电阻抗与EIT 测量微系统设计
天津科技大学电子信息与自动化学院,天津 300222
An Integrated Smart System Design for Impedance and EIT Measurement
School of Electrical Information and Automation, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300222, China
摘要 以微系统结构、高稳定性为设计目标,构建一套基于ATmega16单片机和AD5933的电阻抗与EIT测量微系统。AD5933芯片内部集成了DDS部分、滤波放大部分、12位A/D转换部分和片上的DSP离散傅里叶变换解调部分,避免了各个模块时序不一致造成的误差,提高了系统的稳定性和抗干扰性。基于Matlab平台开发图形用户界面(GUI),实现了数据无线通讯、阻抗图谱绘制、特征参数计算、EIT图像重建。对均匀场进行100次数据采集,系统信噪比达70 dB。对高精度电阻、离体猪肉分别进行阻抗测试,根据Cole-Cole理论,绘制了阻抗圆图,测量结果与最小二乘算法拟合效果相符。针对16电极实验槽中不同位置和不同数量的有机玻璃棒分布,采用高斯牛顿重建算法进行电阻抗图像重建,成像效果良好,验证了系统的有效性与可行性。
关键词 :
电阻抗测量 ,
AD5933 ,
EIT测量 ,
图像重建
Key words :
lectrical impedance measurement
AD5933
EIT measuring
image reconstruction
基金资助: 国家自然科学基金(61301246);天津市科委自然科学基金(12JCYBJC19300)
[1]Bayford RH, Bioimpedance tomography (electrical impedance tomography) [J]. Annu Rev Biomed Eng, 2006, 8:63-91.
[2]陈晓艳,张静. 采用阈值修正法改善电阻抗图像质量[J].中国生物医学工程学报,2011,30(4):481-486.
[3]Chen Xiaoyan,Wang Huaxiang,Zhao Bo,etal. Lung Ventilation Functional Monitoring Based on Electrical Impedance Tomography[J].天津大学学报(英文版), 2009,15(1):7-12.
[4]董秀珍. 生物电阻抗成像研究的现状与挑战[J].中国生物医学工程学报,2008,27(5):641-649.
[5]王化祥,崔志强. 基于FPGA的电阻抗成像系统激励信号源. 电子器件,2007, 3(1):90-92,96.
[6]Hoja J, Lentka G.Portable analyzer for impedance spectroscopy [C]//XIX IMEKO Congress Fundamental and Applied Metrology. Lisbon:IMEKO. 2009:140-145.[7]Cui Ziqiang,Wang Huaxiang,Tang Lei,Zhang Lifeng,Chen Xiaoyan,Yan Yong. A specific data acquisition scheme for electrical tomography [C]//IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, I2MTC, 2008: 726-729.
[8]陈晓艳,吴佳妮.基于FPGA的成像系统激励源设计与实现[J].微计算机应用,2011,32(1):20-25.
[9]张玉祥,刘明春. 基于AD5933的小型压电阻抗分析仪设计[J].电子测量技术,2009,32(11): 76-79.
[10]王达,王化祥,崔志强等.一种集成式阻抗谱测量系统[J].传感器与微系统.2012,31(12):94-100.
[11]陈晓艳, 王化祥,石小累,等.人体肺功能生物电阻抗成像技术研究[J], 中国生物医学工程学报,2008,27(5):663-668.
[12]ADI公司.AD5933英文产品数据手册 [EB/DB].http://www.analog.com/static/importedfiles/data_sheets/AD5933.pdf,2013-05/2013-05.
[13]Gabriel C. Peyman A, Grant EH. Electrical conductivity of tissue at frequencies below 1 MHz [J].Physics in Medicne and Biology,2009,54: 48634878.
[14]Chen Xiaoyan, Wu Jiani.FPGA based excitation source in biomedical electrical impedance tomography system[J]Applied Mechanics and Materials,2011,48-49: 537-540.