基于LabView和光谱分析的压强监测系统及其工作方法与应用技术方案

本发明专利技术涉及一种基于LabView和光谱分析的压强监测系统及其工作方法与应用。该系统，包括光源模块、光谱测量模块和光谱处理与压强显示模块；所述光谱测量模块包括光纤压力传感器、‑3dB光纤耦合器、光开关和光谱仪；所述光纤压力传感器的压力感应端放置在被测区域，光纤压力传感器的另一端通过光开关与‑3dB光纤耦合器连接；所述光谱仪的光输入端与‑3dB光纤耦合器连接，光谱仪的数据输出端和光谱处理与压强显示模块连接；所述‑3dB光纤耦合器还与光源模块连接。该系统采用全光纤链路，提高了效率，降低了对硬件的要求；光纤压力传感器是基于法布里‑珀罗干涉原理所设计，光纤压强敏感膜对压强信号更敏感、反应更快速、精度更高。

【技术实现步骤摘要】
基于LabView和光谱分析的压强监测系统及其工作方法与应用
本专利技术涉及一种基于LabView和光谱分析的压强监测系统及其工作方法与应用，属于压强测量的

技术介绍
物体所受的压力与受力面积之比叫做压强。压强是应用最为广泛的物理参数之一，压强测量在工业生产、实验研究、航空航天、军事乃至医学应用中都发挥着极其重要的作用。近一段时期，国际国内在压强测量领域的发展十分迅速，压力传感元件逐步由电气化向数字化、智能化方向转变。目前研制的压强测量系统主要有：利用电容式压力传感器、压电传感器再加后续的放大、滤波、A/D转换、单片机控制电路组成的压力测量系统；应用振弦式传感器并基于脉冲计数法进行压强测量的系统以及基于光弹效应的光纤压力测量装置等。压强测量的方法多种多样，但各测量方法普遍具有测量精度低、测量速度慢、硬件要求高、实时性差、抗干扰能力差、传感器体积大等明显不足，大大限制了压强测量的广泛应用。颅内压(intracranialpressure,ICP)是指颅腔内容物对颅腔壁产生的压力,又称脑压。在神经外科临床中，脑压增高是导致病人病情恶化、预后不良或死亡的最常见原因之一。脑压检测是诊断颅内高压最迅速、客观和准确的方法，也是观察病人病情变化、早期诊断、判断手术时间、指导临床药物治疗，判断和改善预后的重要手段。颅内压测量技术始于十九世纪后期，经过七十年左右的发展，形成了几种成熟的测压理论和方法，这几种测压方法均须在病人身体上穿刺或钻孔，现在称这几种测压方法为有创颅内压监测法。从二十世纪八十年代初至今，国内外陆续有学者公布几种对身体无损伤的测压理论和方法，现在称这些测压方法为无创颅内压监测法。有创颅内压监测法主要有脑室内测压法、硬脑膜下测压法、硬脑膜外测压法、腰穿刺测压法。脑室内测压法是所有其它颅内压监测方法的标准，但有损伤脑组织的风险，而且易引起感染。硬脑膜下测压法和硬脑膜外测压法可以避免脑穿刺而损伤脑组织，但仍然需要钻颅，操作繁琐，损伤大，且准确性相对较差。常规腰穿刺测压法损伤小，操作方便，不易感染；但是对于急性颅内压升高，特别是未做减压术的病人不宜。无创颅内压监测法虽然能够减小对患者的损伤，但目前这些技术还不够成熟，仍处于研究和实验阶段,效果有待进一步的验证。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于LabView和光谱分析的压强监测系统。本专利技术还提供一种上述压强监测系统的工作方法。本专利技术还提供一种将上述压强监测系统应用到脑压检测的工作方法。本专利技术的技术方案为：基于LabView和光谱分析的压强监测系统，包括光源模块、光谱测量模块和光谱处理与压强显示模块；所述光谱测量模块包括光纤压力传感器、-3dB光纤耦合器、光开关和光谱仪；所述光纤压力传感器的压力感应端放置在被测区域，光纤压力传感器的另一端通过光开关与-3dB光纤耦合器连接；所述光谱仪的光输入端与-3dB光纤耦合器连接，光谱仪的数据输出端和光谱处理与压强显示模块连接；所述-3dB光纤耦合器还与光源模块连接。当光开关闭合时，光源模块发出的光到达光开关处直接发生反射，反射光经由光纤传递给光谱仪，从而得到了参照光谱；当光开关开启时，光源模块发出的光到达光开关继续传播到达光纤压力传感器，光纤压力传感器对光发生反射，反射回来的光经由光纤传递给光谱仪，从而得到了实时测量光谱。光谱仪再将所获得的光谱信息经过USB传输线传递给PC端进行光谱信息的处理。此处设计的优点在于，与传统处理方式比较增加了光开关部分，可以得到系统的参考光谱，进而可以将实时压强光谱与其进行比较，从而可以更好的滤除无用信号，大大提高系统的测试精度。优选的，所述光源模块包括直流电源、激光二极管，激光二极管的正极通过电阻与所述直流电源的正极连接，激光二极管的负极与直流电源的负极连接；激光二极管与-3dB光纤耦合器连接。直流电源接通时，激光二极管开始工作，提供系统工作所需要的入射光。进一步优选的，所述激光二极管为850nm激光二极管(OPF372A)。当直流电源接通时，激光二极管开始工作，提供系统工作所需要的波长为850nm，带宽为60nm的入射光。优选的，所述光谱仪的光输入端通过光纤与-3dB光纤耦合器连接，光谱仪的数据输出端通过USB传输线和光谱处理与压强显示模块连接；所述光纤的直径为125μm。优选的，所述光纤压力传感器为基于法布里-珀罗干涉原理的光纤压力传感器。优选的，所述光谱仪为海洋光学HR4000；所述-3dB光纤耦合器为1×2光纤耦合器。光谱信号由海洋光学HR4000光谱仪进行采集，集成度高、使用方便、响应快速、分辨率高。优选的，所述光谱处理与压强显示模块为基于LabView图形化编程语言和MATLAB混合开发的系统；光谱处理与压强显示模块设置在电脑内；光谱处理与压强显示模块包括基于LabView图形化编程语言开发的压强监测界面。所述LabView负责光谱仪信号的接收、光谱数据的存储以及可视化界面的建立，所述MATLAB则负责对光谱数据的读取和处理。此处设计的优点在于，充分利用了LabView图形化设计语言的优点和MATLAB强大的数据处理能力，具有开发周期短、功能扩展性强、性能稳定与硬件交互方便等优势。优选的，基于LabView和光谱分析的压强监测系统还包括压强警报模块，所述压强警报模块包括ARM控制电路和报警装置，ARM控制电路和光谱处理与压强显示模块连接。所述ARM控制电路通过串口与电脑连接完成数据的通讯，ARM控制电路与光开关连接，控制光开关的开关状态切换。进一步优选的，所述ARM控制电路为STM32F407单片机。一种上述压强监测系统的工作方法，包括步骤如下：A1)光谱处理与压强显示模块发送指令给ARM控制电路，ARM控制光开关为闭合状态，此时光谱处理与压强显示模块接收到暗光谱，并对暗光谱进行保存；A2)接通直流电源，激光二极管开始工作，此时光开关仍为闭合状态，光谱处理与压强显示模块接收到参考光谱，并对参考光谱进行保存；A3)光谱处理与压强显示模块再次发送指令给ARM控制电路，ARM控制光开关为开启状态，此时光谱处理与压强显示模块接收到实时压强光谱，并对实时压强光谱进行保存；A4)光谱处理与压强显示模块调用MATLAB节点程序，分别对步骤A1)、步骤A2)和步骤A3)得到的暗光谱、参考光谱和实时压强光谱进行快速傅里叶变换得到三者的频谱，对三者的频谱进行比较后进行数字滤波处理，再通过傅里叶反变换得到新的光谱数据；经过上述过程的数据处理使新的光谱数据既保留了有用数据信息，又保证了主要噪声的消除以及曲线平滑；A5)光谱处理与压强显示模块调用MATLAB节点程序，获取步骤A4)所得到的新光谱的峰值波长，利用最小二乘法对所述峰值波长进行线性拟合和误差补偿，得到压强和峰值波长的线性关系函数；每次进行步骤A5)便可以直接根据函数方程得到压强值；其中，峰值波长会随着压强值的不同而产生线性偏移。优选的，所述步骤A5)之后还包括如下步骤：压强监测界面显示压强和时间的实时曲线图，并对其进行存储；所述实时曲线图内还显示有正常压强基准线。实时曲线图利于对所测环境的压强情况进行记录以及为使用者的判断提供参考。在实时曲线图中同时显示的还有正常压强基准线，为使用者的判断提供参考。进一步优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于LabView和光谱分析的压强监测系统，其特征在于，包括光源模块、光谱测量模块和光谱处理与压强显示模块；所述光谱测量模块包括光纤压力传感器、‑3dB光纤耦合器、光开关和光谱仪；所述光纤压力传感器的压力感应端放置在被测区域，光纤压力传感器的另一端通过光开关与‑3dB光纤耦合器连接；所述光谱仪的光输入端与‑3dB光纤耦合器连接，光谱仪的数据输出端和光谱处理与压强显示模块连接；所述‑3dB光纤耦合器还与光源模块连接。

【技术特征摘要】
1.基于LabView和光谱分析的压强监测系统，其特征在于，包括光源模块、光谱测量模块和光谱处理与压强显示模块；所述光谱测量模块包括光纤压力传感器、-3dB光纤耦合器、光开关和光谱仪；所述光纤压力传感器的压力感应端放置在被测区域，光纤压力传感器的另一端通过光开关与-3dB光纤耦合器连接；所述光谱仪的光输入端与-3dB光纤耦合器连接，光谱仪的数据输出端和光谱处理与压强显示模块连接；所述-3dB光纤耦合器还与光源模块连接。2.根据权利要求1所述的基于LabView和光谱分析的压强监测系统，其特征在于，所述光源模块包括直流电源、激光二极管，激光二极管的正极通过电阻与所述直流电源的正极连接，激光二极管的负极与直流电源的负极连接；激光二极管与-3dB光纤耦合器连接。3.根据权利要求1所述的基于LabView和光谱分析的压强监测系统，其特征在于，所述光谱仪的光输入端通过光纤与-3dB光纤耦合器连接，光谱仪的数据输出端通过USB传输线和光谱处理与压强显示模块连接；所述光纤的直径为125μm。4.根据权利要求1所述的基于LabView和光谱分析的压强监测系统，其特征在于，所述光纤压力传感器为基于法布里-珀罗干涉原理的光纤压力传感器。5.根据权利要求1所述的基于LabView和光谱分析的压强监测系统，其特征在于，所述光谱处理与压强显示模块为基于LabView图形化编程语言和MATLAB混合开发的系统；光谱处理与压强显示模块设置在电脑内；光谱处理与压强显示模块包括基于LabView图形化编程语言开发的压强监测界面。6.根据权利要求1所述的基于LabView和光谱分析的压强监测系统，其特征在于，基于LabView和光谱分析的压强监测系统还包括压强警报模块，所述压强警报模块包括ARM控制电路和报警装置，ARM控制电路和光谱处理与压强显示模块连接。7.一种如权利要求1-6任意一项所述的压强监测系统的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：A1)光谱处理与压强显示模块发送指令给ARM控制电路，ARM控制光开关为闭合状态，此时光谱处理与压强显示模块接收到暗光谱，并对暗光谱进行保存；A2)接通直流电源，激光二极管开始工作，此时光开关仍为闭合状态，光谱处理与压强显示模块接收到参考光谱，并对参考光谱进行保存；A3)光谱处理与压强显示模块再次发送指令给ARM控制电路，ARM控制光开关为开启状态，此时光谱处理与压强显示模块接收到实时压强光谱，并对实时压强光谱进行保存；A4)光谱处理与压强显示模块调用MATLA...

【专利技术属性】
技术研发人员：李康，王久友，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37