用于电阻抗成像系统的单电源差分电流源

doi:10.3969/j.issn.0258-8021.2016.05.019

摘要
图/表
参考文献
相关文章 (2)

全文: PDF (0 KB) HTML (1 KB)
输出: BibTeX | EndNote (RIS)

摘要为优化电阻抗成像(EIT)系统中所使用的电压控制电流源,设计一个单电源差分电流源以简化其中电流源电路的供电方式并提高其输出阻抗。基于差分电流源设计一个能够单电源供电的电流源,并针对该电路采用连入负电容补偿电路的方法进行外部电路补偿。在NI Multisim 10环境下,对单电源差分电流源以及补偿后的单电源差分电流源进行仿真,根据输出阻抗公式计算出仿真环境下单电源差分电流源补偿前后的输出阻抗。通过7280锁相放大器对电路中负载电压幅值的采集,可获得负电容补偿电路中部分参数调整前后对输出电流的影响,并将测试数据根据输出阻抗公式计算出实际电路的输出阻抗。通过NI USB-6281数据采集卡测得补偿后电流源的功率谱,并以一定浓度NaCl溶液作为负载测试其在EIT硬件系统中的稳定性。实验结果表明,负电容补偿电路中部分参数调整后,负载为1和10 kΩ,在1 000 kHz时,其电压幅值变化率仅为0.32%、0.35%,在不同频率下,负载电压幅值的稳定性有显著提高。单电源差分电流源经过外部电路补偿之后,其输出阻抗在1～100 kHz范围内均为1 MΩ以上,约为补偿前的5倍,与未补偿时相比有较大提高。在测得的功率谱中,有用信号高出噪声信号70 dB以上,体现该设计较好的抑制噪声能力。计算所得的负载电压幅值相对误差均小于0.0180%,表明该设计具有良好的稳定性。可见,经过外部电路补偿的单电源差分电流源能够适用于一般的EIT系统。

	服务

	把本文推荐给朋友
	加入我的书架
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章

关键词 ：电阻抗成像, 输出阻抗, 差分电流源, 单电源, 负电容补偿

Key words： electrical impedance tomography output impedance differential current source circuit single supply negative capacitance compensation circuit

收稿日期: 2015-12-15

PACS:

R318

基金资助:国家自然科学基金(51307120,51477117)

引用本文:

熊慧, 魏荆华, 刘近贞. 用于电阻抗成像系统的单电源差分电流源[J]. 中国生物医学工程学报, 2016, 35(5): 636-640.
Xiong Hui Wei Jinghua Liu Jinzhen. Single-Supply Differential Current Source Circuit Used in Electrical Impedance Tomography System. Chinese Journal of Biomedical Engineering, 2016, 35(5): 636-640.

链接本文:

http://cjbme.csbme.org/CN/10.3969/j.issn.0258-8021.2016.05.019 或 http://cjbme.csbme.org/CN/Y2016/V35/I5/636

[1] Zaravi S, Amirfattahi R, Vahdat BV. Investigation of error propagation and measurement error for 2D block method in Electrical Impedance Tomography[C]//2015 2nd International Conference on Pattern Recognition and Image Analysis (IPRIA), Rasht: IEEE, 2015: 1-4.
[2] 徐灿华, 董秀珍. 生物电阻抗断层成像技术及其临床研究进展[J]. 高电压技术, 2014, 40(12): 3738-3745.
[3] 冉鹏, 何为, 徐征, 等. 基于数字处理的频差电阻抗成像系统设计[J]. 仪器仪表学报, 2013, 34(2): 448-454.
[4] 王超, 王湘嵛, 孙宏军, 等. 用于生物阻抗测量的双反馈电流源研究[J]. 生物医学工程学杂志, 2006, 23(4): 704-707.
[5] Khan S, Manwaring P, Borsic A, et al. FPGA-based voltage and current dual drive system for high frame rate electrical impedance tomography[J]. IEEE Transactions on Medical Imaging, 2015, 34(4): 888-901.
[6] Franco S. Design with operational amplifiers and analog integrated circuits[M].New York:McGraw-Hill, 2001:57-58.
[7] Wang Hao, Yang Wei, Li Benhong, et al. Design and simulation analysis of the mirror current source circuit based on Multisim10[J]Applied Mechanics and Materials, 2014, 596: 723-726.
[8] 童倜, 张伟兴. 电阻抗成像系统中电压控制电流源的设计[J]. 电子设计工程, 2012, 20(1): 116-119.
[9] Hong H, Rahal M, Demosthenous A, et al. Comparison of a new integrated current source with the modified Howland circuit for EIT applications[J]. Physiological Measurement, 2009, 30(10):999-1007.
[10] Liu Jinzhen, Qiao Xiaoyan, Wang Mengjun, et al. The differential Howland current source with high signal to noise ratio for bioimpedance measurement system[J].Review of Scientific Instruments, 2014, 85(5):055111-1 - 055111-6.
[11] Oh TI, Wi H, Kim DY, et al. A fully parallel multi-frequency EIT system with flexible electrode configuration: KHU Mark2.[J]. Physiological Measurement, 2011, 32(7):835-849.
[12] Ross AS, Saulnier GJ, Newell JC, et al. Current source design for electrical impedance tomography[J]. Physiological Measurement, 2003, 24(2):509-516.
[13] Luo Ping, Li Zhaoji, Yu Lei, et al. A novel high output resistance current source based on negative resistance[J]. Chinese Journal of Semiconductors, 2006, 27(3):443-447.
[14] 鞠康, 何为, 何传红, 等. 基于数字相敏检波的恒流源输出阻抗检测及补偿技术实现[J]. 医疗卫生装备, 2009, 30(10):5-7.
[15] Tucker AS, Fox RM, Sadleir RJ. Biocompatible, high precision, wideband, improved Howland current source with lead-lag compensation.[J]. IEEE Transactions on Biomedical Circuits & Systems, 2013, 7(1):63 - 70.
[16] 刘近贞. 基于扫描电极的开放式电阻抗成像的研究[D].天津:天津大学,2014.