基于OV6920体内无线窥视胶囊设计与实验研究

基于微型CMOS图像传感器OV6920,以微型化、低功耗为原则,对人体无线胶囊内窥镜胶囊进行了设计和实验研究.开发了OV6920外围电路PCB,并按设计组装成磁控无线胶囊式内窥镜胶囊,成像试验验证该系统能采集到清晰的图样,证明了该系统设计的可行性.根据总电路串联阻值与电压、电流和发射功耗之间的关系,对无线发射电路进行了优化设计,降低了其功耗和尺寸.组成工作系统后.整体直径仅10mm,不带照明电路整体功耗最低约100mW.     

胶囊内窥系统的像质提升方法

针对目前胶囊内窥镜存在分辨率低,视场角有限,受噪声影响大等问题,提出了系统解决方案。通过引入Q-type非球面校正像差,得到一款全视场角为160°,相对孔径为F#3.0,系统总长为4.3 mm的内窥镜成像镜头,在140 lp/mm处各视场调制传递函数（MTF）值均大于0.3。光学系统成像质量的好坏不仅取决于镜头的性能,还与图像传感器有关,尤其在低照度环境下。通过分析传感器工作时各个阶段噪声的特性得到噪声模型。利用建立的噪声模型,合成了胶囊内窥镜图像数据集,并训练神经网络模型。对算法模型的测试结果表明,本文提出的综合解决方案可以有效地提高胶囊内窥镜系统的成像质量。     

磁控人体胶囊式无线内窥微机电系统的结构设计与实验研究

通过理论分析和实验研究,详细讨论了磁控人体胶囊式无线内窥微机电系统设计中的结构设计问题.首先根据无线内窥镜的使用环境和微型化要求,设计了合理的镜头,依照图像传感器采样照度确定了照明装置,选用了无线磁控式的控制方式实现系统的定点工作.然后对研制出来的内窥镜样机进行了离体和活体动物实验,实验中采集到的图像表明,此无线内窥镜的结构设计方案是可行的.     

胶囊内窥镜中晶振电路的设计与实验研究

针对无线胶囊内窥镜低功耗设计的要求,研究降低胶囊系统中晶振电路能耗的方法。分别采用有源晶振和无源晶振的设计方案进行实验,对比结果证明了两种方案在成像方面的可行性及无源晶振系统在低能耗方面的优越性。实验结果表明,正常工作时无源晶振相比有源晶振系统能耗减少18.4%,胶囊工作时间延长至90min以上。最后制作无源系统的印刷电路板(PCB)并进行组装,实验表明,该设计方案可以有效降低系统能耗,是合理和可行的。     

用于主动控制胶囊内窥镜的磁驱动导航仪的设计

为克服传统推拉式内窥镜和被动式无线胶囊内窥镜的缺点,提出了一种用于主动控制胶囊内窥镜的磁驱动导航仪,该系统包括可动病床和磁源支架两部分,采用稀土永磁体产生外磁场,通过机械结构控制外磁场与胶囊磁壳的相互作用实现对胶囊的主动控制。在模拟肠道环境下对磁驱动导航仪进行了体外试验。试验结果表明磁驱动导航系统不仅能实时控制胶囊在模拟肠道中的位置,并能实时调节胶囊的姿态,极大地提高了无线胶囊内窥镜的检测效率。     

内窥镜仿生机器人的研究现状与发展

论述国外内窥镜机器人系统的研究现状和成果,分别对自主内窥镜机器人系统、超微内窥镜机器人系统、胶囊内窥镜机器人系统、虚拟内镜技术和医用导管的应用研究进行了阐述,指出了内窥镜仿生机器人研究的重要意义和未来发展方向.     

胶囊内窥镜技术的研究进展

介绍国内外胶囊内窥镜技术的发展现状,着重介绍M2A胶囊内窥镜和NORIKA3胶囊内窥镜的内部结构,通过对几种主要胶囊内窥镜产品技术参数的比较,分析胶囊内窥镜的关键技术及发展趋势。     

基于FPGA图像处理的内窥镜焊点检测系统

电子内窥镜作为现代医疗仪器中的重要设备,随着产量的不断增加,实现内窥镜信号线自动化焊接已成为一个必然趋势。为精确高效采集内窥镜镜头模组的焊点坐标,设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列（field programmable gate array,FPGA）图像处理的内窥镜焊点检测系统。整个系统以OV5640作为图像采集器件对目标板的图像数据进行采集,通过Verilog HDL硬件描述语言进行图像处理,实现焊点检测和瑕疵判别算法的设计。硬件测试结果表明,该系统能实时采集焊点坐标并检测焊点之间的瑕疵,采集到的焊点坐标最大误差小于0.1 mm,检测精度高,实时性强,具有广泛的应用前景。     

人体胶囊式无线内窥微机电系统的设计与工作寿命研究

在设计人体胶囊式无线内窥微机电系统过程中,通过理论分析和实验测试,研究了影响系统工作寿命的图像传感器选用、无线发射电路配置、控制方式选择,以及电源系统的设计问题.选用了CMOS图像传感器,精确合理地配置了无线发射功率,设计了灵活省电的永磁场控制方式,选择了锂锰钮扣电池和其电池组构成电源系统,研制出了微体积、易于控制、有较好图像质量、较长工作寿命的人体胶囊式无线内窥微机电系统,给出的由该系统在实验室条件下和动物实验中采集的图像及测试参数表明设计方案是可行的.     

胶囊内窥镜无线遥测定位的校正

为了进一步提高采用交流励磁定位无线跟踪胶囊内窥镜的定位精度,减小系统误差,提出了改进的神经网络定位校正方法。首先,设计了适应于胶囊内窥镜定位校正的神经网络结构;然后,采用Levenberg-Marquart算法结合贝叶斯正则化方法改进校正网络,抑制校正网络的过拟合。通过定位实验平台,建立了定位目标的跟踪位置与实际位置的样本对照数据表,并应用校正网络对定位数据进行校正。定位校正实验表明,改进的神经网络校正法可进一步减小定位误差,校正后的X,Y,Z,α,β分量的平均误差分别减小至8.7 mm,10.1 mm,7.3 mm,0.086 rad和0.081 rad。与基本BP算法相比,采用Levenberg-Marquart贝叶斯正则化的改进算法有效提高了定位校正网络的泛化能力和收敛精度。     

人体胃肠道窥视微机电系统设计与研制

通过理论和实验研究，详细分析了窥视微机电系统在人体胃肠道内工作所需要考虑的问题。对窥视微机电系统涉及的光学、图像、发射、控制和电源等关键技术进行了分析和设计。根据设计得到的参数和实际条件，通过利用磁控开关，研制出了定位在线控制采样的、可获取静态或动态影像的整个人体胃肠道内窥视系统。该系统在实验室条件下采集的图像表明，设计方案是可行的。     

临界导电模式下BOOST变换器功率因数校正电路设计

针对临界导电模式下功率因数校正的问题,以BOOST电路为研究对象,推导了临界导电模式下功率因数校正电路的输入电流表达式,并详细分析了临界导电模式功率因数校正BOOST开关变换器的稳态特性.给出了开关频率与输入电压及功率的关系.提出了采用专用PFC控制芯片来调整开关管的开通时间,改善其关断条件,提高整个电路的工作效率,以...     

基于电池的无线内窥镜中微型能量管理单元的研制

采用钮扣电池为无线内窥镜摄像胶囊提供电能，其能量供应非常有限，必须有相应的能量管理单元对电能进行有效的管理。本文研制的微型能量管理单元主要由LTC1751—5直流／直流转换器和MSP430微处理器构成，LTC1751—5既起升压稳压作用，又被当作电子开关；MSP430则提供脉冲控制信号，通过电子开关控制摄像胶囊的工作状态。利用微型能量管理单元，可以将钮扣电池的供电时间，从2min延长到6h以上，基本满足临床需要。     

胶囊内窥镜能量接收稳定性研究

提出了用三维接收线圈组成接收电路,解决由于无线胶囊内窥镜在人体消化道内姿态不确定所带来的接收能量不稳定问题.分析了由三维接收线圈组成的不同接收电路的接收效果,得出了对每一维线圈单独全桥整流后再并联输出的电路结构是最适合于为胶囊内窥镜供能的电路.计算了该接收电路的输出范围,并通过试验对其进行了验证.结果表明:当发射功率为 25 W时,胶囊内窥镜可在姿态任意变化的情况下获得320 mW以上可用能量,满足其高清晰度、高帧率功能对能量的需求.     

Continuous accurate pH measurements of human GI tract using a digital pH-ISFET sensor inside a wireless capsule

This paper describes the design and implementation of a reliable, low-power pH-ISFET sensor inside a wireless diagnostic capsule for monitoring the pH of the human gastrointestinal (GI) tract. The sensitive element of the pH sensing device was an ion-sensitive FET (ISFET) with a threshold voltage that varies by concentration of hydrogen ions. An Ag/AgCl reference electrode that was surrounded by gel (mixed KCl) was applied in this pH-sensing device. An application-specific integrated circuit (ASIC) that is designed by a very large scale integration (VLSI) architecture was used as the interface between the pH sensing device and a wireless transceiver. Experimental results demonstrated that the pH sensitivity and operating range of the pH sensing device was 44.94 mV/pH and 1–11 pH; the device is linear. With the 18-bit Analog/Digital converter (ADC) module in the ASIC, the resolution could achieve 11,780 bits/pH. Moreover, the power dissipation of the pH-sensing device was only 0.048 mW while working in intermittent mode (duty cycle = 20%). Results from human experiments showed that this pH sensing device can work reliably for 136 h, and the pH data of sampled from the human GI tract can be received by a portable data recorder outside the human body in real time.     

静止无功发生器SVG的VF-DPC控制策略

针对静止无功发生器(SVG)传统电流控制方式输出谐波较多、电流响应速度慢的问题,介绍了静止无功发生器的工作原理及运行特性,提出了一种基于虚拟磁链定向的直接功率控制策略(VF-DPC),以瞬时功率与给定功率的计算差值为依据,在设计中采用双滞环结构的思路对电压矢量扇区内开关表进行改进,将差值送入开关表选取矢量,并以整流器开关的模式实现了系统控制。同时运用Matlab/Simulink工具,基于TSM320LF2812D型DSP的平台,对VF-DPC的补偿方案进行了仿真调试,将实验室搭建系统应用于冶金电网。研究结果表明,基于虚拟磁链定向的直接功率控制的静止无功发生器能够缩短补偿电流全动态响应时间,减小输出电流畸变量,且现场测试系统电网功率因数得到大幅提高,输出电压电流相位相同,完全满足系统无功补偿控制要求。     

Time delay of a field-breakdown triggered vacuum switch with flat electrodes

Triggered vacuum switch (TVS) is one of the important switch apparatuses in the field of pulsed power system. The field-breakdown will bring long lifetime of TVS under rated working conditions. However, the load of trigger will be heavy, leading to the large time delay and jitter time. In this paper, a field-breakdown TVS sample with flat electrodes was fabricated and its time delay was tested. Initial plasmas play an important role in the turning-on process of TVS, so the time delay from the control signal to the switching-on of TVS is discussed in the trigger system time, the motion time and the collapse time, where the motion time and the collapse time are the needed time for the generation and development of the initial plasmas. Test results show that, under positive working mode, the trigger system time is about 34–36 μs with positive trigger pulse, while 39–41μs with negative trigger pulse, which prove that the polarities of trigger pulse have nothing to do with the trigger system time almost, and the long trigger system time is mainly owing to the limited performances of trigger pulse transformer. The motion time is about 50 ns and almost stable, due to the definite trigger gap. The collapse time is about 100–300 ns, which is decreased with the rise up of main gap voltage, exponentially. In negative working mode, both of the motion time and collapse time are about 10 μs, due to the ions of initial plasmas becoming the main moving particles in the main gap, no longer the electrons as positive working mode.