《血氧信号的检测》生物医学传感器设计实验报告

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1、东南大学生物科学与医学工程学院《血氧信号的检测》生物医学传感器设计报告专业：生物医学工程姓名：学号：姓名：学号：实验室:设计时间：评定成绩：审阅教师：26设计课题一、传感器性能指标的检测4一、实验原理41.金属热电偶传感器：42.热敏电阻：43.光电传感器：5二、实验数据及分析51.热电偶传感器：52.热敏电阻传感器：73.光电传感器：84.血氧探头：8设计课题五：血氧信号的检测9一、背景概述91.血氧饱和度的定义：92.生理意义：93.测量原理：10二、设计方案111.测量信号特征：112.可能存在的信号干扰：113.硬件调试：114.电路要求：1

2、25.设计思路:12三、分级电路及仿真131、血氧探头发光驱动：见“硬件调试”。132、前置放大电路：131、低通滤波电路：143、50Hz陷波器：154、高通滤波器：17电路图：175、交流分离电路：186、直流分离电路：20电路图：207、控制电路：20四、实验数据记录及分析211、测试中所用仪器212、实验过程213、实验数据22五、实验总结23参考文献：23附录25一、器材清单：25二、电路原理：2526三、原始数据：2626生物医学传感器设计设计课题一、传感器性能指标的检测一、实验原理1.金属热电偶传感器：热电偶测温的基本原理是两种不同成份

3、的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。塞贝克效应电势差的计算公式：与分别为两种材料的塞贝克系数。如果与不随温度的变化而变化，上式即可表示成如下形式：热电偶传感器就是利用这种效应制成的热敏传感器。它具有测温范围宽、性能稳定、准确可靠等优点，应用广泛。2.热敏电阻：热敏电阻器是敏感元件的一类，由半导体陶瓷材料组成。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏

4、电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低。本次实验采用正温度系数热敏电阻器。热敏电阻的主要特点是：26①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。用于生物医学的热敏电阻的电阻率约为0.1~

5、100Ώ.m，通常做成珠状、圆盘状、薄片状、杆状和环状的器件，具有尺寸小、灵敏度高和很好的长期稳定性等特点，应用很广。2.光电传感器：光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。二、实验数据及分析1.热电偶传感器：26电势差随温度变化表电势差随温

6、度变化图26由图可知：随温度升高，热电偶电势差线性提高。2.热敏电阻传感器：热敏电阻随温度变化表热敏电阻随温度变化图26由图可知：热敏电阻阻值随温度上升而线性提高3.光电传感器：由数据可知：无手指遮挡时，电压信号较强。4.血氧探头：26设计课题五：血氧信号的检测一、背景概述1.血氧饱和度的定义：动脉血氧饱和度指在全部动脉血容量中，被血红蛋白结合的氧容量占全部可结合氧容量的百分比。血氧饱和度分数：是呼吸循环的重要生理参数。而功能性氧饱和度为HbO2（氧合血红蛋白）浓度与HbO2（氧合血红蛋白）+Hb（还原血红蛋白）浓度之比：，有别于氧合血红蛋白所占百分

7、数。本设计采用计算功能性氧饱和度方法。2.生理意义：血氧饱和度是呼吸循环的重要生理参数。人体的新陈代谢过程是生物氧化过程，而新陈代谢过程中所需要的氧，是通过呼吸系统进入人体血液，与血液红细胞中的血红蛋白(Hb)，结合成氧合血红蛋白(HbO2)，再输送到人体各部分组织细胞中去。许多26临床疾病会造成氧供给的缺乏，这将直接影响细胞的正常新陈代谢，严重的还会威胁人的生命，所以动脉血氧浓度的实时监测在临床救护中非常重要。一般情况下人体的血氧饱和度是正常的（动脉约98%，静脉约75%），人体手术后需要检测血氧饱和度，例如在急性心肌梗死患者恢复期测定混合静脉血氧

8、饱和度可以有效判断左室收缩功能，对急性心肌梗死患者左室功能的恢复有明显的预测作用。在腹部手术后利用血氧饱和度