医用传感器原理.ppt

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1、医用传感器原理及应用内容提要1、医用传感器基础2、生物电检测电极3、常用医用物理传感器4、化学传感器和生物传感器5、传感器技术的发展与展望§1医用传感器基础对传感器的定义：“传感器”在新韦式大词典中定义为:－“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。中华人民共和国国家标准(GB7665—87)对传感器下这样的定义：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用

2、输出信号的器件或装置，它通常由敏感元件和转换元件组成。国标中的定义强调了被测量按一定规律转换成可用输出信号，而且它给出了传感器的结构信息，即它通常由敏感元件和转换元件组成。信号调节转换电路敏感元件转换元件辅助电路被测信息按照国家标准对传感器的定义，传感器包括：输出电信号敏感元件是指能直接感测或响应被测量的部件。转换元件是指传感器中能将敏感元件感测或响应的被测量转换成可用的输出信号的部件，通常这种输出信号以电量的形式出现。信号调节和转换电路是把传感元件输出的电信号转换成便于处理、控制、记录和显示的有用电信号所涉及的有关电路。有人也称这

3、一部分电路为信号调理电路。医用传感器（BiomedicalSensors）医用传感器，顾名思义，它是应用于生物医学领域的那一部分传感器，它所拾取的信息是人体的生理信息，而它的输出常以电信号来表现，因此，医用传感器可以定义为：把人体的生理信息转换成为与之有确定函数关系的电信息的变换装置。人体生理信息有电信息和非电信息两大类，从分布来说有体内的（如血压等各类压力），也有体表的（如心电等各类生物电)和体外的(如红外、生物磁等）医用学传感器的分类传感器的分类方法多种多样，有按传感器的工作原理分的，有按输入信息的类型分的，也有按能量关系或输出

4、信号类型分的。医学测量中往往按被测信号来分类，如脉搏传感器、呼吸波传感器等。医用传感器按工作原理分类，大致可分为：生物传感器生理参数利用生物活性物质选择性识别来测定生化物质利用材料的物理变化物理传感器非电学量参数机体的各种生物电（心电、脑电、肌电、神经元放电等）生物电电极电学量参数利用化学反应原理，把化学成分、浓度转换成电信号化学传感器物理传感器电阻式传感器电容式传感器电感式传感器压阻（效应）传感器压电（效应）传感器光电（效应）传感器霍尔（效应）传感器生理信号检测的特点医用传感器用于人体生理信息检测时，具有以下主要特点：被测量生理参

5、数均为低频或超低频信息，频率分布范围在直流～300Hz。生理参数的信号微弱，测量范围分布在uV～mV数量级。被测量的信噪比低，且噪声来源可能是多方面的。由于人体是一导电体，体外的电场、磁场感应都会在人体内形成测量噪声，干扰生理信息的检测。人体是一有机整体，各器官功能密切相关，传感器所拾取信息往往是由多种参数综合而形成的。医用传感器的数学模型传感器的设计、制造和应用，均需要研究传感器的输入与输出的关系特性。描述传感器的输入一输出关系的数学表达式被称为传感器的数学模型，通常从传感器的静态输入一输出和动态输入一输出关系两分面建立数学模型。

6、静态模型静态模型是指静态信号（输入信号不随时间变化或变化缓慢）情况下，描述传感器的输出与输入量间的函数关系。在实际工程应用中，忽略蠕动效应和迟滞持性、它可以用多项式来表示为：动态模型动态模型是指传感器在准动态或动态信号（即输入信号随时间变化）作用下，描述其输出一输入关系的数学表达式。要精确地建立传感器的动态数学模型较困难，工程上常利用近似方法，忽略次要因素。来简化动态模型的建立。医用传感器的基本特性医用传感器的基本特性是指传感器的输出与输入的关系特性，它是传感器应用的外部特性，但是传感器不同的内部结构参数影响或决定着它具有不同的外部

7、特性。医用传感器检测的生理信息，基本上有两种类型，即静态量和动态量。静态量是指不随时间变化或变化甚为缓慢的量(如体温)，动态量通常是周期性信号、瞬变或随机的信号(如心电、血压等)。静态特性静态特性表示传感器在被测生理量处于稳定状态时的输出与输入之间的关系特性，一般情况下，它呈现非线性关系。工程应用中，要求静态特性尽可能呈线性。衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、零点漂移、温度漂移等。线性度指传感器输出随输入变化的线性程度，它用输出量一输入量的实际关系曲线偏离直线的程度来表示。灵敏度是指传感器在稳态下输

8、出变化对输入变化的比值。迟滞特性是指传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间输出一输入曲线的不重合程度。迟滞是由传感器材料固有特性和机械上的不可避免的缺陷等原因产生的。重复性是指传感器在同一工作条件下输入量按同一方向作全量程连