2.7几种常见生物医学传感器原理.ppt

在恒压源供电并测量流过热敏电阻的电流时，可用一个固定电导Gs与热敏电阻串联来实现补偿。 串联的电导数值计算： 式中GTm是温度变量中间标度Tm处的热敏电阻的电导。 注意：线性化后合成的有效电阻的温度系数会下降。 并联和串联线性化电路的有效电阻温度系数： 3.温度测量电路 体温测量 体温是一种重要的生理信息，被看成生命体征参数之一。例如： 用体表温度鉴定休克，因循环休克而使血压降低，导致外周血流不足，体温下降。如: 拇指温度下降可以早期预报休克。 传染病，体温增加，皮肤发热潮红，体液损失。 麻醉时，由于抑制了热调节中枢，使体温下降。 关节炎的温度与局部发炎情况密切相关，体温测量能够了解由于关节炎和慢性炎症引起的血流增加。 降低体温，能够减缓代谢和血液循环。 3.温度测量电路 1）惠斯登电桥 常用于差温电桥测量电路，以测量两个器官或同一器官上不同位置处的微小温差。 直流温差电桥：两个珠状配对的热敏电阻RT1和RT2分别放置在两个相邻的桥臂上，阻值100?，在25C°时误差小于±1。 交流温差电桥：测定细胞成分的反应热，灵敏度更高。 并联电容器补偿桥臂的电容失衡。相敏检波器电桥输出的交流信号，使指示器指示温差大小和正负。 2）直接测量热敏电阻上电压或通过的电流 采用运放构成的线性化热敏电阻测量电路： 电路说明： Rs使支路电导对温度的特性线性化； 仅用50mV电压对串联电路供电，可有效消除自热误差； RF产生的电流反馈在输入端产生一个虚地，使测量时有电流流过热敏电阻Rt时不影响其端压； 若放大器输入阻抗很大，则流过反馈电阻RF的电流将等于Rt的电流i减去补偿电流io，因此输出电流与Rt电流成线性关系，所以输出电压Vo也随温度作线性变化。 系统在0－40C°范围内的最大偏差约为0.15 C°。 4.用热稀释法测量心输出量 指示剂稀释法是常用的测量血流量的技术，其中热稀释法涉及到温度的测量。根据采用的指示剂不同，可以有三种方法： O2（浓度测量） 被试连续吸入纯氧，然后测量动脉和静脉血液中的O2含量，就可根据菲克定理计算出血流量： dm/dt: 氧的消耗 Ca: 动脉血中的氧浓度 Cv: 静脉血中的氧浓度 染料稀释法（浓度测量） 这是临床上测量心输出量的常用方法。 将有色染料靛青蓝绿经导管注入肺动脉，然后测量股动脉（或者肱动脉）中的染料浓度，再根据菲克定理确定心输出量。 热指示剂法（即温度测量法） 由于热量没有毒性，和氧一样，能够在血流流过人体时被排除，称为热稀释法。 用一定量的冷生理盐水(设其容积Vi，比重?i，比热Ci，温度Ti)，注入右心房，在右心室内冷生理盐水和血液完全混合，然后在肺动脉内测量血液的温度变化T(t)，根据热量的变化规律测量出血流量。 设血液的比重为?B，比热CB，温度TB，则生理盐水从Ti加热到TB所需要的热量为 Q= Vi· ?i· Ci· (TB - Ti) 设要测的血流量为F(l,升)，则在温度测量点考察dt时间内热量的变化量dQ: dQ=F?BCB(TB-T(t))dt 代入前面的Q，两边积分，可得到从Ti升温到TB所需的总热量Q，由Q可进一步计算出血流量F: 实际测量系统是一个双导管装置。一个导管端部装上热敏电阻，通过肱静脉导入，放置到肺动脉中的适当位置。另一个导管也通过静脉放入到右心房中，用来注入冷的生理盐水。 临床上常用这种热稀释法测量血流量以确定心输出量。测量中，导管可以留在测量部位大约24个小时，在这段时间里可以进行反复多次的测量。 优点： 不必刺破动脉。 如果采用染料作指示剂，则不可能实现如此长时间的连续测量。 5.温度对流式速度传感器 测量血流和呼吸气流速度 测量原理：将一个热敏电阻置于流速场（如血流，呼吸气流等）中，在热敏电阻上通过电流，对其加热。流体的流动使热敏电阻上的热量散发，散发掉的热量大小与流体的速度有关。 设：流过热敏电阻的电流损耗功率为?，电阻的温度变化为?T，流速为v。则由实验测得： a，b为经验常数. 可见流速v越大，温度变化?T越小。 因此，保持所加的功率恒定,通过测量出热敏电阻的阻值变化(它反映温度的变化),就可求出流速。 当然，也可以设法保持温度不变，测出所需要施加的功率?的变化,反映流速的大小。 流速测量传感器 Ru测量热敏传感器 Rt温度补偿热敏电阻 方式1：只能测量流速 方式2：辨别方向方案之一 方式3：辨别方向方案之二 3 测量电路 压阻式传感器最常用的测量电路是惠斯顿电桥。 如图将四个用扩散法通过在硅片上制作的压阻元件构成桥臂电阻，一个对边上是两个增加电阻，另一个对边上是两个减少的电阻。 供电：可用恒压源，或恒流源给电桥供电。 但是，恒压源供电时，输出电压除了与被测量