压阻式颅内压传感器信号调理方法的研究

摘要

对于颅内压的监测,临床上普遍使用的传统有创检测法风险性高,会对患者造成较大创伤。临床上需要更安全、微创或无创的方法测量颅内压。硅压阻式压力传感器为微创颅内压监测提供了一种可能的方法。
　　针对硅压阻式传感器普遍存在的温度漂移和非线性问题,结合对现有压力传感器补偿方法的综合分析和比较,设计基于PGA309的智能信号调理解决方案。该解决方案主要包括硬件设计和软件设计两个方面。在进行软硬件设计之前,对硅压阻式传感器误差产生的原因做了充分地分析,在此基础上选用合理的数学模型对其进行描述,并依据该数学模型阐述了PGA309的温度补偿及非线性校正原理。硬件方面,以PGA309为核心设计信号调理电路,实现对信号的放大、滤波及抗干扰处理,同时为能与计算机通信,还设计了相应的接口电路。软件方面,采用MATLAB作为开发平台,依据PGA309补偿原理设计补偿与标定环境,界面友好,算法易于维护。在完成软硬件设计的基础上,通过实验测试该解决方案的补偿效果,实验结果表明补偿后传感器信号较补偿前有了明显的改善,补偿后传感器综合误差小于0.5％,能够满足临床上对颅内压监测的要求。

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1 绪 论

1.1课题研究的意义

1.2课题研究现状及发展趋势

1.3课题的主要工作

1.3.1 信号调理方案确定

1.3.2 补偿原理和方法研究

1.3.3 调理电路设计与实现

1.3.4 标定环境设计与实现

1.3.5 实验设计及误差分析

2 压阻式传感器的误差及补偿

2.1 颅内压及测量方法

2.2 压阻式传感器

2.2.1 压阻式传感器的工作原理

2.2.2 压阻式传感器的特点

2.2.3 压阻式传感器的校准与补偿

2.3 PGA309补偿原理及算法

2.3.1 PGA309特征及概述

2.3.2 传感器数学模型

2.3.3 传感器非线性补偿

2.3.4 传感器温度漂移补偿

3 调理电路及标定环境的实现

3.1硬件设计

3.1.1 调理电路总体框图

3.1.2 电源电路设计

3.1.3 EEPROM接口电路

3.1.4 单总线编程接口

3.1.5 温度采样电路

3.1.6 滤波电路设计

3.2软件设计

3.2.1 PC对PGA309的操作

3.2.2 PC对EEPROM的操作

3.2.3 PGA309增益及零点配置算法

3.2.4 标定过程及补偿的实现

4 实验及结果分析

4.1传感器原始特性测量

4.2传感器非线性补偿实验

4.3传感器温度补偿实验

4.4系统长期稳定性测试实验

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表学术论文目录