第一章 生物医学传感器基础 [兼容模式].pdf

第一章 生物医学传感器基础 被测被测量 电电量 敏感元件 转换元件 基本转换电路 辅助电路 x(t) h(t) y(t) 输入 系统特性 输出 关系特性关系特性：：yy ((tt)) xx((tt)) hh((tt)) 传感器的基本特性 传感器的设计、制造和应用，均需要研究传感器的输 入与输出的关系特性。 描述传感器的输入——输出关系的数学表达式被称为 传感器的数学模型，通常从传感器的静态输入——输出和动 态输入——输出关系两方面建立数学模型。 生物医学传感器的基本特性是指传感器的输出与输入 的关系特性，它是传感器应用的外部特性，但是传感器不 同的内部结构参数影响或决定着它具有不同的外部特性。 生物医学传感器检测的生理信息，基本上有两种类型， 即静态量和动态量。静态量是指不随时间变化或变化甚为 缓慢的量(准静态如体温)，动态量通常是周期性信号、瞬变 或随机的信号((如心电、血压等))。因此具有静态特性和动态 特性两种。 1 传感器的静态特性 传感器在被测量各个值处于传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输出与输入之稳定状态时的输出与输入之 间的关系特性，即输入量为恒定值而且不随时间变化时，其 相应输出量亦不随时间变化相应输出量亦不随时间变化，此输出量与输入量之间的关系此输出量与输入量之间的关系 称为静态特性。一般情况下，它呈现非线性关系。工程应用 中，要求静态特性尽可能呈线性。 11-11 静态特性的数学模型静态特性的数学模型 静态模型是指静态信号（输入信号不随时间变化或变 化缓慢化缓慢））情况下情况下，描述传感器的输出与输入量间的函数关描述传感器的输出与输入量间的函数关 系。在实际工程应用中，忽略蠕动效应和迟滞持性、它可 以用麦克老林级数多项式来表示为以用麦克老林级数多项式来表示为： 2 n yy a a x a x a x 00 11 22 nn 1 传感器的静态特性 11-11 静态特性的数学模型静态特性的数学模型 其中y 为输出量，x 为输入量，a 为零位输出（零偏），表示 0 即使在没有输入的情况下仍有输出即使在没有输入的情况下仍有输出；；aa 为传感器的灵敏度为传感器的灵敏度，，常用常用KK 11 表示；a , a ,……a 为非线性项的待定系数。 2 3 n 上式中各项系数决定了传感器静态特性曲线的具体形式。在 研究传感器的线性特性时，可以不考虑零位输出量，即取a0 = 0， 则上式由线性项和非线性项叠加而成。静态曲线过原点，一般可 分为四种情况。 • 理想线性特性理想线性特性 – a =0 0 – x 的高次项系数为0（a , a , ……a =0） 2 3 n –方程为线性方程 y=a x 1 y a1 K 常数为传感器的灵敏度 xx 静态特性曲线是一条过原点的直线