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基于FPGA的脉冲多普勒血液流量计的研究

作　者: 董静
导　师: 杨明
学　校: 上海交通大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 脉冲多普勒 血流测量 直接数字频率合成技术(DDS) 有限长单位冲激响应(FIR) 快速傅立叶变换(FFT) 现场可编程门阵列(FPGA) 数字信号处理(DSP)
分类号: TH814
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 180次
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内容摘要


本课题来源于国家自然科学基金项目,超声柔性致动压缩性人工心脏辅助基础探究。无论是对于人工心脏效果的评估,还是对人工心脏系统进行控制,流量都是反映人工心脏性能的一个重要指标,具有十分重要的意义。本课题的目的是设计出一个小型、非介入,能够直接用于心脏辅助装置手术中,快速准确地测量大动脉预定目标深度血流量计,同时也能对血栓现象进行检测。本文根据血管血流的特点,在深入了解超声多普勒血流测量的理论及检测方法的基础上,结合实际应用的具体技术性能要求,设计了脉冲超声多普勒血流测量系统。按照系统的实际功能,可以分为硬件系统和软件系统。硬件系统可以分为超声发射电路、超声接收电路和发射/接收转换电路。软件系统主要对回波信号进行采集与处理。通过对回波信号进行解调,得到频差信号。系统以Altera CycloneII系列EP2C20F484C7N型FPGA芯片作为软件系统数字信号处理器的核心,利用FPGA高速的数字信号处理的特点,改进系统的实时性要求;同时也利用FPGA时序性强的特点,加强了数字信号处理器对外设的控制。并且系统采用模拟电路板与数字电路板分离的设计思想,提高系统的稳定性和可靠性。本文研究设计的脉冲多普勒血流测量系统可以完成对预定目标深度的血流进行检测,对直接心脏辅助装置的性能和效果的评价具有重要的实用价值。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-20
  1.1 论文背景  11-12
  1.2 血管流量测量方法  12-17
    1.2.1 血管  12
    1.2.2 流量的物理定义  12
    1.2.3 各种血流计方法的比较  12-17
    1.2.4 测量方法的选择  17
  1.3 多普勒方法测量血流量的研究现状与趋势  17-19
  1.4 本文章节安排  19-20
第二章 脉冲多普勒血流测量系统的理论基础  20-26
  2.1 医用超声的产生  20-21
  2.2 多普勒效应  21-23
    2.2.1 多普勒效应  21-22
    2.2.2 脉冲波(PW)多普勒流量测量原理  22-23
  2.3 总体设计方案  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 脉冲多普勒血流测量系统的硬件设计  26-41
  3.1 超声发射电路  26-31
    3.1.1 超声发射电路的基本结构  26-28
    3.1.2 单元式换能器的发射电路  28-30
    3.1.3 由FPGA 产生换能器谐振频率为8.33MHZ 的信号  30
    3.1.4 场效应管的驱动  30-31
  3.2 超声接收电路  31-37
    3.2.1 超声接收电路中的隔离级  31-33
    3.2.2 超声信号的接收预放电路  33-34
    3.2.3 差分放大和A/D 转换电路  34-37
  3.3 发射/接收转换单元  37-39
    3.3.1 PRF 发生器  38
    3.3.2 发射/接收转换电路  38-39
  3.4 本章小结  39-41
第四章 脉冲多普勒血流测量系统的软件设计  41-61
  4.1 FPGA 的介绍  41-45
    4.1.1 数字信号处理技术实现的几种方案  42-43
    4.1.2 CycloneII 系列EP2C20F484C7N 芯片  43-45
  4.2 回波解调算法  45-46
  4.3 回波信号解调方法的实现方法  46-60
    4.3.1 在FPGA 中基于DDS 原理的载波s in (wct) 的产生  46-47
    4.3.2 在FPGA 中FIR（有限长单位冲激响应）滤波器的实现  47-52
    4.3.3 在FPGA 中FFT（快速傅立叶变换）的实现  52-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章 实验结果及讨论  61-70
  5.1 前言  61
  5.2 由FPGA 产生换能器谐振频率为8.33MHZ 的信号的调试  61-62
  5.3 由FPGA 产生PRF 信号的调试  62
  5.4 场效应管驱动电路的调试  62-63
  5.5 脉冲多普勒血流测量系统的硬件系统的调试  63-64
  5.6 在FPGA 中实现DDS 的调试  64-65
  5.7 在FPGA 中实现FIR 的调试  65-67
  5.8 蝶形运算单元的实现  67-68
  5.9 本章小结  68-70
第六章 总结与展望  70-72
参考文献  72-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间参加过的科研项目发表的论文  75-77

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 热工量的测量仪表 > 流量测量仪表
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