第五章 生物医学遥测ppt课件.ppt

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1、生物医学电子学第五章生物医学遥测BiomedicalElectronics第一节信号的调制与解调第二节脉冲调制1第五章生物遥测在生物医学测量中，遥测技术成为迅速发展的一大分支。遥测技术很好地适应了生物医学测量的特殊性，是生物信号测量的理想方法之一。无线电生物信号遥测通过空间电磁波的发射和接收传递信息，能够实现生物信号的动态测试。例如工作状态下或运动中人体生理监测和研究；运动负荷下，某些疾病的诱发症状的监视；飞行员、宇航员的生理监测；对难以配合的实验动物采用无线测量，可以在一定的活动范围内对其进行连续监视和测量，这种测量比在麻醉状态下测得的生理参数更为真实。另一方面，无线遥测切断了

2、被测对象与市电电源的联系，从而免除了复杂的安全措施的设置，同时也避免了测量过程中市电电源和电缆线的严重干扰。2无线遥测还可以实现生物体内难以接触到的部位的生理参数的测量，如消化道中压力的变化、深部体温、血管中压力及流量、颅内压力等。生物遥测过程是利用无线电技术进行信息的传输。生理信号首先经过调制，由发射机以电磁波方式把生理信号辐射出去；通过接收机收到调制信号，再由解调电路恢复原有的生理信号。第一节信号的调制与解调调制的实质是把信号的频谱搬移到任何所需要的频率范围，亦即把信号附在不同频率的载波上，目的是为了信号的电磁波发射和占据不同频段，实现多路传送。控制高频振荡的三个基本参数(幅

3、度、频率、相位)之一，使高频信号按照所要传递的低频信号的变化而变化，让高频信号包含有低频信号的信息，这一过程称为调制。3低频信号称为调制信号或调制波，高频振荡称为载波，经过调制以后的高频振荡称为已调波。根据被控制的高频振荡的参数的不同，调制方式分为振幅调制、频率调制和相位调制，简称为调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)，调频和调相常统称为角度调制。另一种调制方式是脉冲调制，即用信号去调制脉冲序列的参数：脉冲幅度、宽度和位置，分别称为脉冲幅度调制(PAM)、脉冲宽度调制(PDM)和脉冲位置调制(PPM)。5.1.1振幅调制与解调一、振幅调制为了发射调制信号，用高频振荡波作为载波

4、，设高频载波为高频载波的振幅U0、频率ω0和初相角φ0都是固定的。t4对高频振荡波进行调制以后，高频振荡的幅度变成为说明调幅的基本原理，假设低频的调制信号(例如所传输的生理信号)为一简谐波，即α是与调幅电路有关的系数，这样调幅波(已调波)可表示为5所以mα表示高频振荡的振幅受调制信号控制(调制)所改变的程度，叫做调幅系数。图5.1为调制信号和已调幅波的对应图，(a)为低频调制信号；(b)为调幅系数mα<1时的情况，这时已调幅波的包迹和调制信号的波形是完全一致的；(c)为mα>1时的已调幅波，可以看到，对应调制信号的负半周，出现严重失真。这种状态称为过调幅，是应用中要避免的。6余弦

5、波调制的调幅波包含三种频率成分：第一项的频率、振幅和初相位与高频载波一样的和调制信号无关，而第二、第三两项的振幅是载波分量的mα/2倍，频率分别为(ω0+Ω)和(ω0-Ω)，代表两个的新生频率分量，(ω0+Ω)称为上边频，(ω0+Ω)称为下边频。上、下边频波包含了要传递的信息特征。已调波如图所示，上、下边频分量对称排列在载频分量的两侧。在mα≤1的正常情况下，有7当振幅在mα<1时，不超过载频分量的一半。已调幅波所占据的频带宽度等于调制信号频率的两倍，显然对已调幅波进行放大的射频放大器及接收机只需较窄的频带即可。调制信号不是单一的余弦波，而是由多频率分量组成时，假设调制信号为n=

6、1、2…..K，则已调波的瞬时值为为调制信号中不同分量的振幅、角频率和初相角8多频信号调制以后的已调幅波，包含一个载频分量和K对上、下边频分量。调制信号中一个角频率为Ωn、振幅UΩn、初相角为φn的分量，已调幅波中就有一对和它对应的上、下边频分量，角频率分别为ω0+Ωn和ω0-Ωn；初相角分别为φ0+φn和φ0–φn；振幅和UΩn成正比，是载频振幅的mαn/2倍。9边频分量组成两个频带对称地排列在载频的两旁，称为上边频带和下边频带。可见，已调幅波的频带宽度也等于最高调制频率的两倍。从调幅波的频谱可知，载波分量的幅度与调制信号无关，只有旁频幅度随调制信号改变，整个调幅波的功率中，真

7、正有用的是旁频功率，当ma=1时，旁频功率最大。所以，为了经济地使用能量，可以只发射旁频，不发射载波，这叫做抑制载波双边带调幅。由于上边频和下边频的频谱分量对称，还可以只发射一个旁频分量，这就是应用很广的单边带调制，不但进一步节省了功率，而且可以压缩占据频带的宽度，充分利用频带。10如何产生调幅波？把调制信号和载波信号同时加到一个非线性元件上，经过非线性变换产生新的频率分量，再利用谐振回路选出所需的频率成分即可实现调幅。常用三极管的非线性特性进行频率变换，再由谐振回路选出调幅波分