颅内压与颅内温度监护系统的研制(2)

图4　系统软件流程图

表1　任务优先级分配（注：1、在μ C/OS-II中，任务的优先级数值越小代表其优先级越高；2、μ C/OS-II内核占用或预留了0~3优先级，用户不能使用）任务名称　优先级初始化　4按键处理　5采样处理　6报警处理　7电量扫描　8时间刷新　9显示　10

4　探头定标和补偿实验

4.1　压力温度定标实验

传感器的输出特性易受环境因素影响，本论文设计定标实验［18］测试探头压力传感器、温度传感器的性能，实验示意图如图5 所示。首先，将检测探头垂直插于密封管中，密封管放置于恒温槽中（SC-25），恒温槽温度分别设定为20℃、30 ℃、37 ℃、40 ℃和45 ℃。然后低压测试泵（Fluke 700LTP1）通过导管向密封管中施加压力，压力值由压力校准仪（700G04）进行调节监控，压力分别以1 mmHg为增量从0 mmHg逐步增加到20 mmHg。同时，将检测探头中压力传感器的输出端接至万用表1（Keysight A），温度传感器的输出端接至万用表2（Keysight A）。

图5　定标实验示意图

压力传感器的输出电压Up与压力p、温度t的关系曲线如图6所示。图6（a）表明在同一温度条件下，压力传感器的输出电压Up与压力p之间存在线性关系，线性度为1。图6（b）显示当压力为10mmHg时，压力传感器的输出电压Up随着温度t的升高而变小，符合NTC型热敏电阻的特性，也进一步证明了该压力传感器存在温度漂移，需对其进行温度补偿。

图6　压力传感器输出Up与压力p、温度t的关系曲线。（a）不同温度下压力p与压力传感器输出Up的关系曲线；（b）10mmHg下温度t与压力传感器输出Up的关系曲线。

温度传感器的输出电压Ut 与压力p、温度t的关系曲线如图7所示。图7（a）表明在同一压力条件下，温度传感器的输出电压Ut与温度t之间存在线性关系，其线性度为0.997。图7 （b）显示当温度相同时，温度传感器的输出电压Ut随着压力的升高基本无变化，说明压力对温度传感器输出特性的影响可以忽略不计。不受压力影响。温度传感器的输出电压值可直接用于计算温度。

图7　温度传感器输出Ut与温度t、压力p的关系曲线（a）不同压力下温度t与温度传感器输出Ut的关系曲线；（b）30 ℃下压力p与温度传感器输出Ut的关系曲线。

4.2　压力传感器的温度补偿方法

根据4.1节中压力传感器和温度传感器关系曲线，论文设计了如下所述的温度补偿方法［19］。

首先，设压力传感器在参考温度下的定标结果为：

式中，k0、z0、 U0分别为参考温度下的压力传感器灵敏度、压力传感器零点值及压力传感器电压输出值。

当温度为t时，未经过补偿的压力传感器输出电压为：

式中，kt、zt、Ut分别为温度t下的压力传感器灵敏度、压力传感器零点值及压力传感器电压输出值。

由公式（2）可知，

将式（3）代入式（1），得到在温度t时，经过补偿后的压力传感器输出电压Ut为：

根据图6（a）中压力传感器的定标数据，分别对灵敏度kt、零点zt与温度t做二次拟合，可得到：

将式（5）和式（6）代入式（4），即可对压力传感器在温度为t时的电压输出进行补偿。论文以20℃（室温）作为压力传感器的参考温度，根据上述方法对压力传感器在30 ℃、37 ℃、40 ℃和45 ℃时的电压输出进行温度补偿。

定标完成后，论文设计了一组实验对该监护系统的探头及系统进行测试，同时与美国强生公司Codman颅内压监护仪的监测数据进行对比。实验流程如下：首先，将自制探头与Codman监护仪探头置于生理盐水中定标；接着，在容量为1000mL的烧杯中分别配置初始温度为30℃、35℃的水，水温由温度计监测。随后，将自制探头及Codman监护仪探头垂直插入到水中，始终保持两探头放置深度一致。改变探头在水中的放置深度，记录该系统测量的压力和温度值、温度计温度值以及Codman监护仪的压力值。图8（a）（b）分别为30℃温度条件下，该系统测量的压力值及温度值与Codman监护仪监测的压力值、温度计示数的比较；图8（c）（d）分别为35℃温度条件下，该系统测量的压力值及温度值对应与Codman监护仪监测的压力值、温度计示数的比较。

图8　不同温度条件下系统测量压力及温度结果（a）30℃下自制监护系统与Codman监护仪测量的压力值比较；（b）30 ℃下自制监护系统与温度计测量的温度值比较；（c）35℃下自制监护系统与Codman监护仪测量的压力值比较；（d）35 ℃下自制监护系统与温度计测量的温度值比较；

文章来源：《临床神经外科杂志》 网址: http://www.lcsjwkzzzz.cn/qikandaodu/2021/0318/433.html