生物医学工程大实验报告.doc

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1、生物医学工程大实验报告实验目的 心电检测实验1.复习放大器 , 滤波器等相关知识 , 了解心电测量的原理， 并学习用生理信号采集系统记录人体心电图。2.要求掌握心电测量电路的硬件实现方法，锻炼电路板的焊接与调 试能力.3.学习正常心电图中各波的命名与波形，了解其生理意义。实验器材信号发生器，电，示波器，电机夹，导线若干，电路板一块 实验原理 1.心脏的基本构造和心电图 (ECG)心脏处于人体的循环系统的中心， 主要由心肌构成， 心肌是可兴奋组织， 它的收缩和舒张是人体血液循环的动力； 心肌将心脏分隔成左，右心房和心室四个心腔，腔间有瓣膜控制血液在房室间的流动， 通过动脉血管将氧和酶等各种营养物

2、质供给全身组织， 并将静脉回流带来的组织代谢废物运走。心脏是自律性器官，有特殊起博心肌细胞和神经传导树支 ( 束) ， 包括窦房结，结间束，房室结，房室束，左右束支；在起博心肌细胞 ( 窦房结内 ) 的自律作用下，通过房、室、神经束的传导使心肌收缩和舒张完成心脏的博动；另外，参于循环系统调节的有：交感神经，兴奋时通过肾上腺素使心率加快， 而副交感神经兴奋时使心率变慢， 还有化学性的体液因素也可影响心脏的博动。神经细胞元的放电过程已得到实验认证， 心脏特殊起博心肌细胞博动和神经传导树支 (束)的传导过程都是神经细胞元放电和传导的过程，因此，可通过在人体体表层安放灵敏度很高的电极接受这些微弱的心脏

3、电活动，称为 ECG(electrocardiogram)- 心电图，早在1903 年就发现心电图及基本测量方法； 心电图机检查人体的 ECG，判断心脏活动正常与否仍是医院目前首选的检查手段。标准 ECG及参数如下：典型心电图波形目前 ECG的测量技术已很成熟， 标准 ECG都打印在栅格纸上， 标明 _ 方向每格 0.04 秒， Y 方向每格 0.1mv.一般来说， P 波表征心脏收缩期开始；QRS复合波是心室收缩的结果，指示心室收缩期开始； T 波是心室舒张的结果，将延续到下一个 P波止.ECG测量基本导联三角形 ( 肢体) ：导联 1 右手接 - 电极( 白) 图3左手接 +电极( 红)导

4、联 2 右手接 - 电极( 白) 左脚接 +电极( 红)导联 3 左手接 - 电极( 白)左脚接 +电极( 红)全为右脚接地，这就是所谓右脚驱动导联接法，这是肢体导联ECG测量法；另外常用的还有三电极胸导联，白的 - 电极贴在右胸，黑的地电极贴在右胸白电极下 18 公分处，红的 +电极贴在左下与黑电极对称处，此测量法为 2 导联 ECG；不同导联接法测量的 ECG波形不同，表征的医学意义也不同；实际上 ECG已经有用 12 导联测量的心电图机， 24 小时动态 ECG记录仪也是医院常用的仪器 .2.心电信号的电特征分析p 心电信号的频率范围在 0.05-100Hz 以内，而 90的 EEG频谱

5、能量集中在 0.25-35Hz 之间，心电信号频率较低，大量是直流成分。人体信号是一种弱电信号，信噪比低。噪声干扰主要包括 50Hz 工频干扰，电极接触的噪声，人为运动，肌电干扰，基线漂移以及呼吸时的EEG幅值变化。1）一级放大电路一级放大电路采用差分放大电路， 对心电信号进行初步放大， 同时阻断 50Hz 工频干扰。2）二级放大电路将由第一级放大器放大后的信号进一步放大， 同时用低通滤波器进行滤波，减小噪声的干扰。3）带通滤波器用带通滤波器对由第二级放大电路放大的信号进行滤波处理。2.电路板焊接按照电路图连接电路，注意焊点不要虚焊，线路不要连错。实验步骤 1.电路设计 3.电路板调试首先在输

6、入端接入由信号输出的信号， 然后分别测量各个放大器的输出是否与设计意图相符，如果不符则检查电路故障。4.心电测量用电极夹夹住左右手腕， 保持安静。将电极夹的另一端接入电路板的输入端，电路板的输出端与示波器连接，显示心电信号。实验结果 实验总结 1.电路板焊接电路板焊接的时候要保证焊接的质量， 我们的板子因为焊接的质量不好，存在虚焊，焊锡太多等现象，导致出现了电路短路或断路的 情况，给后面的调试带来了很多麻烦。所以在焊接的时候要注意焊点的质量。除此之外， 也要注意电路的连接。电路连接的简洁不仅可以在检查的过程省去很多麻烦，还可以减少噪声。2.电路板调试电路板调试的时候要一级一级调试， 保证前一级

7、信号的输入输出正确后， 再调试下一级。在调试的过程中要注意输入信号的各个数据处于一个合适范围，并且注意给运放加电。实验目的 血氧饱和度信号采集1.掌握血氧饱和度传感器的使用方法2.掌握怎样用血氧饱和度传感器检测人体血氧饱和度3.掌握信号采集、处理、放大、输出等过程 4.了解血氧饱和度的控制信号5.了解血氧饱和度的波形和计算过程 实验内容 1.熟悉血氧饱和度传感器使用方法和工作原理2.熟悉血氧饱和度物理测量原理 3.熟悉血氧饱和度的数学模型和计算原理实验器材 1.血氧饱和度传感器2.示波器 实验原理 1.血氧测量原理氧是维系人类生命的基础，心脏收缩和舒张使得人体的血液脉动地流过肺部， 一定量的还

8、原血红蛋白与肺部中摄取的氧气结合成氧和血红蛋白，另有 2的氧溶解在血浆里。这些血液通过动脉一直输送 到毛细血管， 然后再毛细血管中将氧释放， 以维持组织细胞的新陈代谢，血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血红蛋白的容量占全部可结合的血红蛋白容量的百分比， 即血液中血氧的浓度， 它是呼吸循环的 重要生理参数。而功能性氧饱和度为HbO2浓度与 HbO2Hb浓度之比， 有别于氧合血红蛋白所占的百分数。因此， 检测动脉血氧饱和度可以对肺的氧合血红蛋白携氧能力进行估计。血氧饱和度是衡量人体血液携带氧的重要参数。血氧饱和度的测量目前广泛应用有透射法、双波长光电检测技术， 检测红光和红外光通过动脉血的光吸收引起

9、的交变成分之比 IIR/IR 和非脉动组织光吸收的稳定分量值，通过计算可得到血氧饱和度值SPO2 ，这里采用透射法双波长光电检测技术。由于光电信号的脉动规律与心脏搏动的规律一致， 所以根据检出信号的周期可同时确定脉率，因而亦称该方法为脉搏血氧饱和度测量。这种测量方法用指套式血氧饱和度传感器测量红光和红外光波长光强度经过手指后的变化， 计算其中的脉动量与直流量后，查表可以计算出血氧饱和度值。脉搏血氧饱和度的测量是将血氧浓度的光电检测技术与容积脉搏描记技术结合在一起来实现无创连续血氧浓度检测。透射式脉搏血样检测多以手指、耳垂等作为检测部位。当光透过手指时，由皮肤、肌肉、骨骼、静脉血和心舒期动脉血产

10、生的吸光度 A 是恒定的。由心脏搏动，动脉血充盈引起血管容积变化从而形成脉动量产生的吸光度 是与此相应变化的吸光度 A。当用 660nm、940nm波长的恒定光照射手指时，运用 Lamber-Beer 定律并根据吸光度变化的比及功能氧饱和度的定义，可推导出动脉血氧饱和度：SaO 2A 11 2 21 1 1 2 2 2 2.光切换 设计中采用双波投射光电检测方法来测量血氧饱和度， 所以必须是无光、660nm的红光和 940nm的红外光交替产生并采集得到各不同光时段的信号， 通过减去无光时光电信号可以去除环境光的影响， 并得到红光与红外光去除环境光影响后通过动脉血的光吸收引起的交 变成分之比。这

11、里各种光的交替切换通过对单片机的 PF0， PF1 端口编程得到。3.电流电压转换血氧传感器输出信号为微弱电流信号，输出电流在 1uA 左右，经过 I-V 转换电路后为电压信号。其中 AD795具有很好的直流特性， 它的输入偏置电流只有 1pA,是精确的电流电压转换放大芯片，满足电流放大要求。C1与 R3 并联，起低通滤波作用并防止振荡；后接 C6， R7 进行高通滤波，滤除直流分量；再接二阶低通滤波以滤除杂波， 此时 660nm和 940nm的光信号已经转为滤波后的电压信号。式中：1、1，2、2 是对应 660nm， 940nm波长的 HbO2、Hb 的吸 收光系数， A1， A2 是对应与

12、 660nm，940nm波长的吸收光度变化 量。下表显示成人与孩童分别在 660nm、940nm波长时大致的吸光系 数。波长 Hb HbO2 成人 婴幼儿 成人 婴幼儿 660nm 0.86 0.90 0.12 0.16 940nm 0.20 0.20 0.29 0.30 4.电压放大经过电流电压转换和高通低通滤波后所得的电压信号由 AD620R采集并进行放大。放大倍数为G=49.4/2+1=25.75.调零及滤波 因光电的直流分量较大， 高通滤波截止频率过低会影响正确信号的波形，这里由加法电路的原理设计了调零电路来去除部分直流分量，并进行低通滤波和放大来改善波形。6.电压跟随其的应用经过有二

13、阶低通滤波后所得的信号可能不是很稳定， 在这里我们应用了电压跟随器， 它的作用是限制最大输出电压、加大电流输出和减小输出阻抗等。7.50Hz工频滤波本功能模块电路的输出信号同样需要经过 50Hz 工频滤波，电路的输出信号送至模数转换器， 经模数转换后送至单片机微处理器进行处理，最后送至 LCD显示，因此从 LCD可见同步的检测波形。实验步骤 1.功能板安装。先关电，把血氧功能板通过上下两个板间插件固定在主板上；2.血氧功能板固定在主板上后，此处电线和信号输出线都通过上下两个板间插件和主板连接在一起了，打开电；3.在不接传感器的情况下， 把示波器的探头一端与 P6 相连，另一端接地。观察示波器现

14、实的信号。如果信号不在“ 0V”时，通过调节旋转电位器RP1，同时观察示波器显示的信号的变化，直至示波器的信号在“ 0V”时，停止调节电位器，之后，关电取下示波器的探头； 4.以上二步完成后把血氧传感器接到主板的输入端 J15，手指插入血氧传感器的指套中，开通电。血氧传感器所测的波形就可以在LCD上显示了； 5.可以用示波器依次测试 P1、P2、P3、P4、P5、P6，根据所测试的情况很容易得到各功能块的作用； 6.在显示界面上选择“血氧信号采集”项，按“采样”键，进入血氧信号显示界面。实验结果 实验目的 握力信号采集功能1.掌握握力传感器的使用方法2.掌握能量的转换过程3.掌握信号的采集、处

15、理放大、传输过程 4.了解握力信号采集的硬件电路实验内容 1.通过握力传感器检测握力的大小，并通过能量转换、信号采集、放大、滤波、50Hz 陷波、A/D 转换、单片机处理后从 LCD输出。可以更直观的观测到我里的变换的波形； 2.本实验适用于生物医疗实验和体力实验。实验器材 1.示波器2.握力传感器 实验原理 1.配套传感器为握力型传感器传感器直接把握力的大小转换为对应的电信号。所得电信号非常微弱，需要经过放大和滤波处理。2.二级信号的采集和放大在一般信号放大的应用中通常只需要通过差动放大器放大电路即可满足需求， 然而基本的差动放大电路精密度较差， 且差动放大电路上变更放大增益时， 必须调整两

16、个电阻， 影响整个信号放大精确度 同相比例放大电路属于电压串联反馈，具有输入阻抗非常高， 输出阻抗很低的特点，广泛用于放大系统的前置放大级。同相比例器电路原件参数的选取与反比例器的基本相同。需要注意的是，由于从相同端输入信号， 运算放大器输入端不存在 “虚地”， 的变化就更加复杂。3.二级放大 由于传感器所对应的电信号非常微弱。这就需要用到后级放大， 放大电路选用了通用的单运算放大器 LF356.其放大是在第一级的放 大倍数基础上进行放大的。采用同相放大，放大倍数为：VO=R213/R212+1=20 同相比例放大电路如图。输入信号电压 Ui 经过电阻 R 加到集成 运放的同相端， Rf 为串

17、联反馈电阻， R=R1/Rf 。同相比例器的电压 增益为 同相比例放大电路 实验步骤握力功能测试电路布局如下：1.功能板安装。先关电，把呼吸功能板通过上下两个板间插件固定在主电路板上； 2.握力功能板固定在主板上后，此处电线和信号输出线都通过上下两个板间插件和主板连接在一起了， 打开电， 功能板上工作指示灯点亮表示功能板正常工作； 再不接传感器的情况下， 把示波器的探 但两个输入端之间有 “虚短”特性，因此运放的两个输入端相当于同时 作用着信号幅度相等的共模信号， 这就要求输入信号的大小不能超过 运放的共模输入范围。4.信号处理 信号由 AD620R采集进本系统含有大量的杂波并经过了放大，现

18、在急需把这些杂波去除掉。在这里我应用了 10Hz 的二阶低通滤波。这样既去除了杂波也满足了我们的需求。握力二阶低通滤波电路 头一端与 P2 相连，另一端街 GND。观察示波显示的信号。如果信号不在“0V”时，调节旋转电位器 RP1，同时观察示波器显示的信号的变化，直至示波器的信号在 “0V”时，停止调节电位器 RP1。之后，关电取下示波器的探头； 3.用连线吧 P2 和 P3 连接起来，应用第二级放大。第二级放大是在第一级放大的基础上进行放大的，从此信号从 U2 的 6 号脚输出共放大了 514 倍； 4.用导线把 P4 和 P5 连接起来，给信号进行低通滤波，本处使用的是有二阶低通滤波，频率

19、为 10Hz，只允许通过低于 10Hz 以下对我们有用的经过处理的信号； 5.以上四步完成后把握力传感器接到主板输入端 J15 上，开通电。使用握力传感器就可以在 LCD上显示波形了。可以用示波器依次测试P2、P3、P4、P5，根据所测试的情况很容易得到各功能块的作用； 6.在显示界面上选择 “握力信号采集 ”项，按 “采样”键，进入握力信号显示界面。原理图：握力后级放大调零电路：示波器图：单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善 教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。成绩： 中北大学

20、毕 业 实 习 报 告学院： 信息与通信工程学院专业： 生物医学工程学生姓名：班级学号：实习时间：20_.11.26-20_.12.14 指导教师：实习单位：北京协力超越有限公司20_年12月实习报告1.实习目的（1） 通过实习，可以丰富学生的课余生活，加深学生对社会实践的认识与了解。扩展学生的知识面，使其能力得到更好更全面的发展，为接下来的工作生涯做好充分的准备。（2） 使学生了解更多课本以外的知识，开阔视野，培养浓厚的学习兴趣。（3） 通过实习，了解通信行业的一些基本情况，加深对通信产品与通信设备的认识，培养实际工作能力与分析p 能力，以达到学以致用的目的。2.实习单位基本情况（1）公司简

21、介：北京协力超越科技有限公司成立于20_4年，是国内较早从事通信技术培训的专业性机构，是北京中关村高新技术企业，目前分别在北京、西安、深圳、沈阳拥有完善的培训基地。协力超越作为中兴通讯授权的北京、西安培训基地，为中兴通讯的客户培养了众多优秀工程、技术和维护人员。同时，协力超越也是北京邮电大学，北京理工大学，北京交通大学等国内十几所知名高校的人才实习和培养基地，为高校培养出更多的实用性人才。协力超越的培训产品随着通讯行业的迅猛发展也由最初的交换传输产品不断向多样化发展，覆盖通讯技术全系列培训和管理类培训，客户群体包括工程外包商、运营商、渠道商及高校大学生等。2021年协力超越被北京市教委评委“北

22、京高等学校市级校外人才培训基地”，被北京通信行业技能鉴定中心授权为“北京通信行业职业技能鉴定实习基地”。优秀的师资队伍是协力超越核心竞争力的泉，目前协力超越拥有一支具有专业化知识的服务队伍，分别从事培训、文档开发、咨询等领域的工作，其中硕士及以上学历员工占23.84，本科学历员工占59.21。协力超越高度重视员工的选拔与培养，从事教学岗位的员工，正式上岗之前均需到中兴通讯学院进行专业的系统培训，经过认证后方可上岗。（2）业务范围：北京培训基地，主营运营商、工程外包商培训及大学生实习培训，以固网、传输、数据、承载网、3G移动通讯产品为主；2021年组建成立的西安培训基地，以2G、3G移动通讯类培

23、训为主。在新的一年，北京协力超越科技有限公司逐步扩大培训基地覆盖区域，在客户密集区组建新的培训基地，并广泛提供上门服务。为全国各地区工程外包商、运营商、渠道商、企业及高校提供专业技术培训咨询服务。3.实习内容及过程（1）主要实习内容：12月1号至2号了解3G技术发展趋势，理解TD-SCDMA各项关键技术的内容与特点，掌握TD-SCDMA 无线基本原理及主要关键技术。12月3号至4号学习数据通信课程，并进行了结业考试和结业典礼。（2）实习具体过程：由北京协力超越科技有限公司的主讲教师给我们讲授TD-SCDMA 无线基本原理及主要关键技术与数据通信的理论课程，具体上课时间是早上9：00到12:00

24、，下午13:30到16:30。第一天，老师详细介绍3G技术的发展历程和技术特点，为学员讲解各种3G关键架构与模块，使学员在相关技术学习前对3G有一个初步的认识。对通信行业现状、设备厂家、工作岗位等进行简单介绍，讲解TD-SCDMA的基本实现原理，重点介绍在通讯领域中有关双工技术、多址技术、编码交织技术与调制技术的特点，详细介绍TD-SCDMA各项关键技术，如功率控制、上行同步、联合检测、智能天线等关键技术的特点与实现方式，介绍了RNS硬件系统结构，技术指标， 组网配置，TD设备勘查和环境验收，TD设备的安装TD网络规， 划流程无线网络勘查技术(基站选点，网规勘查数据采集，天线安装位置选择)TD

25、网络规模估算(链路预算，容量分析p 的方法，业务模型的建立)，TD室内分布系统(室内分布的特点，室内分 布的组成，室内分布的方案解决措施)。使我们具备简单的对3G技术的理解能力，了解通信行业现状，对就业方向有初步的认识，理解TD-SCDMA各项关键技术的内容与特点，学会在实际规划与优化中灵活运用各项关键技术的技术特点，具备TD-SCDMA网络规划的工作能力，对规划流程和规划工具的使用要有初步的理解和认识，具备对天线知识的理解，并学会在工程项目中合理的运用天线的特点，使网络运行效率达到最佳效，熟悉中兴TD-SCDMA V3.0设备硬件结构，熟悉TD-SCDMA网络特点,熟悉无线网络产品工程施工规

26、范，为TD-SCDMA的无线网络规划打下基础，能够掌握TD-SCDMA网络规划流程，使用网络规划工具进行TD-SCDMA的网络规划。第二天，详细介绍RNC系统结构、功能以及各板卡的介绍，包括机框具体配置、板卡插槽规范等，介绍RNC设备的开通调测、接口的连接方式、参数配置、NODEB数据制作、异常问题处理并结合机房现有设备，对整个TD网络的组网架构进行详细介绍，包括天馈系统、NODE-B机房,并讲解各板卡具体功能。使我们了解RNC的系统结构、单板的具体功能、数据配置、异常问题处理，掌握了RNC开局的整个流程及详细步骤，根据不同情况对RNC进行相应数据配置，配置板卡，学习后对整个的网络架构有清晰的

27、认识，能够识别不同设备型号之间的硬件和功能差异，熟悉各种板卡的插槽位置，熟练掌握更换板卡操作。最后通过具体上机实验，加深了对理论知识理解与运用。第三天，由老师给我们讲授数据通信课程，内容涉及TCP/IP协议栈，介绍IP地址及子网划分，介绍VLSM网络的规划，交换机的工作原理及应用、路由器和路由交换机的工作原理、区别及各自应用以太网交换机工作原理、交换网络物理环路带来的问题，环路解决方法：STP、单端口环路检测、星型拓扑、ZESR应用等，还讲解的作用及工作原理、在运营网络中的典型应用、配置、P的作用及配置、QINQ的作用及配置、链路聚合的作用及配置、端口镜像的作用及配置、ZESR/ZESS原理配

28、置、路由器的工作原理、路由表的构成、直连路由、静态路由、动态路由的作用及特征、动态路由协议的分类、间路由、ACL的作用及工作原理、ACL的配置及应用实例、ACL监控及调试、RP的作用及工作原理、RP的配置及应用实例、RP监控及调试NAT的作用及工作原理、NAT的配置及应用实例OSPF协议的特征优势、OSPF的概念及路由计算过程、OSPF的区域划分作用及规则、路由汇总及路由过滤、OSPF的配置及实例、NAT监控及调试DHCP的作用及工作原理、DHCP的配置及应用实例。第四天，结业考试与结业典礼，所有学员与教师照相留念。5.实习总结与体会时间过得很快，不知不觉中为期4天的实习已到尾声，我们从最初的茫然，到掌握通信理论知识的喜悦，每一点一滴现在看来都是一笔宝贵的财富，没有这点滴之间的磨练与积累也就不会有我们今天的成长。经过这几天的学习，我个人感觉自己在通信方面的知识得到了全面的补充和升华，课堂上主讲老师细致的讲解和实例的完美结合，让我们在每一节课都收获着许多宝贵的知识，从基础的原理，逐步深化为系统的学习，引导着我们一步步走向知识的顶峰，去探索知识的顶峰，去探索知识的宝藏，而我们也在探索和学习中追逐着收获给我们带来的乐趣。不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海，我们要踏踏实实一点一点的去学去做。算是不错的应用文了。佩服，实在佩服。第 13 页 共 13 页