Návrh vláknově optického senzoru na bázi Braggovské mřížky (FBG) pro měření tepové frekvence lidského těla.

Michal Kostelanský

Diplomová práce

Design of fiber optic sensor based on Bragg gratings (FBG) for measurement of heart rate for the human body.

Anotace:

Tato diplomová práce se zabývá návrhem vláknově optického senzoru na bázi Braggovské mřížky (FBG) pro měření jedné ze základních vitálních funkcí, a to tepové frekvence lidského těla. Primární oblastí, ve které by mohl navržený a verifikovaný senzor být uplatněn je prostředí magnetické rezonance, kde je zapotřebí sledovat vývoj dechové, respektive tepové frekvence lidského těla. Působením magnetického pole, konvenční metody jako elektrokardiografie (EKG) selhávají, a proto se dnes pro tuto oblast vyvíjí nové senzorické technologie. Jednou z možných cest jsou optovláknové senzory, respektive Braggovské mřížky, jejichž princip funkce je vysvětlen v teoretické části této práce. V další části práce je vypracován stav rešerše, jejíž výstupem je znalost současného stavu výše uvedené problematiky ve světě. V praktické části práce je popsána samotná konstrukce FBG senzoru a jeho experimentální měření, kterého se účastnilo 6 dobrovolníků. Jako reference pro verifikaci FBG senzoru byla využita konvenční tří-svodová EKG sada. Pro statistické vyhodnocení byla využita medicínsky objektivní Bland-Altmanova analýza, která dosahovala podobnosti v průměru vyšší než 95%. Lze tak konstatovat, že experimentální metoda měření pomocí navrženého FBG senzoru byla řádně verifikována a ověřena.

Abstract:

This Masters thesis deals with the design of optical fiber system based on fiber Bragg grating (FBG) to measure one of the vital functions, namely the heart rate of the human body. The primary areas in which a sensor could be designed and verified might be applied to a magnetic resonance environment where respiratory development is needed to be monitored such as pulse rates of the human body. The effects of magnetic field conventional methods such as electrocardiography (ECG) fail, so today, new sensor technology is being developed for this area. One of the possible solutions is optical fiber sensors, namely fiber Bragg grating, whose functional principle is explained within the theoretical part of this thesis. The next part of the Masters thesis with holds extensive research, in where the output of current knowledge and the state of the problem resides. The practical part of the thesis describes the construction of the FBG sensor and its experimental measurements, which was attended by 6 volunteers. As a reference for FBG sensor verification, a conventional three-lead ECG kit was used. For the statistical evaluation, a medically objective Bland-Altman analysis was used, which averaged over 95%. Thus, it can be stated that the experimental measurement method using the designed FBG sensor was appropriately verified.

Klíčová slova

Braggovská mřížka, optické vlákno, vláknově-optický senzor, vitální funkce, tepová frekvence, magnetická rezonance

Keywords

fiber Bragg gratting, optical fibre, fibre-optical sensor, vital functions, heart rate, magnetic resonance imaging

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 30. 4. 2019

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 28. 5. 2019
• Vedoucí: Jan Nedoma
• Oponent: Marcel Fajkus

VŠB - Technická univerzita Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Magisterský studijní program / obor:
Informační a komunikační technologie / Telekomunikační technika