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中空纤维膜氧扩散渗透率检测数据采集系统研究

童庆波  
【摘要】:中空纤维膜技术是近年来膜技术中发展比较迅速的一支。在医学上,它主要用于制成膜式氧合器,替代人肺的功能,进行血气交换。氧气扩散渗透率是衡量膜式氧合器和中空纤维膜的质量最为重要的一个参数。传统的以化学方法测定氧气扩散渗透率的实验方案,相对落后,无法实时监控各种实验参数对氧气扩散渗透率的影响,在一定程度上制约了中空纤维膜技术的发展。 本文拟采用多传感器数据采集系统,对影响氧气扩散渗透率的多个参数进行实时检测,将数据传输到计算机中作分析处理,得出中空纤维膜的氧气扩散渗透率,并对各参数对氧气扩散渗透率的影响做出评价。论文阐述了中空纤维膜的检测理论及实验方案,重点介绍多传感器数据采集系统的设计与实现。 在数据采集系统的设计中,采用了通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Arrays,FPGA)技术。数据采集系统通过USB接口与计算机通信,USB总线具有快速、可靠、低成本、低能耗、即插即用、无须外接电源等特点,已逐渐成为现代低端数据传输的发展趋势。 FPGA是一种可编程器件,具有速度快,时钟频率高,内部时延小,开发周期短,内部资源丰富等优点。设计中采用自顶向下(Top-Down)设计思想,使用Verilog HDL硬件描述语言在FPGA中实现AD转换器(AD Converter,ADC)自动采集控制、通道选择、数码显示控制、时钟分频、数据存储等模块。 本系统由信号调理电路、AD转换、FPGA逻辑控制及数据缓存、USB总线接口等实现6通道数据采集。论文详细介绍了传感器信号调理电路设计,信号采集硬件电路设计,固件程序、驱动程序、应用程序的软件开发,完成了信号采集部分PCB(Printed Circuit Board,PCB)电路板的制作,最后通过仿真及实验对设计进行了验证。


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