生物医学传感第4章ppt课件.ppt

《生物医学传感第4章ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章物理传感器的基本原理上章内容回顾2、传感器的静态特性定义，传感器的静态特性方程，静态特性指标(线性度、灵敏度、迟滞、重复性、测量范围等)的定义、意义和分析。1、传感器的基本特性：传感器的静态特性和动态特性。3、传感器动态特性定义，传感器的基本动态特性方程：零阶系统、一阶系统和二阶系统。4、传感器动态特性：传递函数、动态响应、频率特性。重点掌握！！！按被测量分类（一种宏观分类方法）物理传感器:用于测量血压、体温、血流量、生物磁场等，被测量都是物理量。设计时多这些非电量的利用物理性质和物理效应。化学传感器:用于测量人体内某些化学成分、浓度、PH值等，被测量都属于化学量（被测物

2、质分子量较小）。设计时多利用电化学原理或物理效应。生物传感器：用于测量酶、抗原、抗体、激素、DNA、RNA等物质，被测量都属于化学量（被测物质分子量较大）。利用生物活性物质具有的选择识别待测生物化学物质的能力而制成传感器。生物医学传感器的分类物理传感器（PhysicalSensor）物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应（如光电效应、压电效应、电磁效应、热电效应等)，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量能形式的信号（通常是电信号）的装置。其输出的信号和输人的信号有确定的函数关系。物理传感器是目前应用该范围最广，使用量最大的传感器。按工作原理分类：光电式传感器压电

3、式传感器应变式传感器电容式传感器电感式传感器磁电式传感器热电式传感器………..从被测对象分类：心音传感器压力传感器血流传感器呼吸传感器温度传感器………..物理传感器分类§4-1光电式传感器光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号转变成为电信号的器件。什么是光电式传感器？主要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；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。特点及应用光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠、精度高等特点。因此在工业

4、自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电式传感器的进一步应用开创了新的一页。在生物医学领域也应用广泛：光电脉搏传感器、热成像、核医学检测器、光导纤维血压计等。光电传感器由光电器件组成，包括光电管、光电倍增管、光电导元件、光电势元件和光敏管等工作的物理基础是光电效应。什么是光电效应?光照射在某些物质上时,物质的电子吸收光子的能量而发生电效应现象，如导电率变化、释放电子和产生电动势等。释放的电子叫光电子，能产生光效应的物质叫光电材料。光电效应按其作用原理分为以下两大类型：外光电效应内光电效应1.外光电效应—在光照的作用下，

5、物体表面和内部电子吸收光能后逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，亦称光电发射效应。如光电管、光电倍增管等。一、外光电效应及器件外光电效应遵循以下两个定律：（1）斯托列夫定律—当入射光的频率或频谱成分不变时，饱和光电流（即单位时间内发射的光电子数目的饱和值）与入射光的强度成正比。此定律是光电管、光电倍增管的检测基础。（2）爱因斯坦定律—光电子的最大动能与入射光的频率成线性关系，而与入射光的强度无关。光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：E=hνh—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以要使一个电

6、子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射至金属释放电子所需时间不超过10-9s。根据能量守恒定理：该方程称为爱因斯坦光电效应方程。式中m—电子质量；v0—电子逸出速度；Ao—金属的逸出功光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功，即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。光线频率低于红限频率，光子能量不足以使物体内的电子逸出，因而小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红限频率

7、，即使光线微弱，也会有光电子射出。当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。光电子逸出物体表面具有初始动能mv02/2，因此外光电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有光电子产生。为了使光电流为零，必须加负的截止电压，而且截止电压与入射光的频率成正比。2.二次电子发射和电子倍增现象具有足够动能的电子轰击任何物体使该物体发射出电子的现象，称为二次电子发射现象。轰击物体的电子称为一次电子，受轰击物体发射的电子称为二次电子