設(shè)計了一臺微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）電子聽診器,并應(yīng)用于冠心病心音的檢測中。首先,介紹了MEMS電子聽診器核心敏感單元微結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,并得出了ANSYS仿真環(huán)境中的應(yīng)力和諧振頻率均適用于檢測心音信號的微結(jié)構(gòu)尺寸;之后,對微結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工制備和流固耦合封裝,配合信號檢測電路得到一臺完整的MEMS電子聽診器用于檢測冠心病心音信號。檢測結(jié)果表明:所測冠心病心音時域波形的信噪比相比3M電子聽診器高8.2 dB。利用經(jīng)驗(yàn)小波變換算法分解冠心病舒張期心音后得到三個模態(tài)頻譜及對應(yīng)頻譜能量,經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比發(fā)現(xiàn),MEMS電子聽診器所測的冠心病不同舒張期心音的模態(tài)頻譜能量較3M電子聽診器的具有更好的一致性和穩(wěn)定性。 

【文章來源】：微納電子技術(shù). 2020,57(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

魚類側(cè)線器官中的神經(jīng)丘感覺器

圖1 魚類側(cè)線器官中的神經(jīng)丘感覺器如果直接把圖2中的水聽器仿魚類側(cè)線微結(jié)構(gòu)作為檢測心音信號的結(jié)構(gòu)，那么動纖毛就是心音信號的主要接收區(qū)域。纖毛在體外聲信號向懸臂梁壓敏電阻傳遞中起著至關(guān)重要的作用，因此動纖毛表面積的大小決定了其接收信號能力的大小。心音信號傳遞到體表時已經(jīng)比較微弱，為了增大心音信號的接收面積，在纖毛上增加一個由低密度材料制成的球體，目的是擴(kuò)大心音信號的接收區(qū)域。此外，傳感器只需對心音振動的單一方向敏感即可，因?yàn)樾囊魪捏w表傳遞到敏感單元結(jié)構(gòu)時只有一個方向，圖2中的四根懸臂梁結(jié)構(gòu)在檢測心音方面似乎有些多余了，梁數(shù)的增加勢必會減小每根梁的應(yīng)力。因此，只需要在一個軸方向上留下兩根懸臂梁來檢測一維心音信號即可。因此，在水聽器仿魚類側(cè)線微結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了心音傳感器的敏感單元微結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

如果直接把圖2中的水聽器仿魚類側(cè)線微結(jié)構(gòu)作為檢測心音信號的結(jié)構(gòu)，那么動纖毛就是心音信號的主要接收區(qū)域。纖毛在體外聲信號向懸臂梁壓敏電阻傳遞中起著至關(guān)重要的作用，因此動纖毛表面積的大小決定了其接收信號能力的大小。心音信號傳遞到體表時已經(jīng)比較微弱，為了增大心音信號的接收面積，在纖毛上增加一個由低密度材料制成的球體，目的是擴(kuò)大心音信號的接收區(qū)域。此外，傳感器只需對心音振動的單一方向敏感即可，因?yàn)樾囊魪捏w表傳遞到敏感單元結(jié)構(gòu)時只有一個方向，圖2中的四根懸臂梁結(jié)構(gòu)在檢測心音方面似乎有些多余了，梁數(shù)的增加勢必會減小每根梁的應(yīng)力。因此，只需要在一個軸方向上留下兩根懸臂梁來檢測一維心音信號即可。因此，在水聽器仿魚類側(cè)線微結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了心音傳感器的敏感單元微結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在ANSYS仿真環(huán)境中對提出的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了應(yīng)力分析。設(shè)計的微結(jié)構(gòu)兩根懸臂梁剛好與AN-SYS仿真環(huán)境中的y軸重合，因此沿y軸方向?qū)η蝮w和纖毛施加了1 Pa的載荷，梁的兩端都受到了充分的約束。提取ANSYS仿真中的應(yīng)力分布曲線的結(jié)果，通過比較不同球體半徑的應(yīng)力大小，可知應(yīng)力分布曲線隨球體半徑（R）的增加而增加，如圖4所示。這意味著所提出的微結(jié)構(gòu)設(shè)計可以大大提高心音傳感器接收心音信號的靈敏度。


本文編號：3425414