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《哈尔滨工程大学》 2016年
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MCG磁通锁定环路设计及信号分离方法研究

温建生  
【摘要】:基于直流超导量子干涉仪(DC SQUID)的心磁检测技术是弱磁检测技术的关键应用,由于该技术具有非接触性,心磁图(Magnetocardiogram, MCG)与心电图(Eletrocardiogram, ECG)相比,不仅仅能体现体表电流的变化,更多的是反映心脏深部的电现象,使得测量的心磁图能更加真实的反应心脏电活动的本质,为医学工作者诊断患者病情提供更加真实可靠的数据。磁通锁定环路和心磁信号分离是心磁检测系统中关键的部分,本文主要完成了这两个部分的研究。本文基于传统的磁通振荡锁定环路,提出了改善的直接读出磁通锁定环路。本文从电路工作原理出发,在PSPICE仿真软件平台上,搭建了直接读出磁通锁定仿真模型,验证了直接读出磁通锁定环路具有很高的可行性,仿真结果表明该直接读出磁通锁定环路能够检测到外磁通的变化量。基于电路仿真结果,设计了直接读出磁通锁定环路的硬件电路和PCB板,将SQUID模拟器与直接读出磁通锁定环路进行联合测试。测试结果表明,直接读出磁通锁定环路能够及时有效的检测到外界磁通的变化量,电路的输出波形能够反映外界磁通的波形特征。同时还测量了整个电路的输入与输出的环路延迟,根据磁通锁定环路的3dB带宽和环路延迟的关系式,经多次测量与计算,该电路的3dB带宽能够达到54.1KHz。在完成硬件电路设计与测试的基础上,论文的第二部分工作就是对心磁信号的分离方法研究工作。利用磁通锁定环路测量的MCG信号,观测的MCG中含有工频干扰和肌磁干扰,所以还需要对观测的MCG信号进行分离处理。论文心磁数据来源于日本东京电机大学提供的心磁数据,为了除去心磁数据中的噪声干扰,得到人体更加真实的心磁数据,结合盲源分离(Blind Source Separation, BSS)算法基本思想,首次尝试EFICA算法应用于心磁信号的分离工作,通过与JADE算法和FastICA算法对比分析,在模拟实验和真实数据分离实验中,我们发现EFICA算法分离出的心磁信号波形特征更加明显,即EFICA算法分离出MCG信号含有更多人体心脏健康状态信息,同时对噪声干扰抑制能力更加出色。根据合作单位提出的项目指标和应用要求,论文完成了直接读出磁通锁定环路设计和心磁信号分离工作,为下一阶段的项目实施提供了重要的实验数据和测量结果,在硬件和软件上都为心磁检测系统项目的完成和实际应用的要求奠定了重要的基础。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:R318;TN911.7

【参考文献】
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