【摘 要】
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一个人的健康状况与人体的温度息息相关,身体的健康出现异常,往往伴随着身体相应部位的异常发热,通过检测得到人体局部的温度分布热像图,并通过分析获得异常热源信息,能够达
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一个人的健康状况与人体的温度息息相关,身体的健康出现异常,往往伴随着身体相应部位的异常发热,通过检测得到人体局部的温度分布热像图,并通过分析获得异常热源信息,能够达到对一些疾病的诊断和康复监控等目的。目前用于人体热像检测的主要方法是红外成像技术,但该技术存在价格昂贵,易受环境影响,不能实现实时性等局限。高分子热敏复合材料因其具有高灵敏度,易加工等特点成为研究者的关注热点,利用高分子热敏复合材料制备的温度传感阵列对人体进行接触式检测具有解决红外成像技术局限性的潜力。本文以基于碳纳米管/环氧树脂复合材料的柔性传感阵列作为对象进行了研究,试图研究一种操作简单,能够在不干扰人的日常活动下实现实时辅助诊断和疗效跟踪监测的温度传感阵列。首先,本文制备了基于碳纳米管/环氧树脂复合材料的柔性温度传感器,研究分析了该传感器的电阻温度特性、灵敏度、稳定性和响应时间等各项温度传感特性。然后,本文从温度对碳纳米管与环氧树脂基体界面结合性能的影响和温度对复合材料结构状态的影响这两个方面对碳纳米管/环氧树脂复合材料的热敏效应机理进行了较深入的研究。通过借鉴导电链与热膨胀模型、隧道效应模型,最终建立了三段式数学模型,具有一定的创新性。同时,本文设计了柔性温度传感阵列及阵列信号采集系统。采用共用行线(列线)法设计了8x8的柔性温度传感阵列,完成了阵列信号采集系统的电路设计以及列信号采集系统下位机和上位机界面的设计。最后,本文基于Pennes的生物传热模型对生物组织传热过程进行了分析,研究了生物组织内点热源的温度和深度对组织表面温度分布的影响,建立了离体组织内热源信息获取模型;通过COMSOL软件分别对具有内部点热源的背部组织和手臂组织进行仿真分析,得到组织表面温度阵列数据;详细分析了由传感器不稳定性带来的自身电阻波动误差和由拟合模型公式带来的模型计算误差,最终确定了传感器的温度测量误差,并将测量误差引入到仿真阵列数据中,利用MATLAB做出温度热像图,通过热源信息获取模型求解得到热源的温度和深度信息。结果表明,基于碳纳米管/环氧树脂复合材料的柔性温度传感阵列能够较准确的获取组织内部热源信息,可以应用于人体局部温度分布的检测,并为以后传感阵列的进一步优化分析奠定了基础。
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