感测器创造人类的第七感.doc

科技始於人性---- 感測器創造人類的第七感 黃耿祥，蔡身興，王逸龍，邱林聰，張譽懷，林博文，林裕城* 國立成功大學工程科學系 E-mail: yuclin@.tw 引言 古代的人類利用陷阱來捕殺獵物，「」1. 什麼是感測器 所謂的「感測器ensor)」是將力、熱、光、磁場、電器、超音波等外界的變化狀況檢測出來，並轉換成電氣信號的元件想要檢測外界環境的訊息時，就必須要借助感覺器官才能夠感受到所以（五感就是感測器。但是，只依賴感覺器官是不足以確地量測出如無法感測電磁場無色無味的氣體等。開發各式各樣自動檢測設備和自動控制系統因此，便有了感測器的產生感測器是一種將化學量、生物量、物理量等轉變成為便於轉換成電訊號的器件。感測器輸出的電訊號有不同形式，如電壓、電流、頻率、脈衝等，能滿足訊息傳輸、處理、記錄、顯示、控制的要求。通常感測器由感應元件和轉換元件組成。其中感應元件(ensing element)是指能直接感測被測物轉換元件(ransduction element)是指感測器中能將感應元件之輸出量轉換為適於傳輸和測量的電訊號之元件。感測器對人類 感測器的分類方，可從不同感測材料、感現象、輸出訊號的形式、工作原理等對感測器進行分類。紅外線耳溫槍、血糖計、血壓計、體脂計人工視網膜、人工嗅覺、人工味蕾 3. 感測器的應用由於近幾年來微電子和資料處理的技術進步迅速，使得感測器的體積微小化以及數化幫助資料的整合，使得我們在日常生活中都離不開使用感測器。尤其是隨著電腦資訊的普及、微機電的技術越來愈成熟等，更加擴充其用的範圍。以下將舉例一些在日常生活中較普遍的應用實例，並簡介其原3.1 生醫感測器你可有想過，我們每次吃完可口美味的大餐後，血液中的血濃度會而當維持血糖濃度的防線潰堤時，又會何種病變呢其實，當我們飽餐一頓之後，血濃度會增加，而當血濃度飆升時，身體中的胰島素就會，胰島素可以調控血濃度，使血濃度下降至正常值，以維持身體的正常機能。血糖計量測的原理，主要是以電化學氧化-還原反應來測量血夜中的血糖濃度，並配合血糖感測試紙的使用，偵測出血糖濃度。電化學氧化-還原反應分為氧化反應與還原反應二種，氧化反應主要是因為失去電子所造成，使葡萄糖(glucose)氧化成葡萄糖酸(gluconolactone)，而還原反應則是得到電子所造成，使氧氣還原成水，血糖計就是利用此種氧化-還原的理論，來定量血液中葡萄糖濃度。 耳溫槍耳溫槍可說是家庭中最常見的生醫感測器，接下來說明耳溫槍的原理、使用方法、準確度及影響因素等。耳溫槍是利用紅外線來量測耳朵溫度，任何物體溫度在絕對溫度(-273 oC)以上，就會放出熱輻射，剛好會落在紅外光區，所以稱為紅外線。耳溫槍就是利用紅外線來測量從鼓膜釋放出的熱能，在技術設計上解決外面溫度與空氣的阻擾。耳溫槍前端感測元件接收到的反射訊號，量化成數值顯示以獲得正確的溫度，所以需要用到高精密的元件及複雜的電子運算，才能達到精確的要求。 血壓計血壓包括收縮壓與舒張壓也就是說，當心臟收縮將血液打出心臟推向動脈時，所產生的壓力稱為收縮壓，而當心臟舒張，接收血液回流心臟，此時所產生的壓力稱為舒張壓，單位是毫米汞柱。人體血壓的柯氏音，經由麥克風放大，所以不需如傳統的血壓計需要使用聽診器來量測，就可以輕易檢測到血壓脈動的聲音一般而言，10/80毫米汞柱為最佳血壓。影響血壓量測的因素很多，其中包括病人的生理狀況，甚至是醫護人員的操作方法，都會影響血壓的測量值。例如，有些病人常會因為面對醫生而過度緊張，造成量測的血壓過高，被誤認為是高血壓。或者是，醫生因為看診時間過長精神疲乏，影響原本的專注力與聽力，導致診斷上的偏差。  3.2 仿生感測器電子眼-矽視網膜晶片(Artificial Silicon Retina, ASR)藉由光電極通過視網膜神經組織進行刺激，使視網膜神經細胞接受誘導而發生反應，恢復對光產生反應、對圖片、運動中的物體能產生感覺。電子眼基本裝置可分為電極以及光電轉換器，藉由光電轉換器將外界吸收的光轉變成電流，將電流傳遞到電極中，電極便開始對視網膜神經細胞進行刺激。電子眼上的矽晶片是由許多微光電二極體組成的電極，可藉由半導體技術製成。 晶片可分成三個部份，光敏區、光電二極體區以及金屬電極區，藉由光敏區吸收外界光線，將光線通過光電二極體區轉變成電流，再將電流傳遞到視網膜神經組織，刺激晶片附近的視網膜細胞，將視覺訊號傳遞到視皮層，使患者能分辨光線的黑暗，讓病患恢復到功能性視覺。目前電子眼可分為視網膜下、視網膜表面、視皮層移植電子眼，其差別在於植入病人視網膜的位置。 電子耳聲音一開始是以聲波能的形式存在於空氣中，其聲音經耳朵傳遞到聽覺神經最後到大腦的過程中，