用于漫射光检测的光子计数锁相检测系统与实验研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lifan_cuit
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
稳态扩散光学成像(Continuous Wave Diffuse Optical Imaging, CW DOI)利用近红外光在组织体内相对较深的穿透深度实现器官级的人体信息检测,其优点包括无创、无电离、时间分辨率高以及适合临床连续监测等。CW DOI通常需要测量组织体在不同光波长从多个源点激励下表面其它各点的漫反射光流分布,由此带来光源波长与源点位置编码的问题。当前大多数CW DOI系统采用时分复用光源编码方式,该方式测量时间长难以满足某些快速变化生理信号实时监测的要求。为此,本文提出了光源频分复用编码与探测器输出信号数字锁相检测解复用的实现方案,减少了测量时间,提高了测量结果的时间分辨率。围绕上述方案所搭建的稳态双通道漫射光检测系统包括光源、波分复用器、光子计数探测器、FPGA数字锁相检测电路、通信与数模转换电路以及上位机软件部分。实验发现,该系统存在测量暗噪声较大,测量结果信噪比不够好,入射光强与源探距离均不变的情况下测量结果间或出现粗大误差现象以及FPGA检测系统与PC机上位机之间数据传输速率不满足要求等问题。针对以上问题,本文分别进行了原因分析、改进方案设计以及改进效果的实验验证。针对暗噪声高与信噪比不够好的问题,研究了实验条件对测量结果的影响,采用了纤芯更细的光纤;针对测量结果中间或出现的粗大误差现象进行了前端探测器输出信号的阻抗匹配以及FPGA输入异步信号进行了同步化处理;针对数据传输速率不满足要求的问题,采用向量模式的CORDIC算法在FPGA内部实现了均方根运算模块,以此减轻上位机工作负担且减少了实际需传输的数据量,提高了有效数据传输速率。最后针对以上改进方案进行了实验验证。结果表明,改进后的系统在相同源探距离下的测量值变化规律与实际入射光强变化规律基本一致,二者最大相对误差为7.32%;在更大源探距离范围内测量结果的信噪比达到了35dB以上;在16-30mm源探距离范围内,双通道测量值与解析解结果变化规律基本一致,相对误差保持在17%以内。改进后的系统暗噪声测量值明显减小,在测量准确度与稳定性均有较大幅度提高。
其他文献
计算机断层成像技术(Computed Tomography,CT)已经成为非常重要医学临床诊疗方法。与其它医学成像方式相比,CT成像技术具有检查方便、图像分辨率高、无痛苦无外伤、解剖关系清
高功率密度内燃机是今后内燃机行业发展的一个主要方向。功率密度的提高直接导致了内燃机热负荷状况的恶化。所以新型冷却系统的设计、冷却换热性能的优化、新型高速冷却水泵
纳米半导体TiO因其特殊的对气态有机污染物的光催化氧化性能,已经被逐渐地应用于在空调系统的空气净化设备和空气自净设备中.使用结果表明,它能充分发挥TiO的优异特性,如:净
大脑功能的实现依赖于神经元及其互相连接形成的神经网络。先进的微电极阵列记录技术已经能够同时采集大量神经元的细胞外动作电位(即锋电位)信号,锋电位信号的分析处理是神
  本课题根据国内水轮机制造业的实际工程要求,在WINDOWS2000/XP操作系统下进行,采用面向对象的程序设计方法,以VisualC++6.0为开发工具,系统采用模块化设计,以ACIS为底层进行三
网络技术的飞速发展,改变人们日常生活的同时,也促使工业领域中许多技术发生变化。本文所要论述的就是如何设计、开发和实现一套基于Internet的大型汽轮发电机组状态远程监测与
能源和环境危机是我们人类在这个世纪所要面临和解决的一个重要问题.随着人们生活水平的提高,冬天的供热和夏天的空调是成为不可少,而无论是供热还是空调都涉及到能源消耗和
随着社会的发展,人们对能源的需求量也越来越大,煤作为一种最为廉价、储量最大的常规能源是人类能源主要来源之一。然而煤在作为能源燃烧放出大量热量的同时,也向环境中排放了大
随着国家对大气环境治理力度的加大,摩托车排放法规会逐年加严,达不到排放法规要求的摩托车将不允许投放市场。电控燃油喷射技术以其良好的节能效果和低排放的性能成为当前摩托
所本文从明清官服的章补纹样出发,通过研究分析明清两代官服章补纹饰及其细节纹样,与现代漆器艺术品巧妙结合,将章补纹饰设计应用到现代名片盒上,充分体现出古代纹饰的伟大,