基于PCI和DSP结构的多通道神经信号采集系统的研制

详细阐述了一种基于DSP和PCI结构的多通道神经信号高速数据采集系统的设计与实现。该系统采用CPLD实现了DSP与多通道ADC的逻辑和时序控制,通过DSP的HPI与PCI总线接口设计实现了采集数据的高速传输。本文还介绍了Win-dows2000下运用DriverStudio软件开发基于WDM的PCI设备驱动程序的相关技术。最后给出了系统应用于大鼠脑电信号采集的实验结果。

一种新型的声表面波液相检测系统的研究

为实现工业生产中某些溶液特性参数的全自动实时监测,设计了一种新型的基于虚拟仪器测试平台的双通道水平剪切声表面波(SH SAW)液相传感检测系统,将流动注射分析方法应用于该系统,可分别检测溶液的总盐度和白酒的酒精度,以及食用油、汽油等有机溶液中水的质量分数.实验表明,对总盐度的检测下限低于1.2×10-4S/m;对白酒酒精度检测的测量误差小于±0.2°;可以有效地识别有机溶液的水质量分数.该传感检测系统具有使用方便、检测速度快、抗干扰强、重复性好等优点,这种微机化后的新型分析仪器适合于工业生产现场的实时监控使用.

植入式无源无线声表面波温度传感检测系统

为解决生物体内温度信号的长期实时无线遥测问题,设计一种新型的基于声表面波传感技术的植入式无源无线温度检测装置,并构建基于NI射频通讯设备的无线遥测虚拟仪器系统.该植入式电子装置将433 MHz声表面波温度传感器与简易谐振电路集成,利用射频通讯虚拟仪器平台,在外部4 MHz中频电磁能量的供应下,实现生物体内温度的高精度实时监测.实验表明:在30～45℃测量范围内,该检测系统具有8.542 kHz/℃的温度灵敏度和小于±0.1℃的测量精度;系统在20 dBm的发射功率下检测距离可达到1 m.

声表面波液相金属离子传感器

以 36° -YXLiTaO3为基底的双通道声表面波 (SH -SAW)液相金属离子传感器 ,在LabView测试平台下采用流动注射的方法研究了该系统在液相金属离子检测和分析中的原理和应用。实验表明 ,传感器稳态的输出频率反应了待测溶液的电导率 ,数据经拟和处理 ,误差 <0 2 4 % ;传感器的检测下限为 10 - 5mol/L ;对于两种金属离子的混合溶液 ,传感器的瞬态响应反映了待测溶液中所含的离子成份 ,采用偏相关分析 (PLS)算法可以有效识别待测溶液中离子成份的比例 ,识别误差 <3%。研究表明 ,通过进一步的优化设计 ,这种新型的液相金属离子分析仪器具有重复性好、灵敏度高、体积小和适合在线实时检测等方面的优点。

基于虚拟仪器的全自动电化学分析系统的研究

提出并设计了一种新型的全自动电化学分析系统。该系统在虚拟仪器(L abv iew)的软件平台上,构架了由IEEE 488PC I-GP IB卡、多功能DAQ卡(PC I-6035E)、GP IB程控电源(E 3631A)、低噪声电流放大器(M ode l SR 570)、双通道滤波器(M ode l SR 650)等仪器组成的硬件测试平台,并建立开发了一套完整的控制和分析软件,实现了电化学分析中进样、加标、富集、扫描、清洗和分析等过程的全自动化。以微分脉冲溶出伏安法(DPSV)检测海水中4种痕量的重金属元素(Cu2+、Cd2+、Zn2+、Pb2+)为例,详细介绍了测试分析的实现过程。该测试平台不仅易于研究电化学分析中的各种检测方法和数据分析方法,而且为研发适于现场监测的全自动电化学分析测试方案提供了良好的平台。

基于FPGA和CMOS传感器的三维高清实时视频系统

利用现场可编程门阵列(FPGA)高速和并行处理的特点,结合高清CMOS图像传感器,设计基于FPGA的三维高清实时视频处理系统,分析CMOS图像传感器的配置方法以及两路CMOS图像数据的输出处理和图像数据的Bayer格式转换算法.研究并实现了基于FPGA的DDR2SDRAM分时读写操作的处理方法,实现720像素/120Hz三维高清视频图像的实时显示.视频显示清晰稳定,系统延时约为1/30秒.

基于心音传感阵列ICA信号处理的冠心病诊断的研究

通过研究冠脉血流动力学和心脏心音产生的机理 ,首次提出了将独立分量分析 (ICA)方法应用于心音信号处理并达到自动检测冠心病的目的。在本系统中 ,信号采集系统采用了高灵敏度传感器列阵对正常人及冠心病患者胸部的多个部位进行检测 ,经预处理后的信号最后通过计算机进行数据采集。应用独立分量分析的方法将心脏舒张期的心音信号进行分离 ,并将各心音分量的统计特征参数作为输入参量输入到径向基函数网络 (RBF网络 )进行训练和识别。实验结果说明 。

分布式过程实时数据库的一种设计与实现

该文设计并实现了一种基于SQLServer的分布式实时数据库，研究了系统在实现过程中的一些关键技术，并用水箱液位的控制系统来验证笔者的设计。

基于人工神经网络及心音小波分析的冠心病诊断方法的研究

通过对冠脉血流动力学及湍流诱发声学的理论研究后，首次提出用整周期心音信号小波分析来提取冠状动脉疾病（ＣＡＤ）心音特征的方法，诊断系统将ＣＡＤ病人组及非冠心病对照组提取的心音特征结合人体的个体特征参数输入到神经网络进行学习训练后，最后达到自动诊断冠状动脉疾病．为了检测这种较为微弱的生理信号，本文通过对人体体表声传播模型研究后设计了对外界噪声有较强抗干扰能力而又适合于拾取人体体表心音的高灵敏度音腔．实验系统采用了高灵敏度传感器列阵对正常人及冠心病患者胸部的多个部位进行检测，经高频提取后的模拟信号通过计算机进行数据采集．在信号分析方面，发展了一种心音信号小波变换的方法对心音在时域和频域上展开了局部化分析，把不同频段上整周期心音信号的平均能量与舒张期的平均能量的能量比值以及人体的个体特征参数（如年龄、抽烟与否、血压水平等）作为输入参量输入到径向基函数网络（ＲＢＦ网络）进行训练和识别．经过临床实践证明，基于人工神经网络及心音小波分析的方法为冠状动脉疾病诊断。

一种新型的声表面波液相分析仪器的研究

设计了一种基于双通道水平剪切声表面波(SH-SAW)传感器的新型液相分析仪器,该分析仪器以数字信号处理芯片(DSP)TM S320VC 5402为微处理器,在复杂可编程逻辑器件(CPLD)EPM 7128S的基础上开发了相应的专用接口电路。系统采用流动注射分析(F IA)技术,实现各种溶液的物理特性参数的全自动分析检测。此外,通过基于PD IU SBD 12器件的U SB总线(U n iversa l Seria l Bus)的接口,分析仪器可方便地与计算机进行通讯。实验表明该分析仪器能有效地检测溶液的总盐度、白酒酒精度以及有机溶液中的水质量分数等参数指标。仪器具有灵敏度高、重复性好、检测速度快、体积小以及便携等特点,在工业生产和环境现场实时监测中有良好的应用前景。

基于心音小波分析的冠状动脉疾病无损检测的研究

通过对人体胸部体表声场和冠脉血流动力学等方面的理论研究，首次提出用多通道整周期心音信号小波分析来检测冠状动脉疾病（ＣＡＤ）．在传感器设计及信号检测过程中，系统采用了高灵敏度传感器列阵对正常人及冠心病患者胸部的多个部位进行检测，经高频提取后的模拟信号通过计算机进行数据采集．在信号分析方面，发展了一种适合于心音信号分析的小波变换方法对心音在时域和频域上展开了局部化分析．通过比较正常人及冠心病患者的分析结果，可以得出每个心动周期内在不同频段整周期心音信号的平均能量与舒张期的平均能量的相对比值与冠脉阻塞有着明显的联系；同时心音信号的小波分析也反映了冠脉阻塞血流突变引起舒张期间心音信号在某段时域上变化的激烈程度．经过临床实践证明，心音信号的小波分析方法对冠状动脉疾病诊断具有较大的参考价值，而且这种方法能检测到某些早期ＣＡＤ病人冠脉堵塞的症状，这为冠状动脉疾病的早期诊断提供了可能性．

常温电化学式氧传感器的研究

伽伐尼电池型氧传感器因长时间使用后会钝化的现象，采用对电极周期性地施加反向电压的方法，使电极钝化作用得到减轻，从而改善电极的性能，提高了传感器工作的稳定性。为了达到最佳的去钝化效果和避免反向电压过大而造成电解液电解的可能，系统采用8098单片机控制反向除钝化电压的大小，并对电极进行过零检测，通过单片机的控制使传感器处于最佳的工作状态。同时，为避免电极工作时必须进行的标定工作和减轻中种因素对电极的影响。本课题提出“均衡电极”的测试，最后通过相应的算法来消除温度等因素对电极的影响，从而提高了购置的精度。

双通道SH—APM生物传感器对尿浓度检测的研究

以双通道声板波器件（ｓｈａｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｌａｔｅｍｏｄｅ，ＳＨ－ＡＰＭ）作为换能器对生物量进行测量的方法，解决了生物传感 器中普遍存在由于电极与生物易感物质直接接触而造成的不良后果，同时克服了常用单通道声板波传感器进行生物量测试的缺点。系统将该器件与生物易感物质（尿酶）结合组成的生物传感系统对尿的浓度进行测试。声板波器件的中心频率为４９．６６ＭＨz。

腕戴式低功耗无线心率监测装置的研制

研制新型的基于双通道脉搏传感的腕戴式无线低功耗心率实时监测装置.根据人体腕部生理解剖的特点,提出桡动脉、尺动脉双通道脉搏波及差分信号同步检测的新方法.研制了集传感器、调理电路、微处理器、通讯、自动增益算法和心率算法等软、硬件部件于一体的小型化装置.电路系统测试表明:在待机和工作模式下的平均工作电流分别约为10和300μA;对10名男性在休憩状态下的心率进行3h的连续动态监测,将测试结果与标准动态心电图记录的数据进行比较,结果表明,心率测量的算术平均误差约为0.3BPM.

大鼠遥控导航及其行为训练系统的研究

本研究开发了一套大鼠遥控导航及行为训练系统,通过无线微刺激器刺激大鼠特定脑区,实现对动物运动行为的控制。系统的主要部分有:集成的PC机控制程序(包括通讯、参数设置和数据文件管理等功能)、采用蓝牙模块制作的发射器和接收器、基于C8051微处理器控制的刺激器、无线摄像系统,用于压杆实验的操作箱和用于行为训练的八臂迷宫。刺激器有恒压或恒流两种工作模式,具有幅值可调的特性,可以方便地设置刺激参数以适应不同的训练目的。系统经过了多种行为学实验的测试:监视和记录大鼠在操作箱的压杆过程、控制大鼠走八臂迷宫、以及遥控引导大鼠按三维障碍路线行走。测试结果表明该系统工作稳定,产生的刺激信号可以有效地控制大鼠不同的转向行为。此外,对大鼠的训练结果表明作用于大鼠体感皮层桶状区(Barrel Field,BF)的刺激可给予大鼠"虚拟的"提示,该提示刺激与内侧前脑束的奖赏刺激联合作用可以训练并引导大鼠完成不同的转向动作。

基于多传感器的无创血压测量系统的研究

针对无创血压测量过程中易受手臂运动干扰影响测量准确度,设计研究了一种无创血压测量中抗运动干扰系统。该系统在常规的无创血压测量基础上,通过集成MEMS加速度传感器,实时采集血压测量过程中手臂运动的加速度信号,并将该信号作为自适应滤波器的参考信号来抵消原始信号中的运动干扰。实验结果表明该系统对测量过程中手臂局部运动的血压检测具有较好的抗运动干扰作用。该方法可用于其他已经存在的可穿戴的动态血压监测系统当中,提高其抗干扰能力,并对其他人体生理参数的穿戴式检测技术具有重要意义。

海水重金属自动检测系统研究

基于电化学溶出伏安法研制了一种新型重金属检测系统,实现海水中锌、镉、铅、铜、锰、砷、铁和铬8种重金属元素质量浓度的自动检测.海水经过预处理后,8种重金属元素被分离为3路进入检测系统,锌、镉、铅、铜为一路,锰、砷为一路,铁、铬为一路.系统以银基汞膜电极为电化学传感器,通过PC机多线程控制三路恒电位仪电路、各蠕动泵和电磁阀,实现自动进样、检测和清洗.采用标准加入法进行定量分析,检测下限达到10-6g/L.每路只需要6 mL样品,一次测量可以在30 min内完成.系统体积小、成本低、可以连续测量,适于现场在线自动监测海水中的重金属浓度分布.

声表面波DDT有机氯农药免疫生物传感器的研究

采用自组装DDT抗体固定化技术,研制了以36°-YX LiTaO3为基底的双通道水平剪切声表面波(SH-SAW)DDT免疫生物传感器.在静态注射的测试方法下,研究了该传感器在液相痕量DDT检测中的原理和应用.实验表明,基于双通道声表面波检测技术的DDT免疫生物传感器具有灵敏度高和重复性好的优点,传感器的检测下限为<1.57×10-9μg/L;在6×10-9μg/L^29×10-9μg/L检测范围内,传感器输出频率的变化与DDT的浓度成较好的线性关系.

基于心音信号处理的冠心病诊断的研究

记录舒张期心音信号,用信号处理方法进行分析识别,实现冠心病的无创诊断.将小波分析(WT)、自回归滑动平均(ARMA)以及独立分量分析(ICA)方法分别应用于冠心病(CAD)心音信号的特征提取,并将提取的特征值输入径向基(RBF)神经网络进行训练和识别.实验结果,CAD病人和非CAD病人的正确检测率分别是:小波分析80%,85%;ARMA70%,75%;ICA85%,85%.结果表明,在CAD病人的心音中含有300～800Hz的高频心音能量.在三种方法中,ICA显示了较好的效果.