基于硅微声阵列传感器的嗓音病变诊断分析系统的研究

论文摘要

目前对于咽喉病变的诊断,主要由五官科医生根据病人的嗓音进行主观判断。通过分析嗓音信号来实现对咽喉部位病理情况的客观判断是一种先进的医疗诊断技术,但这种技术要求准确的诊断依据。在关于病变嗓音信号的研究中,现有的诊断模型都采用了多参数的分析和判断方法,这些方法复杂且容易产生误判。并且目前市场上还没有出现专用的嗓音信号传感器,而传统的传声器只能实现简单的声电转换。利用MEMS技术制作的阵列传声器能够在实现声电转换的同时实现滤波。基于实验室已具有的技术条件,本论文主要针对以上的两个方面的问题进行研究,其主要内容如下:(1)采用上海泰亿格电子有限公司提供的Dr Speech嗓音及语音分析和训练软件,对正常人和声带疾病患者的嗓音信号进行分析和比较,得出了不同阶段或状态下人的嗓音的特征差异,建立了病况诊断的单一参数数学模型,并以此为嗓音病变诊断的客观依据;(2)为实现对嗓音病变的诊断,开发出嗓音病变识别的软、硬件系统。采用HOLTEK公司的HT46R24单片机作为信号采集模块的中央控制单元,使用其它芯片搭建外围电路,实现对嗓音信号的实时采集和数据传输。开发出上位机软件对数据进行接收、分析和显示;(3)设计了硅微声阵列传感单元结构和数学模型。根据声阵列传感单元的特性和嗓音频率的范围,设计出微悬臂梁形式的阵列传感单元结构,建立微悬臂梁振动力学模型以及与应变电阻的耦合方程。利用阵列传声器的特性来诊断嗓音病变信号,可以同时实现声电转换和滤波功能。在实验室已具有的技术条件下,本文建立了嗓音病变诊断的数学模型,完成了硬件电路制作和传感器的设计。通过以上的研究,在对嗓音信号的特征分析、硅微声阵列传感单元设计以及硬件电路设计等方面积累了相关经验,并在实验室环境下验证了该方案的可行性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究基于硅微声阵列传感器的嗓音诊断系统的意义
• 1.2.1 传统咽喉疾病诊断的方式
• 1.2.2 采用嗓音分析系统实现咽喉部位病变诊断的价值
• 1.2.3 采用硅微声阵列传感器的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内嗓音病变分析及微传感器的研究现状
• 1.3.2 国外嗓音病变分析及微传感器的研究现状
• 1.4 本文研究的内容
• 2 病变嗓音信号的分析
• 2.1 声带病变的分类
• 2.2 病变嗓音信号的分析
• 2.2.1 经典分析方式
• 2.2.2 本文分析方式
• 2.3 小结
• 3 病变嗓音诊断系统的建立
• 3.1 硬件系统的设计
• 3.1.1 微处理的选择
• 3.1.2 电源电路
• 3.1.3 信号采集电路
• 3.1.4 放大滤波电路
• 3.1.5 电压转换电路
• 3.1.6 外扩存储器
• 3.1.7 设计的实验仪器
• 3.2 软件系统的设计
• 3.2.1 程序流程图
• 3.2.2 显示结果
• 3.3 小结
• 4 硅微声阵列传感器的设计
• 4.1 硅微声阵列传感器
• 4.1.1 传统微机械阵列传声器原理
• 4.1.2 本文设计的硅微声阵列传感器结构及数学模型
• 4.2 声阵列传感器的参数分析
• 4.2.1 传感单元数目对传感器幅频特性的影响
• 4.2.2 阻尼比对阵列传感器的影响
• 4.3 仿真结果
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录