可測出呼吸的流速。實驗五心音測量一實驗目的 1、學會人體心音波的測量方法。 2、觀察心音與脈搏波及心電波的區(qū)別及相互關系。 3、 觀察運動對心音的影響。二實驗原理1 傳感器：是由無源的精密心音換能器組成，通過按或綁在胸前可測量心音。2 電路原理： 如圖所示，心音信號通過 R61 和 R62 經 U6 輸入到的差動放大電路進行放大，RP61 調節(jié)放大倍數（順時針大），再經過 U8 在 AI3 端輸出一個變化的電壓/頻率心音波形。三實驗步驟 1、接線：將傳感器通過 JP0 連接至差動放大電路，將 AI3 和 GND 連接至 labjack 的接口AI3 和 GND

23、 處。 2、心音傳感器的安放：放在左胸上（最好緊貼皮膚），慢慢移動尋找最佳點。最佳情況可以看到周期性、一定幅度的波群。 3、通過調節(jié)電位器 RP61 來改變差動放大倍數（順時針大），在 U7 輸出端得到的放大信號。 4、最終結果是：在 U8 的輸出端得到一個放大后的信號，該信號特點是：當心音增大時，該信號曲線顯示增大的信息，同時頻率也變化；當心音減小時，該信號曲線幅度也響應減小。四、實驗數據處理測得脈搏數據為“xinyincj.dat”測得脈搏數據為“xindian.dat”測得脈搏數據為“maibo.dat”A=importdata('xinyincj.dat');B=imp

24、ortdata('xindian.dat');C=importdata('maibo.dat');x1=A.data(:,1);y1=A.data(:,2);x2=B.data(:,1);y2=B.data(:,3);x3=C.data(:,1);y3=C.data(:,2);fs=500;Wp=2*pi*50/fs;Ws=2*pi*60/fs;Rp=0.25;Rs=30;Omip=Wp/pi;Omis=Ws/pi; %歸一化技術要求N,Wn=buttord(Omip,Omis,Rp,Rs); %確定濾波器的階數disp('The order of Bu

25、tterworth Filtering is ',num2str(N);b,a=butter(N,Wn); %確定Butterworth濾波器轉移函數系數向量H,w=freqz(b,a,512); %512點復頻響應y4=filter(b,a,y1);subplot(3,1,1)plot(x1,y4,'b');title('xinyin figure(濾波后)');xlabel('time');ylabel('V1');y5=filter(b,a,y2); subplot(3,1,2)plot(x2,y5,'b&#

26、39;); title('xindian figure(濾波后)');xlabel('time'); ylabel('V2');y6=filter(b,a,y3);subplot(3,1,3)plot(x3,y6,'b');title('maibo figure(濾波后)');xlabel('time');ylabel('V3');運行結果如下：五、實驗內容1、測量心音波的變化情況，同時計算心音頻率。 從圖片中可看出，大概是2s三次心跳，每次心跳時間為0.667s，心率為90次/分。

27、2、與心電及脈搏一起顯示計算，觀察各個波型的特點及相互關系。脈搏波周期會稍微短一些，脈搏波的傳播速度與動脈彈性、官腔的大小、動脈血壓、血 液的密度和粘性有關。因為做實驗時，測量的數據不是來自同一個人，如果人的動脈彈性小、官腔小、動脈血壓高等都會導致脈搏波傳播速度加快。6、 實驗小結第一心音發(fā)生在心臟收縮期開始，持續(xù)時間較長，比較有規(guī)律。產生的原因包括心室肌的收縮，房室瓣突然關閉以及隨后射血入主動脈等引起的振動。第一心音的最佳聽診部位在鎖骨中線第五肋間隙或在胸骨右緣；第二心音是在心動周期中，由于心肌收縮和舒張，瓣膜啟閉，血流沖擊心室壁和大動脈等因素引起的機械振動；對比三張圖片，心音的波動周期與心

28、電圖波動周期基本一致。實驗六心電測試一實驗目的1 初步學會人體心電的測量方法。2 掌握 QRS 波群的測量方法。3 觀察運動對心電的影響。二實驗原理 如圖所示，IC6A、IC6B、IC8A、IC8B、IC8C組成一差分放大電路，左手及右手的信號從 P41 和 P42 引入該差分一級放大電路兩個輸入端，右腳接入 P43，在 IC8C 的 8 腳生成初步放大后的差動信號，該信號經過 IC8D 進行高低頻濾波后，再通過 IC7B 外圍電路中的R42 調節(jié)放大倍數進行而二級放大，調節(jié)電位 R4 實現基線抬高電平至 2.5V 的直流電位，在 AI6 端形成直流電位在 2.5v、交流信號大小在 1v 左右

29、的信號，通過 IC9 實現隔離傳輸。圖中調節(jié)器 R37 用于調節(jié)差分放大器的放大倍數，該放大倍數為 1+2R10/R37。調節(jié)器 R38用于調節(jié)電路對稱性，從而抑制共模干擾信號。IC7A 與其外圍電路構成信號反饋，抑制共模信號。三實驗步驟1 利用板上的信號源調試電路 利用板上的電源為放大電路供電：即對應連接 JP40 與 J4(電源（模擬）)，J4 的-5V端接 J40 的-V 端，J4 的 GND 端接 J40 的 GND 端，J4 的+5V 端接 J40 的+V 端。 利用板上的信號源為放大電路提供信號：信號源已經預調到 158Hz 左右，20mv 左右的正弦信號，連接 JP13 的“信號

30、”與 JP41 的“Signal”， 連接 JP13 的“GND”與JP41 的“GND”，連接 JP42 的“信號” 與 JP42 的“GND”。 連接 LABJACK 采樣盒：實驗板上的 AI4、AI5、AI6 和 GND 分別與 LABJACK 對應相連，實驗板的 J8（心電信號）的“Signal”和“GND”與 LABJACK 的 AI7 和 GND 相連。 打開 LABJACK 的軟件 Ljstream，在“Configure Channels”中選擇 channeA:AI4、channeB:AI5、channeC:AI6、 channeD:AI7，按 Save&Exit 返

31、回主界面；屏蔽掉 channeB、channeC、channeD 的顯示，只顯示 channeA（白色波形顯示）,光標移至波形顯示窗口按鼠標右鍵，去掉 AutoScaleY 前的，修改軸的量程為-0.4v至+0.4v；按動 Enabel Stream 就可以看到一級放大電路信號（AI4）的情況，調節(jié)電位器 R37 使 AI在?.3V 左右（順時針信號放大）；鼠標右鍵選擇 AutoScaleY 前的，選擇 channeB 的顯示（紅色波形顯示），調節(jié)電位器 R42 使 AI信號幅度為?v 左右（順時針信號大）；選擇 channeC 的顯示（黃色波形顯示），調節(jié) R4 使 AI6（與I5 反向）的

32、信號的基線（中心線）為 2.0v 與 2.5v 之間（順時針信號抬高），；選擇 channeD 的顯示（藍色波形顯示），這時候可以看到完整 AI7 的信號，這樣調節(jié)電路結束。2 測量人體的心電 去掉 JP41、JP42 接線柱(這些接線柱只用于電路的調試)上所有的接線。 使用電池為放大電路供電：用兩節(jié) 9v 疊層電池接到兩個電池扣上（JP49），對應連接JP40 和 J4(電源（電池）)， J4 的-9V 端接 J40 的-V 端，J4 的 GND 端接 J50 的 GND端，J4 的+9V 端接 J40 的+V 端。連接 LABJACK 采樣盒：實驗板的 J8（心電信號）的“Signal”和“GND”與LABJACK 的 AI7 和