生物医学物理传感器及其基本特性（精）ppt课件.ppt

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1、3.3生物医学物理传感器及其基本特性要求掌握1传感器的静态指标及定量描述2掌握传感器动态描述方法微分方程、传递函数、频率特性动态特性指标：一阶传感器的时间常数τ二阶传感器的固有频率ωn和阻尼比ξ的意义3掌握传感器动态响应的分析方法阶跃响应和频率响应3.3.1生物医学物理传感器的作用及其分类生物医学物理传感器即换能器种类繁多，应用十分广泛。是一种感知生物体某一物理量(或非电信息),并按一定规律转换为容易处理的电信息的器件。是将普通传感器进行改造，适应生物体内，外安全可靠测量。在医学仪器研制和医学实验中占有重要地位。如果将计算机比喻为人类第二脑-电脑,传感器就是电脑的五官,拥有

2、听觉、触觉、嗅觉等功能。传感器技术、通讯技术和计算机技术,它们分别构成了信息技术网络中的“感宫”、“神经”和“大脑”。目前传感器在日本、美国、俄罗斯等发达国家及我国都被列为重点发展技术。医学测量仪器组成框图传感器的分类:有按被测参数(物理量)来分类，也有按传感器的工作原理来分类。传感器按工作原理分类表同一种被测量可采用多种原理不同传感器进行测量,如既可用电感式,又可用电容式,还可用光电式等实际应用,传感器也可同时测量几种被测量,如应变式传感器,可用于测压力、压差、力、应力、重量等所以常将原理和功能二者结合称呼,如应变式压力计,电容液面计,光电转速计,压电加速度计等。3.3.

3、2传感器的基本特性是指传感器转换信息的能力和特性常用传感器的输入和输出的对应关系来描述包括：静态特性和动态特性传感器的输入量静态量：固定状态的信号或变化极其缓慢的信号动态量：周期信号，瞬变信号或随机信号。要求传感器的应该不失真地复现输入生理量地变化，其关键决定传感器的静态特性和动态特性。3.3.2.1传感器静态特性常用指标：测量范围、灵敏度、线性度、稳定性、精确度、迟滞、重复性等一传感器的静态特性传感器在被测量处于稳定状态下，输入恒定值而且不随时间变化时，其相应的输出量亦不随时间变化，此输出量与输入量之间的关系称为静态特性。一般传感器静态特性表达式可写为:y=a0+a1x+

4、a2x2+a3x3+…..+anxn如果(a)只有偶次项,所得曲线不对称(b)只有x的奇次项,在原点附近有y(x)=y(-x)的对称关系,且有足够长的线性段,3.3.2.1传感器的静态特性线性传感器线性化处理1测量范围按规定准（精）确度进行测量的被测量的最小值与最大值之间的范围。2灵敏度传感器的灵敏度是指传感器达到稳定后输出量变化Δy对输入量变化Δx的比值,通常用k表示：k=Δy/Δx线性传感器的特性曲线斜率就是静态灵敏度3线性度在规定的条件下，传感器特性曲线与拟合直线只见的最大偏差与传感器满量程的百分比。特性曲线：表明仪器仪表输出量稳态值与一个输入量之间（其它输入量均保持

5、为规定的恒定值）函数关系的曲线。4稳定性指传感器在长期使用或反复使用条件下的特性变化程度大小5准确度又称为精确度或精度，表示被测结果与约定真值间的一致程度其中：A—仪表在规定工作条件下，其最大绝对允许误差值相对仪表测量范围的百分数例如：测量压力传感器的精度等级分别为0.05，0.1，0.2，0.3，0.5，1.0，1.5，2.06精密度和正确度精密度是描述在同一测量条件下，测量仪表指示值不一致程度，反映测量结果中的随机误差的大小。由两个因素决定（一是重复性，二是仪表能显示的有效位数）正确度表示测量结果有规律地偏离真值的程度，它反映测量结果中的系统误差大小。7灵敏限是指输入量

6、的变化不一致引起输出量有任何可见变化的量值范围。例如：某血压传感器当压力小于0.1333kPa时无输出。8零点漂移传感器无输入或在某一输入值不变时，每隔一段时间，其输出偏离零值或原指示值的程度9温漂温度变化时，传感器输出值的偏移程度，一般以温度变化1度时输出最大偏差与满量程之比：3.3.2.2传感器的动态特性在输入量为动态量的情况下。讨论其输入和输出之间的关系称为动态特性。对动态特性讨论往往用标准输入信号传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者传感器的响应特性为动态特性。描

7、述传感器跟踪输入变化能力。传感器输入与响应的关系传感器动态特性分析,首先建立其线性常系数微分方程，既传感器的数学模型。然后进行时间，频率特性分析例如测量心内压的液压耦合导管压力传感器由经血管插入心内的充液导管和体外的膜片压力传感器组成。设导管和压力室中液体的等效质量为M,弹性元件的弹性系数为k,液体的粘性阻尼为R,当导管端的待测压力为P(t)时,导管系统用下列微分方程式表示:这是二阶微分方程,它代表的传感器叫做二阶传感器。很多医用传感器都是二阶传感器。如测血压及其他生理压力、弹性压力的传感器,加速型心音传感器、测微