2-3.生物医学传感-第2章.ppt

弹性敏感元件的基本特性决定应该要扬长避短，不利的要减小，重要的要保证，有利的要突出；弹性敏感元件直接参与变换和测量（感受被测量，转换为非电量），这样的转换的精度要保证，要有良好的弹性特性、足够的精度和稳定性，良好的温度和时间稳定性； 1、医用传感器的电气安全 制定安全的防范措施，正确设计和使用传感器，把意外电击的危险减小到最低程度，对设计者和使用者都是十分必要的。 随着医学仪器的不断发展,仪器的数量、种类和复杂程度不断增加,医学仪器在医疗中发挥的作用也越来越大。但由于仪器本身的问题,操作使用或维护保养不当等原因造成医疗中偶发电击事故日益增多。 电击分为宏电击和微电击 宏电击，又称体外电击，是指电流经过皮肤进入及流出人体所产生的触电现象。漏电流是引起宏电击的最主要原因。 微电击，又称体内电击，是指由直接流入心脏组织内的电流引起的，故其电流远低于宏电击电流值就会引起室颤。 * * 2、生物医学材料的安全性 在医学领域使用的生物材料必须符合下列要求： a、对材料本身的要求： 耐生物老化性、物理和力学稳定性、易于加工成型、价格适当、可以使用通用方法灭菌。 b、在人体效应方面的要求： 无毒性（即化学惰性）、无热源反应、不致癌（特别是金属材料）、不致畸、不引起过敏反应和不干扰机体的免疫机制、不发生材料表面的钙化沉着、对于与血液接触的材料，必须有良好的血液相容性。 * * 变形：物体在外力作用下而改变尺寸或形状的现象。 弹性变形：当外力去掉后能完全恢复原来的尺寸和形状的变形。 弹性元件：具有弹性变形特性的物体。 §2-7 弹性敏感元件 弹性敏感元件在生物信息检测中占有极为重要的地位，不仅应用广泛，而且是某些生物信息检测用传感器的核心部分。 一、弹性敏感元件的作用 * * 按在传感器中的作用分为两类： 弹性敏感元件 感受力、力矩、压力等被测参数，并通过它将被测量变换为应变、位移等，它直接起到测量的作用。 （也称为测量敏感元件） 弹性支承 作为传感器中活动部分的支承，起支承导向作用。 要求：摩擦力小、间隙小 弹性元件作用： 把力、力矩或压力等各种形式非电量变换成相应的应变或位移，再由转换元件变换成电量。 * * 作用在弹性敏感元件上的外力与其引起的相应变形（应变、位移或转角）之间的关系称为弹性元件的弹性特性。弹性特性可用刚度或灵敏度来表示。 弹性特性可能是线性的（图1），也可能是非线性的（图2、3） 二、弹性特性 弹性特性 * * 1. 刚度 弹性敏感元件在外力作用下变形大小的量度， 一般用k表示，它的数学表达式为： * * 从弹性特性曲线求得刚度的方法: 做切线 找夹角 求正切 如果弹性元件的弹性特性是线性的，则其刚度为常数 A * * 2. 灵敏度 灵敏度就是单位力产生形变的大小。 灵敏度是刚度的倒数，一般用K表示。 * * 关于刚度和灵敏度的理解 刚度和灵敏度都是描述弹性特性的指标，两者互为倒数 刚度与灵敏度是从不同的侧面对同一特性的描述 刚度描述的是抵抗变形的能力 灵敏度描述的是变形的能力 在传感器应用中，弹性元件的不同联结方法对总的灵敏度影响不同 * * 3 弹性滞后 弹性元件在弹性形变范围内，弹性特性曲线的加载曲线与去载曲线不重合的现象-弹性滞后现象 弹性变形之差Δx叫做弹性敏感元件的滞后误差 曲线1和曲线2所包围的范围称为滞环 * * 关于弹性滞后的理解 弹性滞后与传感器的迟滞特性有关 弹性敏感元件的滞后误差体现的是在加载与去载过程中同一个作用力下不同的弹性变形的情况 作为敏感元件形变的不同将导致转换元件转换结果的不同，最终将体现在传感器的迟滞特性上 引起弹性滞后的原因：主要是由于弹性敏感元件在工作时其材料分子间存在内摩擦 * * 弹性敏感元件所加载荷改变后，不是立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象—弹性后效现象 弹性后效体现的是时间因素的影响，对传感器的动态特性影响尤其明显 4 弹性后效 * * 弹性滞后和后效在本质上是同一类型的缺点，它们与材料的结构、载荷特性以及温度等一系列的因素有关，在应用中，应该合理的选择材料，设计最优的结构和加工方法，从而最大程度地减小由弹性滞后和弹性后效现象产生的误差。 由于弹性后效现象的存在，弹性敏感元件的形变始终不能迅速的跟着作用力的改变而改变，所以这种现象也是测量造成误差，尤其在动态测量中更不允许存在这种弹性后效现象 * * 5 固有振动频率 弹性敏感元件的动态特性和变换被测参数时的滞后现象，很大程度上与它的固有振动频率有关。一般总希望它具有较高的固有振动频率。 固有振动频率计算比较复杂，通常通过实验来确定。