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生物醫(yī)學傳感器及應用,李俊國Tel:13700961332E-mail:lijunguo@,第一章緒論,第一節(jié)、傳感器作用、定義,一、傳感器的作用控制系統(tǒng),信息獲取（傳感器）,物理量（檢測或控制對象）,信息處理（電子、計算機、網(wǎng)絡、通訊）,執(zhí)行器（電動、機械）,,,,,人體動作,五官,大腦,對象,四肢,,,,,傳感器就是對被測（被控）對象提取有用信息，以供運算、識別、顯示、控制等。它已是各應用領域特別是自動檢測、自動控制系統(tǒng)不可缺少的重要技術工具，是首要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對原始數(shù)據(jù)進行精確可靠測量，那么，無論是信號轉換或信息處理，或最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制，都將成為一句空話。沒有傳感器，信息技術和計算機技術就成為無水之源。傳感器是整個信息產(chǎn)業(yè)的源頭，是信息社會賴以存在和發(fā)展的物資基礎。無論是計算機軟、硬件，還是網(wǎng)絡、通訊技術發(fā)展日新月異，傳感器技術卻大為滯后，日益成為信息技術發(fā)展的瓶頸。究其原因，一是傳感器的應用不盡如意，更重要的是傳感器自身的發(fā)展滯后。這是由傳感器本身特點所決定的。學習這門課的主要目的就是掌握傳感器的基本原理、特點及應用，為傳感器設計、選型，系統(tǒng)組建打下基礎。,二、傳感器定義,傳感器：能感受規(guī)定的被測量，并按一定規(guī)律轉換為有一定精度、便于處理的有用信號的器件或裝置。規(guī)定：被測對象具有很多物理特征，而通常僅測單一物理量。不僅由于傳感器本身不宜感受多種物理量，而且對于測量某一具體物理量的傳感器，其它物理量會產(chǎn)生影響（傳感器輸出），從而造成誤差，即干擾。傳感器性能的一個重要技術指標就是抗干擾能力。對于不同傳感器，其主要干擾源不盡相同，通常干擾有溫度、濕度、加速度、振動、光、電磁等等。,一定規(guī)律：傳感器的輸入是被測量（機械量、化學量等），輸出則是電參量（電阻、電感、電容、頻率、相位、電壓、電流）。要通過傳感器的輸出推算出輸入，則必須兩者間有確定的函數(shù)關系，即確定的規(guī)律。通常希望成簡單的線性關系，即：Y=kX。大多數(shù)遵從這一線性關系。但也有例外，如傾角的測量。,便于處理的有用信號：傳感器的輸出送至計算機、顯示器或執(zhí)行器中，這些設備信號通常是電信號，故傳感器的輸出一般為電信號。當然，從長遠觀點來看，輸出為光信號也許更為有利。傳感器的輸入（被測物理量）通常是非電量，故傳感器測量又稱為非電量檢測。當然被測物理量也可以是電量，如電量傳感器（強電流、電壓頻率、相位、功率的測量）。,三、傳感器的應用,傳感器是現(xiàn)代信息社會的基礎，可以說是無處不在。日常生活：冰箱、洗衣機、空調(diào)、電子血壓計……工業(yè)生產(chǎn)：壓力、成份、力、溫度、流量、位移……信息技術：光驅(qū)、鼠標、解碼、譯碼……醫(yī)療衛(wèi)生：B超、CT、溫度儀……軍事技術：陀螺儀、速度、加速度、定位……科學研究：磁場強度、高度、頻率……,四、傳感器組成,敏感元件：通過彈性敏感元件將一種物理量轉化為另一種物理量。如力轉換為位移、應變，位移轉換為力。正是由于敏感元件的轉換，同一物理量可以由多種原理的傳感器檢測，不同的物理量可以由同一原理傳感器檢測。因此應掌握各種原理傳感器的特點。轉換元件：通過各種物理效應，將非電量轉換為電量。有時敏感元件和轉換元件是同一元件，如壓阻式壓力傳感器。電源：用于轉換元件和調(diào)理電路所需的電源。調(diào)理電路：傳感器輸出為電參量，而接收信號的計算機等輸入信號為數(shù)字信號或標準的電流、電壓信號。因此，需調(diào)理電路將電參量轉換為所需的標準電信號。敏感元件、轉換元件、調(diào)理電路轉換時，需有一定精度。,五、傳感器技術特點,內(nèi)容廣且離散：由于傳感器直接與被測對象聯(lián)系，其量程、環(huán)境、所測物理量不盡相同，原理、安裝形式、適用范圍多種多樣。知識密集程度高、邊緣學科色彩濃技術、工藝復雜因此本課程特點是：內(nèi)容離散、整體邏輯性不強。但共同之處在于：掌握每種傳感器原理、特點及應用，以及處理電路、抗干擾能力等。,六、發(fā)展現(xiàn)狀傳感器面對的是千差萬別的具體對象，同一物理量可以用不同傳感器進行檢測，由于干擾、環(huán)境、溫度、濕度等環(huán)境不同，以及安裝方式、體積大小、精度、可靠性的要求不同，故傳感器很難大規(guī)模生產(chǎn)，從業(yè)人員較少、種類繁多，日益成為現(xiàn)代信息技術瓶頸。,七、發(fā)展趨勢,智能傳感器（intelligenttransducer,smartstructure)集成化（硅傳感器）微型化（MEMS）高精度、寬量程，多用途新效應、新原理傳感器（Z效應、化學、圖像、生物傳感器）多參數(shù)、面、空間量傳感器多傳感器融合,八、傳感器分類1、按被測對象2、按原理3、按原理+被測對象,第二節(jié)、生物醫(yī)學傳感器概述,一、生物醫(yī)學傳感器特殊性生物醫(yī)學傳感器同過程控制傳感器一樣，是利用各種物理、化學、生物效應制成的。但由于應用對象（人體）不同，需考慮可靠性、安全性、生物體相容性，以及對象（人體）對傳感器的干擾等因素。1、為了準確測量、減小干擾，通常將物理量直接作用于傳感器上，即接觸測量。接觸測量會使a.人體產(chǎn)生不適；b.人體內(nèi)產(chǎn)生應急反應，從而改變被測部位的狀態(tài)，影響被測量的真實性。因而通常采用非接觸測量,非接觸測量：傳感器不與被測介質(zhì)直接接觸。非接觸測量特點：不會破壞被測介質(zhì)的狀態(tài)，但易受環(huán)境的影響，信號中干擾成份多，需進行信號處理以去除干擾。2、為能檢測生物體局部信息，又使對生物體的侵擾減小到足夠低的程度，發(fā)展了體內(nèi)（植入式、部份插入式）傳感器，這相應需考慮體積、能量信號傳輸方式、材料的生物相容性、安全性等。3、生物信號特點是微弱、低頻、背景噪聲大，要求傳感器有較強的抗干擾能力。4、應充分考慮生物體的特性5、需適應多和環(huán)境和使用對象。,二、生物醫(yī)學傳感器的應用,1、檢測生物體的信息，相當于醫(yī)生的五官，使臨床診斷由定性發(fā)展到定量，如中醫(yī)的“四診”量化。監(jiān)護控制,三、分類,普通傳感器分類生物醫(yī)學傳感器,,原理,被測對象,原理＋被測對象,,物理傳感器,化學傳感器,生物傳感器,,按生物識別器件,按二次傳感器件,作業(yè),1、詳細闡述傳感器定義，并舉若干實用例子。2、Page91-3、1-4,