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研究生:陳志維
研究生(外文):Chih -Wei Chen
論文名稱:壓電感測於血管機械特性之研究
論文名稱(外文):Study on Mechanical Properties of Blood Vessel with Piezoelectric Sensor
指導教授:周傳心
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:應用力學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:壓電
外文關鍵詞:piezoelectrics
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本論文主要是設計一套壓電感測器,用於量側脈搏速度,再利用超音波量得血管硬度及血流速度,在探討三者之間的關係。
在硬體方面,由於壓電片輸出之訊號很小且有雜訊,訊號必須經過電荷放大器、濾波器才能利用資料擷取卡將類比訊號轉成數位訊號,訊號進入個人電腦後利用Labview軟體進行分析。
由Labview軟體分析所得之脈搏速度,與血管硬度和血流速度做比較,我們可以發現當血管硬度越大則血流速度慢,脈搏速度值越大。
目錄
誌謝…………………………………………………………….II
中文摘要...................................................................................III
目錄.........................................................................................................IV
圖表目錄..............................................................................................VII
第一章 緒論………………………………………………………..1
1-1研究動機與目的……………………………………………………..1
1-2動脈硬化形成及血流速不同成因之簡介…………………………..5
1-2-1動脈硬化之種類與形成……………………………………….5
1-2-2血流速之形成因素...................................................................10
1-3頸動脈脈搏波形及脈搏波傳傳速度………………………………13
1-3-1 頸動脈脈搏波形…………………………………………….13
1-3-2 動脈脈搏波傳遞的速度…………………………………….16
1-3-3量測之位置…………………………………………………..19
1-4文獻回顧…………………………………………………………....21
1-4-1人體各部份之脈搏波形 …………………………………….21
1-4-2 動脈脈波相關指標………………………………………….22
1-5論文架構……………………………………………………………25
第二章 量測系統建立與理論方法…………………………...26
2-1 脈搏壓力感測器理論及其設計…………………………………...27
2-1-1 陶瓷材料(PZT-5H)特性及其等效電路……………………27
2-1-2 脈博感測器硬體設計……………………………………….31
2-2壓電信號放大電路理論及設計……………………………………33
2-2-1電荷放大器及電壓隨藕器相關理論………………………...33
2-2-2 壓電信號之放大設計……………………………………….36
2-3濾波器之設計與原理…………………………………………...….39
2-3-1 濾波器之階數選擇………………………………………...40
2-3-2 Butterworth與Chebyshev之比較………………………...42
2-3-3 濾波器之設計……………………………………………...43
2-4量測系統相關設備材料…………………………………………...52
2-4-1 類比數位轉換卡…………………………………………….52
2-4-2運算放大器選擇……………………………………………..53
2-5超音波量測血流速及硬度之原理………………………………...54
第三章 量測PWV值、血管硬度極血液流速之方法及數據分析........................................................................................................55
3-1 量測方法…………………………………………………………..55
3-2量測數據…………………………………………………………...58第四章 結論與未來展望……………………………………….71
參考文獻…………………………………………………………….73



















圖目錄
表2-1 PZT-5H物理性質……………………………………………32
表2-2 Ackerberg-Mossberg濾波器設計相關参數………………...47
表2-3 PCI-6014資料擷取卡相關功能…………………………….68
表3-1 實驗結果對照圖……………………………………………..62
圖1-1 脈波之衰減……………………………………………………2
圖1-2 體循環及肺循環………………………………………………2
圖1-3 主動脈…………………………………………………………3
圖1-4 正常構造動脈橫斷面…………………………………………6
圖1-5 動脈粥狀硬化圖解觀念………………………………………6
圖1-6 受傷反應之假說………………………………………………9
圖1-7 動脈粥狀病理機轉圖表 ……………………………………10
圗1-8 血流、壓力及阻力的關係…………………………………..11
圖1-9 脈動波傳遞時所發生的變化圖……………………………..14
圖1-10 動脈脈波波形………………………………………………15
圖1-11 血管阻抗與頻率關係圖……………………………………15
圖1-12 頸動脈脈搏波形……………………………………………16
圖1-13 人體動脈系統………………………………………………20
圖1-14 人體各部份壓力波波形及血流量比較……………………21
圖1-15 增加指標(AI)的波形示意圖……………………………….22
圖1-16 年紀與SI值之比較………………………………………..23
圖1-17 核磁共振影像圖…………………………………………....23
圖1-18 ROI1和ROI2兩點影像圖及其速度、時間關係圖……....24
圖2-1 量測系統架構………………………………………………..26
圖2-2 31矩形壓電元件…………………………………………….29
圖2-3 壓電元件之等效電路………………………………………..30
圖2-4 壓力感測器及其尺寸圖……………………………………..31
圖2-5 電荷放大器及壓電元件電路………………………………..33
圖2-6 電壓隨藕器及壓電元件電路 ………………………………35
圖2-7 運算放大器共模輸入阻抗…………………………………..36
圖2-8 電賀放大器電路設計圖……………………………………..37
圖2-9 濾波器處理之效果…………………………………………..40
圗2-10 4階之Butterworth濾波器…………………………………41
圗2-11 4階之Chebyshev濾波器………………………………….41
圗2-12 4階之inverse-Chebyshev濾波器…………………………42
圗2-13 各階數濾波器之比較………………………………………43
圖2-14 濾波器之頻率響應圖………………………………………45
圖2-15 濾波器之串聯………………………………………………46
圖2-16 Ackerberg-Mossberg 濾波電路……………………………46
圖2-17 低通濾波器電路設計圖……………………………………49
圗2-18 頻率響應……………………………………………………50
圗2-19 相位響應……………………………………………………50
圗2-20 co herence spectrum…………………………………………51
圗2-21 功率分布圖…………………………………………………51
圖2-22 PCI-6014資料擷取卡及其集線器CB-68LP……………...53
圖3-1 感測器放置圖………………………………………………..55
圖3-2 脈波週期性…………………………………………………..56
圖3-3 脈波波形及其微分相對位置………………………………..57
圖3-4 圖3-4 取時間差之方法…………………………………...57
圖3-5 受測者A之脈搏波波形…………………………………….58
圖3-6 受測者B之脈搏波波形…………………………………….58
圖3-7 受測者C之脈搏波波形…………………………………….59
圖3-8 受測者D之脈搏波波形…………………………………….60
圖3-9 受測者E之脈搏波波形…………………………………….60
圖3-10 受測者F之脈搏波波形…………………………………...61
圖3-11 受測者A超音波血管硬度及血流速……………………..62
圖3-11 受測者A超音波血管硬度及血流速…………………….63
圖3-11 受測者A超音波血管硬度及血流速……………………64.
圖3-11 受測者A超音波血管硬度及血流速……………………65
圖3-11 受測者A超音波血管硬度及血流速……………………66
圖3-11 受測者A超音波血管硬度及血流速……………………67
圗3-17 血管硬度與血流速度關係圖…………………………….69
圗3-18 血管硬度與PWV關係圖………………………………….69
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