生物医学传感器.pptx

医用传感器原理及应用 ;内容提要;§1 医用传感器基础 ;中华人民共和国国家标准(GB7665—87)对传感器下这样的定义： 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，它通常由敏感元件和转换元件组成。 国标中的定义强调了被测量按一定规律转换成可用输出信号，而且它给出了传感器的结构信息，即它通常由敏感元件和转换元件组成。;;敏感元件是指能直接感测或响应被测量的部件。 转换元件是指传感器中能将敏感元件感测或响应的被测量转换成可用的输出信号的部件，通常这种输出信号以电量的形式出现。 信号调节和转换电路是把传感元件输出的电信号转换成便于处理、控制、记录和显示的有用电信号所涉及的有关电路。有人也称这一部分电路为信号调理电路。;医用传感器（Biomedical Sensors）;医用学传感器的分类;;物理传感器;生理信号检测的特点;医用传感器的数学模型;静态模型;动态模型;医用传感器的基本特性;静态特性;线性度指传感器输出随输入变化的线性程度，它用输出量一输入量的实际关系曲线偏离直线的程度来表示。 灵敏度是指传感器在稳态下输出变化对输入变化的比值。 迟滞特性是指传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间输出一输入曲线的不重合程度。迟滞是由传感器材料固有特性和机械上的不可避免的缺陷等原因产生的。 重复性是指传感器在同一工作条件下输入量按同一方向作全量程连续多次变动所得到特性曲线的不一致程度。产生重复性误差的原因同样是传感器内机械缺陷引起的，如材料内的摩擦、间隙、积尘等。;分辨力是表述传感器可能检测出被测信号最小变化的能力。 零点漂移指传感器无输入时，输出值随时间而偏移，偏移零值的偏移量。 温度漂移表示温度变化时，传感器输出值的漂离程度，通常以温度变化1℃时，输出最大偏差与满量程值之比表示。;动态特性;对医用传感器的基本要求 ;1.传感器本身具有良好的技术性能，如灵敏度、线性、迟滞、重复性、频率响应范围、信噪比、温度漂移、零点漂移、灵敏度漂移等。 2.传感器的形状和结构应与被检测部位的解剖结构相适应，使用时，对???测组织的损害要小。 3.传感器对被测对象的影响要小，不会对生理活动带来负担，不干扰正常生理功能。 4.传感器要有足够的牢固性，引进到待测部位时，不致脱落、损坏。;5.传感器与人体要有足够的电绝缘，以保证人体安全。； 6.传感器进入人体能适应生物体内的化学作用，与生物体内的化学成分相容，不易被腐蚀、对人体无不良刺激，并且无毒。 7.传感器进入血液中或长期埋于体内，不应引起血凝。 8.传感器应操作简单、维护方便，结构上便于消毒。;医用传感器在医学上的用途 ;§2 生物电检测电极 ;生物电检测电极;刺激电极;;电极的本质——半电池原理;生物电电极的本质是由金属－电解质溶液构成的半电池。 生物体的活组织是一种含多种金属离子成份的电解质溶液，当电极与组织表面相接触时，电极与组织之间就构成了半电池。;电极的极化;生物电测量的等效电路;电极的电位;电极的等效电路;生物电电极的分类;宏电极和微电极;体表电极 ;临床上常用的体表电极;体表生物电检测中最常用的电极是Ag／AgCl电极。它的结构是在金属银的表面覆盖一层难溶解的银的盐类AgCl，再浸入含有氯离子的溶液中。电极可以用下列符号表示：Ag|AgCl| C1-。 实际应用的Ag／ Ag Cl电极极化电压很低，一般在0.2mV左右。极化电压的随机变化小于10mV，对生物电的检测几乎不产生影响。在临床上得到广泛的应用。;Ag－Agcl圆盘电极 ;体内电极 ;经皮注射式针电极（a）和丝电极（b） ;金属微电极;玻璃微电极;§3 常用医用物理传感器物理传感器;物理传感器的分类;3.1 温度的测量和温度传感器;温度传感器的发展历史;温度传感器的种类;热电偶温度传感器;热电偶效应可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度，这就是热电偶测温的原理。 不同材质做出的热电偶应用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5～40微伏／℃之间。;医学测量中热电偶温度传感器种类较多，常用的有杆状热电偶和片状热电偶。 杆状热电偶是将金属丝放入注射针头中，经皮插入到待测部位，可用于测量口腔和直肠温度。 片状热电偶是用薄膜代替金属丝，最薄可达3~6μm，将其固定在适当材料的基片上，尺寸很小，直径达μm数量级，响应速度很快，有的可用于测量细胞内的暂态温度。 ;（a）杆状热电偶（b）片状热电偶 ;热敏电阻温度传感器;在生物医学测量中通常将热敏电阻的探头做成珠状和薄片状，体积非常小（可达几十纳米），其热惯性小、