本文關鍵詞：基于織物電極的非接觸式心電信號采集系統(tǒng)研究

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【摘要】：心血管疾病是當今社會中威脅人類生命健康最主要的疾病之一,而心電圖是診斷心血管疾病最有效、最方便、最經(jīng)濟的方法。目前,醫(yī)用臨床心電信號采集設備,體積較大,成本較高,不宜移動,操作較為復雜,而且其使用的濕式電極因為導電膏的存在會導致諸如佩戴不方便、導電膏脫水致使所采集的心電信號質(zhì)量下降等問題。本文基于電容耦合原理研究了一種容性耦合織物電極,并在此基礎上設計了一種具有低功耗和高輸入阻抗的非接觸式心電信號采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由非接觸式容性耦合織物電極、心電信號調(diào)理電路、心電信號處理電路、電源電路和上位機信號顯示模塊等五部分組成。采用三維立體機織法以不銹鋼絲為材料織造的導電織物作為心電采集電極極面,建立了非接觸式心電采集系統(tǒng)中人體皮膚和電極界面的等效電路模型和前端容性耦合電極的電路模型。根據(jù)人體皮膚和電極界面的等效電路模型,研究并分析了耦合電極有效面積、人體皮膚和電極之間距離及衣物的材質(zhì)對耦合電容電容值的影響。通過在耦合電容之后串聯(lián)電容的方式,使得當圓形電極的直徑為2cm,電極與人體皮膚之間的距離達到4mm時,總耦合電容的電容值仍可達到電極與人體皮膚距離為0.1mm時的74.17%,降低了電極與人體皮膚之間距離對耦合電容大小的影響。根據(jù)前端容性耦合電極的電路模型,分析了耦合電容的電容值對容性耦合織物電極拾取心電信號的影響,并確定了非接觸式容性耦合電極的輸出信噪比計算公式。實驗部分,本文使用Fluke-ProSim2人體生命體征模擬器對系統(tǒng)信號采集的準確性進行了測試,并分別隔著0.25mm、 0.51mm和0.89mm的棉質(zhì)衣物對容性耦合電極的有效性進行了測試。結(jié)果表明,本文所研究的非接觸式心電信號采集系統(tǒng)信號采集準確可靠,使用PCB板容性耦合電極,在隔著0.89mmm厚的棉質(zhì)衣物時,可有效的采集到人體心電信號中的R波及T波等信息。使用容性耦合織物電極,在隔著0.51mm厚的棉質(zhì)衣物時,可有效的采集到人體心電信號中的QRS波群及T波等信息。本文所研究的基于織物電極的非接觸式心電信號采集系統(tǒng)運用電容耦合原理采集心電信號,具有體積小、重量輕、操作簡單、適用于心電信號長期實時采集等優(yōu)點,電極極面為柔性導電織物,在保證了心電信號采集質(zhì)量的前提下大大的提高了佩戴的舒適性,使心電信號采集設備能夠更好的走進普通家庭,對心血管疾病的防治具有重要意義。
【關鍵詞】：心電信號 非接觸式 導電織物 耦合電極 電路模型
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R54;TN911.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 論文的研究背景10-12
• 1.1.1 心血管疾病的重大危害10-11
• 1.1.2 心血管疾病的防治措施11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 心電信號采集技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 心電信號采集技術(shù)的發(fā)展趨勢14-15
• 1.3 論文的研究目的和意義15-16
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排16-18
• 第二章 非接觸式心電信號采集系統(tǒng)總體方案設計18-26
• 2.1 心電信號基礎理論18-21
• 2.1.1 人體心電信號產(chǎn)生的機理18-19
• 2.1.2 人體心電信號的組成19
• 2.1.3 人體心電信號的特點19-20
• 2.1.4 影響人體心電信號采集的因素20
• 2.1.5 心電信號導聯(lián)體系分析20-21
• 2.2 非接觸式心電采集系統(tǒng)的設計原則和功能需求21-23
• 2.2.1 系統(tǒng)的設計原則21-22
• 2.2.2 系統(tǒng)的功能需求22-23
• 2.3 非接觸式心電信號采集系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計23-25
• 2.3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成23-24
• 2.3.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)組成24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 基于導電織物的容性耦合電極設計26-38
• 3.1 導電織物的制備26-28
• 3.1.1 導電織物的選材26
• 3.1.2 不銹鋼絲導電織物的織造26-28
• 3.2 不銹鋼絲導電織物導電性能的測試28-29
• 3.3 非接觸式容性耦合電極的分析29-34
• 3.3.1 人體皮膚和電極界面的分析29-31
• 3.3.2 人體皮膚和電極之間耦合電容的分析31-34
• 3.4 非接觸式容性耦合電極電路結(jié)構(gòu)的設計34-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 非接觸式心電信號采集系統(tǒng)硬件電路設計38-50
• 4.1 心電信號調(diào)理電路38-43
• 4.1.1 帶通濾波器的設計38-41
• 4.1.2 陷波濾波器的設計41-43
• 4.2 心電信號處理電路43-45
• 4.2.1 主控芯片及其外圍電路43-44
• 4.2.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片及其外圍電路44-45
• 4.3 系統(tǒng)電源電路45-48
• 4.3.1 5V穩(wěn)壓及負5V電壓發(fā)生電路45-46
• 4.3.2 3.3V電壓發(fā)生電路46-48
• 4.4 本章小結(jié)48-50
• 第五章 非接觸式心電信號采集系統(tǒng)軟件設計50-62
• 5.1 非接觸式心電信號采集系統(tǒng)下位機軟件50-53
• 5.1.1 Keil uVision 4開發(fā)環(huán)境50
• 5.1.2 下位機主程序流程圖50-51
• 5.1.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序設計51-52
• 5.1.4 串口通信子程序設計52-53
• 5.2 非接觸式心電信號采集系統(tǒng)上位機軟件53-60
• 5.2.1 LabVIEW開發(fā)環(huán)境53-54
• 5.2.2 上位機主程序流程圖54-55
• 5.2.3 串口通信子程序55-56
• 5.2.4 心電信號數(shù)據(jù)處理子程序56
• 5.2.5 數(shù)字濾波和波形顯示子程序56-57
• 5.2.6 數(shù)據(jù)存儲及波形回放子程序57-60
• 5.3 本章小結(jié)60-62
• 第六章 非接觸式心電信號采集系統(tǒng)的實驗驗證與結(jié)果分析62-72
• 6.1 系統(tǒng)測試音信號測試62
• 6.2 系統(tǒng)信號采集準確性測試62-65
• 6.3 PCB板容性耦合電極心電信號采集測試65-67
• 6.4 容性耦合織物電極心電信號采集測試67-69
• 6.5 本章小結(jié)69-72
• 第七章 總結(jié)與展望72-74
• 7.1 論文工作總結(jié)72-73
• 7.2 展望73-74
• 參考文獻74-80
• 發(fā)表論文和參加科研情況80-81
• 致謝81

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