医学仪器原理及设计实验报告

1、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 周指导教师:目 录实验一温度测量1脉搏测量5血压测量7呼吸测量13心音测量16心电测试19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LabView 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。labjackAD 转换功能由 labjack 硬件平台提供，labview 软件内的 labjack 软件功

2、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U2 正比的线性电压。四、实验步骤11、接线：将输出端 AI1 和 GND 用电线连接至 labjack 的 AI1 和 GND 端2RC8 )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 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

3、：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);a=mean(y1) 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(time);ylab

4、el(V1); K=tgent(a,15,b,30)B=15-K*a附：求斜率功能函数function y=tgent(x1,y1,x2,y2)%求两点连线的斜率if x1=x2disp(error:斜率不存在)elsey=(y1-y2)./(x1-x2);end运行结果如下：2changwen figure5shouwen figure4.44.954.34.94.2V14.85V4.84.11V43.94.754.70time3.83.73.61015100200time300400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cha

5、nnelA,AI1 端口3六、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， 结果是在计算的时候忘记输入一个乘号，还真是不能粗心。4实验二 脉搏测量一实验目的学会人体脉搏波的测量方法。观察脉搏波与心电波的区别及相互关系。观察运动对脉搏的影响。二实验原理脉搏。电路原理：R61 经U6A 输入，U6B 输入接地，当压力变化时通过差动放大电路过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JP01AI3 和 GND 连接至 labjack 接口 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大信

6、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）5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(maib

7、o figure(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);%512y2=filter(b,a,y);subplot(1,2,

8、2) plot(x,y2,b);title(maibo figure(滤波后);xlabel(time);ylabel(V1);实验结果：maibo figure(滤 波前)1.5maibo figure(滤 波后)10.51V0-0.50.80.60.41V0.20-0.2-101time34-0.401time3456由上图粗略估计，脉搏频率为 82 次/分钟。六、实验小结（压力增大当无脉搏时（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、实验目的掌握用柯式音的原理来测量人体血压。利用 LabView 工具，实现

9、电子血压计功能。二、实验原理7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 SE1 IC5 的 23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1AI2 和 GND 与 labjack 的 AI2 和 GND 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（或蓝色）J715（或白线）接入 J71IOIO0打开 LJLogge程序，I

10、O为“10”时停止。2、调试与结果：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AI2 RP1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。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8（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3、注意：在使用 LABJACK 软件 Ljstream 时，在“Configure Channels”通道选者择中，四路全部选择 A

11、I2，即选择 channeA:AI2、channeB:AI2、channeC:AI2channeD:AI2Save&Exit四、实验内容利用 LABVIEW 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);a=mean(y1) y2=d.data(:,2); b=mean(y2) s

12、ubplot(1,2,1) plot(x1,y1,b); title(xueya0 figure); xlabel(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*b9xueya0 figure1.061.2651.0551.261.051.2551.0451.251Vxueya100 figure1.041.2451.0351.241.031.2351

13、.0250time1.2320300time2030由此可知：血压P=483.1718V-503.3033用 labjack 的 channelA，AI2，设置如下图所示：10测得数据xueya.dat，用 matlab f=importdata(xueya.dat); x3=f.data(:,1);y3=f.data(:,7);figure plot(x3,y3,b); title(xueyafigure);1114012010080P604020 xueya figure001020time40506070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，

14、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， 2-3所以数据主要以第一次的为主。12一、实验目的实验四 呼吸测量测量呼吸的气体压力、流速及流量。观察运动对呼吸的影响。二、实验原理传感器：是由一个压差换能器和一个差压阀组成，可测量呼吸波（潮气量可以测呼吸流量。电路原理JP0 进入由 IC1AIC1BIC1C 组成IC1D 进行二级放大后在 AI0 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 JP0 连接至压力桥式

15、测量电路，将 AI0 和 GND 连接至labjack 的接口AI0 和 GND 处。2R3 （顺时针信号放大IC1C 到一级放大信号。通过调节电位器 R31 ()，实现对干扰信号的抑制。133、最终结果是：在 IC1D 的输出端得到一个二级放大后的信号，该信号特点是：当压四、实验内容1、测量呼吸时气体的压力不使用差压阀，用一个三通的一端联入传感器的一个进气口，当气流经过三通的另两端时，就可测量气流的压力，同时可测出呼吸的频率。2、测量呼吸时气体的流速五、实验数据处理测得呼吸数据为“huxi.dat”用MATLAB对数据进行处理，首先显示出呼吸波形，再通过滤波器进行滤波。程序如下：A=impo

16、rtdata(huxi.dat); x1=A.data(:,1);y1=A.data(:,3); subplot(1,2,1) plot(x1,y1,b);title(huxi figure(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=but

17、ter(N,Wn);%确定Butterworth滤波器转移函数系数向量H,w=freqz(b,a,512);%512y2=filter(b,a,y1);subplot(1,2,2) plot(x1,y2,b);title(huxi figure(滤波后);xlabel(time);ylabel(V1);结果：144.24.143.93.81V3.73.63.53.4huxi figure(滤波前)4.24.143.9V13.8V3.73.63.5huxi figure(滤波后)timetimetimetime510153.45101520如图可知：呼吸频率约为 18 次/分钟。六、实验小结15

18、实验五 心音测量一 实验目的1、学会人体心音波的测量方法。2、观察心音与脉搏波及心电波的区别及相互关系。3、 观察运动对心音的影响。二实验原理传感器：是由无源的精密心音换能器组成，通过按或绑在胸前可测量心音。电路原理：如图所示，心音信号通过 R61 和 R62 经 U6 输入到的差动放大电路进行放大， RP61 （顺时针大U8 在 AI3 /波形。三实验步骤1JP0 AI3 和 GND 连接至 labjack的接口AI3 和 GND 处。2、心音传感器的安放：放在左胸上（最好紧贴皮肤情况可以看到周期性、一定幅度的波群。3RP61 （顺时针大U7 放大信号。4、最终结果是：在 U8 的输出端得到

19、一个放大后的信号，该信号特点是：当心音度也响应减小。四、实验数据处理测得脉搏数据为“xinyincj.dat” 测得脉搏数据为“xindian.dat”16B=importdata(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; N,Wn=bu

20、ttord(Omip,Omis,Rp,Rs);化技术要求定滤波器的阶数disp(The order of Butterworth Filtering is ,num2str(N);b,a=butter(N,Wn);移函数系数向量%Butterworth滤波器转H,w=freqz(b,a,512);2y4=filter(b,a,y1);subplot(3,1,1) plot(x1,y4,b); title(xinyin 滤波后); xlabel(time);ylabel(V1);y5=filter(b,a,y2);subplot(3,1,2) ;n 滤波后xlabel(time);ylabel(

21、V2);y6=filter(b,a,y3); subplot(3,1,3) plot(x3,y6,b); title(maibo 滤波后); xlabel(time);ylabel(V3);运行结果如下：17xinyin 滤波后)510V-5-10012345timexindian figure(滤 波后)21V0.5012345timemaibo figure(滤 波后)1030V-101五、实验内容time3451、测量心音波的变化情况，同时计算心音频率。从图片中可看出，大概是2s三次心跳，每次心跳时间为0.667s，心率为90次/分。2、与心电及脉搏一起显示计算，观察各个波型的特点及相互

22、关系。脉搏波周期会稍微短一些脉搏波的传播速度与动脉弹性官腔的大小动脉压、血液的密度和粘性有关。因为做实验时，测量的数据不是来自同一个人如果人的动脉弹性小官腔小动脉血压高等都会致脉搏波传播速度加快。六、实验小结的最佳听诊部位在锁骨中线第五肋间隙或在胸骨右缘；第二心音是在心动周期械振动；对比三张图片，心音的波动周期与心电图波动周期基本一致。18实验六 心电测试一 实验目的初步学会人体心电的测量方法。掌握 QRS 波群的测量方法。观察运动对心电的影响。二实验原理如图所示，IC6A、IC6B、IC8A、IC8B、IC8C组成一差分放大电路，左手及右手的信号19从 P41 和 P42 IC8C 的 8

23、脚IC8D IC7B 外围电路中的R42 调节放大倍数进行而二级放大，调节电位 R4 实现基线抬高电平至 的直流电位，在 AI6 端形成直流电位在 2.5v、交流信号大小在 1v 左右的信号，通过IC9 实现隔离传输。图中调节器 R37 用于调节差分放大器的放大倍数，该放大倍数为1+2R10/R37R38IC7A 围电路构成信号反馈，抑制共模信号。三实验步骤利用板上的信号源调试电路利用板上的电源为放大电路供电：即对应连接 JP40 与 J4(电源（模拟）)，J4 的-5V端接 J40的-VJ4的 GND端接 J40的 GNDJ4+5V端接 J40的+V 端。利用板上的信号源为放大电路提供信号：

24、信号源已经预调到 158Hz 左右，20mv 左右的正弦信号，连接 JP13 的“信号”与 JP41 Signa连接 JP13 与JP41 GNDJP42 的“信号” 与 JP42 的“GN连接 LABJACKAI4AI5AI6 和 GND 分别与 LABJACK 对心电信号）LABJACK 的 AI7 和 相连。LABJACKLjstreamConfigure ChannelschanneA:AI4、channeB:AI5channeC:AI6channeD:AI7Save&Exit 返回主界面；屏蔽掉channeB、channeC、channeD 的显示，只显示 channeA（白色波形显

25、示）,光标移至波AutoScaleY-0.4v至+0.4v； 按动 EnabelStreamR37 使AI在?.3V （顺时针信号放大AutoScaleY channeB（红色波形显示R42 使 A?v （顺时针信号大；选择 channeC 的显示（黄色波形显示，调节 R4 使 AI6（与I5 反向）的信号的基线（中心线）为 2.0v 与 2.5v 之间（顺时针信号抬高channeD 的显示（蓝色波形显示，这时候可以看到完整 AI7 的信号，这样调节电路结束。测量人体的心电去掉 JP41、JP42 接线柱(这些接线柱只用于电路的调试)上所有的接线。使用电池为放大电路供电：用两节 9v 叠层电池接到两个电池扣上（JP49，对应连接JP40 和 J4（电池J4 的-9V 端接 J40-V 的 GND 端接 的 GND端，J4+9VJ40+V 端。20连接 LABJACK 采样盒：实验板的 J8（心电信号）的“Signal”和“GND”与LABJACK 的 AI7 和 GND 相连，