生理实验报告1

生理学实验 张博伦 131140046 4B组 2015-09-01 1 实验一： 生理学实验基本要求及软件的使用 张博伦 131140046 一．实验目的： 1.了解生理学实验的基本要求和目的 2.学习PowerLab生理实验多用仪使用 3.学习LabChart软件的使用 4.测量人体手指脉搏压 二．实验原理： 1.傅立叶变换： 傅立叶变换，表示能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数（正弦和/或余弦函数）或者它们的积分的线性组合。傅立叶变换在物理学、电子类学科、数论、组合数学、信号处理、概率论、统计学、密码学、声学、光学、海洋学、结构动力学等领域都有着广泛的应用（例如在信号处理中，傅里叶变换的典型用途是将信号分解成幅值谱——显示与频率对应的幅值大小）。 傅立叶变换公式：

傅里叶逆变换公式： 2.小波变换： 与Fourier变换相比，小波变换是时间（空间）频率的局部化分析，它通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，解决了Fourier变换的困难问题。 小波分析的应用领域十分广泛，它包括：数学领域的许多学科；信号分析、图像处理；量子力学、理论物理；军事电子对抗与武器的智能化；计算机分类与识别；音乐与语言的人工合成；医学成像与诊断；地震勘探数据处理；大型机械的故障诊断等方面。在信号分析方面的滤波、去噪声、压缩、传递等。在图像处理方面的图像压缩、分类、识别与诊断，去污等。在医学成像方面的减少B超、CT、核磁共振成像的时间，提高分辨率等。 3.PowerLab生理实验多用仪： PowerLab系统通过对生物电(心电、肌电、脑电等)与非生物电信号(压力、温度、pH等)进行采集,然后对采集到的信号进行加工处理,再由USB线将信号传输到计算机系统上的Chart软件,软件最后对采集到的生物电信号进行保存、显示、处理、将处理结果导入Excel表格、定制实验、数据回放、在线分析、采样过程控制及打印输出结果等多种操作。 生理学实验 张博伦 131140046 4B组 2015-09-01 2 该系统精度为16位(软硬件配合)，采样速率最高200K点/秒(总共400K)。采用高速USB2.0进行通讯连接。共8通道，其中4个通道含有差分Pod接口和单极BNC接口，其他4个仅含有单极BNC接口。采集系统内置了用于电压刺激(软件控制)的模拟输出接口，和外触发输入。PowerLab 8/30可以与ADInstruments销售的仪器、信号调节器、传感器连接使用，也可以连接绝大多数的第三方产品。该记录仪含有Chart和Scope软件。 Powerlab系统提供多通道实时带式记录仪,多道生理记录仪,X-Y绘图仪,数字电压计和记录示波器的全部功能。可以对数据进行记录,观察和实时分析，还可以进行存储便于以后进一步查阅或分析。系统还具有内置高通和低通滤波器,用于清除噪音和消除直流漂移,它提供了其他传统记录仪无法比拟的精确、准确及动态范围。并还能提供实验中所需的刺激以及将某些常见操作自动化。还有可供量效研究、色谱分析、峰值分析、心律变异度分析等。

4.LabChart软件的使用：

LabChart 软件用于记录，显示和分析数据。它描绘出采集到的数字化数据点，在这些点间连线，重建原始的波形。并将这些数字化的数据存储于计算机中，用于浏览和日后分析。 LabChart 软件用于记录，显示和分析数据。它描绘出采集到的数字化数据点，在这些点间连线，重建原始的波形。并将这些数字化的数据存储于计算机中，用于浏览和日后分析。

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3 血液对手指动脉侧壁的压力波动能够被手指脉搏压感受器测量到。能被采集、转化为数字信号表示出来。 三．动物与器材： 实验材料：人体试验，学生自我测试 实验设备：PowerLab主机、LabChart软件、手指脉搏压感受器、计算机 四．方法与步骤： 1.实验分组：四至五人一组 2.实验原理讲解，实验课要求讲解 3.用手指脉搏压感受器测量心率。打开PowerLab主机，连接计算机，介绍LabChart软件的使用。 4.选择通道数量：

默认情况下，Chart软件会打开与记录仪通道数相等的记录通道，比如8通道的记录仪，Chart视图中会自动同时打开8个通道。我们在这里只需要1个通道。 5. 选择通道采样速率: 采样速率是指每秒钟采样的次数，单位为Hz。采样速率的设置与信号的频率有关。如图所示，在那里设置频率，我们将频率设置为100/s即可满足条件。（图示数值不是实际选择数值） 生理学实验 张博伦 131140046 4B组 2015-09-01

4 6. 选择通道的量程:

记录仪的最大输出信号为±10V，但是不同类型的信号幅度是不一样的，需要根据信号类型设置量程。如图所示，在那里设置频率，经过我们的实际测试，将量程调至500mV比较合适。（图示数值不是实际选择数值）

7.滤波： 滤波的方式：硬件滤波和软件滤波，我们选择软件滤波。在通道下拉菜单中选择“数字滤波(Digital Filter)”，打开。选择低通滤波(Low Pass)：滤去比设定频率高的频段，保留比设定频率低的频段。设定为50HZ。即让50HZ以下的频率通过，减少噪音的影响。如图所示：

8. 以上设置好后，将指压传感器戴到大拇指上，点击开始测生理学实验 张博伦 131140046 4B组 2015-09-01

5 量，测量一段时间后，再点击停止，得到波形图。可以调节时间轴使图像便于观察记录，方法如下。点击一次，时间轴会压缩一定的倍数，最大的压缩比例为20K：1 ，点击一次，时间轴会扩展一定的倍数，最大扩展比例为1:1。

9. 得到理想的波形图后，截图。整理好设备，离开实验室。 五.实验结果：

如下图所示，为实验结果的波形图 生理学实验 张博伦 131140046 4B组 2015-09-01

6 六.实验结论： 设置频率为100/s，量程500mV。得到手指脉搏86.3HZ，最高点为+20mV，最低点为-12.3mV。 七.思考与讨论： 1.实验中的注意事项：

电源插口的旁边为电源开关，由于电源线的阻隔，所以很容易把电源开关忽略掉。 若在一台电脑上初次使用记录仪时，要先把记录仪连接到电脑，并打开记录仪电源，然后再安装LabChart 软件，以防止电脑找不到记录仪的驱动程序。连接之后如若无反应，重启一下软件即可。 2. 如何理解采样速率、通道的量程？ 采样速率：指每秒钟采样的次数，单位为Hz。记录仪最重要的功能是把模拟信号通过采样变为计算机能够识别的数字信号，软件中显示出来的信号曲线，实际上是采样点按照时间顺序及幅度排列组成的。 采样速率的设置与信号的频率有关，根据数字信号处理理论中的奈奎斯特定律，采样速率至少是信号最大频率的2倍，才能把信号真实地反映出来。如果采样速率过小，信号曲线不能真实反映信号，而且会漏掉细节信息，如果采样速率过大，信号的质量虽然有保证，但是会造成数据文件容量过大。虽然设定值有200K/s那么大，但实际应用时根本没有必要调这么大。如下图所示就能看出。

通道的量程：记录仪的最大输出信号为±10V，但是不同类型的信号幅度是不一样的，需要根据信号类型设置量程。信号的量程选择原则：最少是信号最大幅度的2倍。如果信号的量程过大，一方面信号显示的比较小，更重要的是信号的分辨率降低了。量程与分辨率是成反比的。量程过大还会造成显示的信号曲线看生理学实验 张博伦 131140046 4B组 2015-09-01 7 上去可能是一条平线，给人的感觉是没有信号。 若有信号为直线的情况，首先要检查量程是否太大。如果量程过小，信号会超量程。

3. 滤波的种类及作用： a. 电源滤波器(Mains Filter)：去除实验室内交流电带来的50Hz噪音。 b. 交流耦合(高通滤波)(AC Couple)：该功能设置一个高通滤波，滤除低频信号和直流成分。(高通频率为0.1-0.5Hz，根据PowerLab的型号有所不同。)这种滤波主要用于消除基线漂移。 c. 低通滤波(Low Pass)：滤去比设定频率高的频段，保留比设定频率低的频段。这项功能主要用于消除信号噪音。因为噪音的频谱一般处于高频段。d. 高通滤波(High Pass): 与低通滤波(Low Pass)相反，高通滤波是把信号频谱中低于截止频率的部分滤掉，高于截止频率的部分保留，多用于消除基线漂移。 e. 陷波滤波(North)：是把信号频谱中某一点频率的信号滤除，其他信号保留。陷波滤波一般用于消除电源的50Hz工频干扰。把陷波的中心频率（Center Frequency）设为50Hz，就可以把由电源引起的噪声滤掉。 f. 窄带通滤波(Narrow Band-Pass):与陷波滤波(North)相反，是信号频谱中某一点频率的信号保留，其他信号滤除。 g. 带通滤波(Band-Pass):频谱中在某个频段之间的信号保留，其他频段信号滤除。 h. 带阻滤波(Band-Stop):与带通滤波(Band-Pass)相反，频谱在某个频段之间的信号滤除，其他频段信号保留。 注意：信号的质量取决于信号源及实验室环境，特别是记录生物电信号及神经电信号时，要注意仪器的接地及信号屏蔽。滤波只能在一定程度上改善信号的质量，而且会对原始信号产生一定程度的改变。

八．参考文献： 1. 埃德仪器国际贸易有限公司 《LabChart软件使用指南》 2. 部分图片来自网络