研究生课程名称：现代传感与检测技术
（大作业）
综述分数阅卷人一1写作能力（20分）
2排版规范性（10分）
3参考文献规范性（10分）
二奇思妙想（10分）
总分（50分）
学期：2014-2015-1学期
学院：自动化工程学院
专业：控制科学与工程
班级：XX班
学号：*******
姓名：XXX
提交日期：2014年10月28日
一、综述
生物医学传感器
摘要：生物医学传感器是将医学生理参数转换成电学量的装置，是构成现代医学仪器设备不可少的关键部件。本文介绍了生物医学传感器的基本概念、基本应用，分析了生物医学测量技术及其特殊要求，最后讨论了生物医学传感器的发展趋势。
关键词：生物医学传感器，传感器，医学仪器
1引言
2l世纪是人类全面进入信息电子化的时代。随着人类探索领域和空间的拓展，人们需要获得的电子信息种类日益增加．需要信息传递的速度加快、信息处理能力增强，因此要求与此相对应的信息采集技术——传感技术必须跟上信息化发展的需要。生物医学传感器是近几十年内发展起来的一种新的传感器技术。生物医学(biomedicine)是综合医学、生命科学和生物学的理论和方法而发展起来的前沿交叉学科，基本任务是运用生物学及工程技术手段研究和解决生命科学，特别是医学中的有关问题。因此有人把2l世纪称为生命科学的世纪，也有人把2l世纪称为信息科学的世纪[1]。生物医学传感器是检测人体各种信息的重要工具，是各种医学检测仪器输入端的敏感元件。它对医学基础研究、临床定量研究和医学仪器开发起着重要作用。根据对人体各种测量的要求，生物医学传感器中除了传统的以测量物理量为基础的物理传感器外，还发展出以非生物物质作为分子识别系统测量化学量的化学传感器，和以生物物质作为分子识别系统测量化学量的生物传感器。
2生物医学传感器的基本概念
2.1生物医学传感器的定义及组成
发展人体科学、开展医学研究和进行疾病诊断都要求获得人体各方面的信息。仅以心脏疾病诊断为例，他要求来自从系统到器官、组织、细胞、分子等各层次的信息，即心血管系统的心音血压信息、心脏器官的心电信息、血流灌注的心肌组织信息以及心肌细胞的
心肌酶谱[乳酸脱氢酶（LDH）和肌酸激酶（CK）]信息等。实现这些生物信息的检测手段就是靠各种各样的医用传感器（medical sensor）。医用传感器就是感知生物体内各种生理的、生化的和病理的信息，把它们传递出来并转换为易处理的电信号装置。由于日常生活中所遇到的信息绝大部分是非电量的，人们着眼于传感器把非电量变换为电学量这一特点，所以又把它叫做换能器[2]。
传感器的定义，按我国制定的国家标准“传感器通用术语”中对传感器的定义是“能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置”，并定义了其组成，“传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成”[3]。这使人们对传感器有了更明确的概念。根据这个定义，传感器包括如图2-1所示的3个组成部分。
图2-1传感器的组成
用于非电物理量测量的传感器有的可以把待测量直接转换成电学量，其敏感元件和传递元件集于一体，但也有的需要另加传递和处理的间接转换。压电晶片和热电偶等直接把压力或热转换为电学量，而某些位移传感器或加速传感器，其敏感元件和转换元件相互分离。明确了传感器的定义和组成对研究和发展传感器是很重要的，人们可以从敏感材料、传感机制和输出信号的选择三个方面进行研究、分析和设计新型传感器。各种微系统化智能化固态传感器就是在这种认识基础上研究出来的。它是把敏感元件、执行机械器件和处理电路集成在一起制成的[4]。
2.2生物医学传感器的作用和分类
2.2.1生物医学传感器的作用
生物医学传感器是一种用来感知生物的各种信息并转换成容易处理的电信号器件，在医学仪器的研制和医学实验中占有重要地位。从图2-2所示的医学测量系统框图可以看出，它是医学测量仪器的第一个环节，是医学仪器与人直接耦合的环节，也是一个关键环节。如果没有医用传感器对原始参量进行精确可靠的测量，那么后续各环节再先进也得不到正确结果。另外，生物医学传感器为医学诊断仪器提供的特定信息，往往决定着医学仪器的测量原理和结构设计[5]。
图2-2医学测量系统
随着科学技术的发展，医学科学已进入了崭新的阶段，从定性医学走向定量医学。在此发展过程中生物医学传感器起了重要作用，它延伸了医生的感觉器官，把定性感觉扩展为定量的测量，如用压电传感器测手的微振动，侧心室内部压力，侧心内瓣膜振动等；用固态压阻传感器测指尖、桡骨和手腕等部位的脉压；用电阻应变片测呼吸气流、脉象和肌肉力等等。医学上需要测量的各种量如表2-1所示[6]。
表2-1医学上的各种量位移
血管内、外径，主动脉、腔静脉尺寸，左心室尺寸，肢体容积变化，胸
廓变化，心脏收缩变化，骨骼肌收缩变化，胃收缩肠蠕动等
速度
血流速度，排尿速度，分泌速度，发汗速度，流泪速度，呼吸气流速等振动（加速度）
心音，呼吸音，血管音，脉搏，心尖搏动，心瓣膜振动，手颤，颈动脉
搏动，脉象，语音等
压力
血压，眼压，心内压，颅内压，胃内压，食道压，膀胱压，子宫内压等力
心肌力，肌肉力，咬合力，骨骼负载力，血液粘滞力，手握力等流量
血流量，呼吸流量，尿流量，心输出量等温度
口腔温，直肠温，皮肤温，体核温，心内温，肿物温，中耳膜内温，脏器温，血液温等
生物电
心电，脑电，肌电，眼电，胃电，神经电，脑干电，皮肤电等化学成分K ，Na ，Cl ，Ca ，2O ，2CO ，3NH ，H ，Li 等
生物物质
乳酸，血糖，蛋白质，尿素氮，胆固醇，酶、抗原，抗体，受体，激素，
神经递质，DNA ，RNA 等
生物医学传感器的主要用途有：
（1）提供诊断信息：如心音、血压、脉搏、血流、呼吸、体温等信息、供临床诊断和医学研究用。
（2）监护：长时间连续测量某些参量，监视这些参量是否处于规定的范围内，以便了解病人的恢复过程，出现异常时及时报警。一心脏手术后的病人需监视其体温、脉搏、动
脉压、静脉压、呼吸和心电等一系列参数的变化情况[7]。
（3）人体控制：利用检测到的生理参数控制人体的生理过程。例如：自动呼吸器就是用传感器检测病人的呼吸信号来控制呼吸器的动作，使之与人体呼吸同步；又如电子假肢就是用测得的肌电信号控制人工肢体的运动；再如体外循环中的血流血压控制等[8]。
（4）临床检验：除直接从人体收集信息外，临床上常从各种体液（血、尿、唾液等）样品获得诊断信息。这类信息叫生化检验信息。它是利用化学传感器和生物传感器来获取，是诊断各种疾病必不可少的依据[9]。
2.2.2生物医学传感器的分类及应用
生物医学传感器按被检测量划分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三类。
（1）物理传感器
利用物理性质和物理效应制成的传感器叫物理传感器。按工作原理来分有：应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器，压电式传感器、磁电式传感器、热电传感器和光电传感器等。从被检测量来分，有位移传感器、压力传感器、振动传感器、流量传感器、温度传感器等。用于血压、体温、心音、脉搏、呼吸、血流、血液粘度等生理量的测量。
（2）化学传感器
化学传感器是把人体某些化学成分、浓度等转换成与之有确切关系的电学量的器件，近年来得到很大发展。它多是利用某些功能性膜对特定成分的选择作用把被测成分筛选出来，进而用电化学装置把它变为电学量。一般多是依据膜电极的响应机理、膜的组成和膜的结构进行分类，分有离子选择性电极、气敏电极、湿敏电极、涂丝电极、聚合物基质电极、离子敏感场效应管、离子选择性微电极和离子选择性电极薄片等。目前利用各种化学传感器已成功的测量了人体中的某些化学成分，如离子选择性电极测量钾、钠、氯、钙等离子；利用气敏电极测定氧分压和二氧化碳分压等。以半导体陶瓷为材料的气敏、湿敏传感器也得到广泛应用[10]。
（3）生物传感器
生物传感器是近些年出现的新型传感器。它是利用某些生物活性物质所具有的选择识别待测生物化学物质的能力制成的传感器，是一种以固定化的生物体成分（酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（组织、细胞、细胞器）作为敏感元件的传感器。根据所用的敏感物质分为酶传感器。免疫传感器、微生物传感器、组织传感器和细胞传感器等。根据所用的信号转换器，又可将生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生
物传感器和测声型生物传感器等。为了更明确的反映传感器的敏感特性和转换结构，实用中常综合使用上述两种分类法，如酶传感器中又分为酶电极、酶热敏电阻、酶FET、酶光极等。生物传感器多用于酶、抗原、抗体、受体、激素、神经递质、DNA与RNA的检测[11]。3生物医学测量技术及其特殊要求
生物医学传感器是用来检测生物体信息的，生物医学测量技术是生物医学传感器最直接的应用，是生物医学工程的重要分支，是一种最重要的基础性技术。
3.1生物医学测量技术
生物医学测量是对生物体中包含的生命现象、状态、性质、变量和成分等信息进行检测和量化的技术。如图3-1所示，为生物医学测量系统的组成[12]。
图3-1生物医学测量系统的组成
生物医学传感器测量的生理参数很多，包括位移、速度、加速度、力、压力、时间、流量、化学成分等量，传感器的转换原理又与力、电、磁、热、声光、核子、化学等技术有关，还有以电阻变化与电磁感应为工作原理的位移、压力和流量传感器等。
应用领域：生命科学研究、医学研究及临床诊断、病人监护、治疗控制、人工器官及其测评等等。在生物医学的所有领域，包括生物力学、生物材料、生物医学电磁学、生理系统的建模与仿真等等，必须直接或间接应用生物医学测量技术[13]。
3.2生物医学测量方法
生物医学传感器的测量方法有很多种，下面简要介绍一些常见的测量方法。
（1）按测量对像分：离体测量与在体测量，如图3-2所示为生物医学测量中，对人体测量的示意图。
离体测量---测量过程中要保持生物样本的活性，环境最大限度接近体内环境。如离体的血、尿、活体组织或病理标本。
在体测量---测量过程保持生物体的自然生理状态，实时反映生物体各被测参数。如生理检查、病人监护和治疗或康复医学中的时实控制。
图3-2对人体测量示意图
（2）按测量条件分：无创测量与有创测量
无创测量---探测部分不侵入生物体组织，不造成机体创伤。如临床生理检查、医学成像等。可连续重复测量，安全性好。该测量多为间接测量，信息量损失较多，易失真等。要求提高测量的准确性和稳定性[14]。
有创测量---侵入式测量，探测器侵入体内造成机体不同程度的创伤。如术中或术后的危重病人监护、大血管内流态指标测量（导管）等。该方法一般为直接测量，机制明确，准确度和可靠性高。
有创测量的发展分支---微创伤测量，发挥上述无创和有创的长处，克服缺点。目前越来越重视微创伤测量方法和手段。微创伤测量的主要代表有：置入式测量和内镜检查[15]。
3.3生物医学传感器的特殊要求
生物医学传感器是用来检测生物体信息的，为了适应生理测量，在性能和结构上，必须满足一些特殊要求：
（1）要有一定的物理性能（灵敏度、分辨率、温漂、时漂、线性、滞后、频响等）。不同的测量对象，上述技术指标要求也不同。例如：测量静脉压比测量动脉压要更高的灵敏度。作长期埋入使用，要求时漂低。测心脏功能比测肠道功能要有更高的频响。
（2）形状和结构应该适应待测部位的解剖结构，对被测组织的损害，要降到最低限度。
（3）传感器对正常的生理功能的干扰要尽可能小。例如，测血管大小时，传感器不能压迫脉动，用导管测心压时，不能干扰血流。
（4）牢固性要高，在引进待测部位时，不致损坏。
（5）与身体之间的绝缘性能必须良好。国际电工委员会对生理测量仪器的绝缘性能已作了明确规定。
（6）能适应生物体内的化学作用，传感器既不会被腐蚀，也不会给生物体带来毒性。
（7）在体内测量时，不应引起血凝或赘生物。有时为了消除血凝，必须配用抗凝剂。
（8）使用简单、操作方便。有的使用场合，需同时进行插管、穿刺、充气、采血、消毒等步骤，传感器在结构上必须便于这些操作[16]。
4生物医学传感器的发展趋势
4.1生物医学传感器发展现况
生物传感器是一个多学科交叉的高技术领域，伴随着生物科学、信息科学和材料科学等相关学科的高速发展，生物传感器的目前发展有以下特点：
（1）功能多样化：生物传感器涉及医疗保健、疾病诊断、食品检测、环境监测、发酵工业的各个领域。目前，生物传感器研究中的重要内容之一，就是研究能代替生物视觉、听觉和触觉等感觉器官的生物传感器，即仿生传感器。
（2）微型化：随着微加工技术和纳米技术的进步，生物传感器将不断地微型化，各种便携式生物传感器的出现使人们在家中进行疾病诊断，在市场上直接检测食品成为可能。
（3）智能化与集成化：生物传感器与计算机紧密结合，自动采集数据、处理数据，更科学、准确地提供结果，实现采样、进样、结果一条龙，形成能够检测的自动化系统。同时，芯片技术将越来越多地进入传感器领域，实现检测系统的集成化、一体化[17]。
4.2生物医学传感器的发展趋势
生物医学传感器本身的基础研究，即发展生物医学传感器所需要的新技术和新原理研究，基础研究集中在新材料和超微细加工技术上。新型的科学前沿成果和生命科学进步的结合是新型生物医学传感器研究和产品开发的推动力。
（1）向量子化拓展。生物医学传感器的检测技术正在迅速延伸，如：利用核磁共振（NMR）吸收的磁传感器、利用约瑟夫逊效应热噪声温度计，可测出0.00001K的低温；基于原子力显微镜（Atomic Force Microscopy,AFM）微探针的超灵敏传感器，可以测定0.000001N的力；利用光子滞后效应，做出了响应速度极快的红外传感器等。这些都是量子力学发展成果。
纳米技术的介入为生物医学传感器的发展提供了无穷的想象空间。中科院上海应用物理所近日研制出一种新型的电化学DNA纳米生物传感器，其特色是通过对电极界面纳米尺
度的精细调控，同时引入金纳米粒子进行电化学信号放大，从而显著提高了DNA检测的灵敏度。该生物传感器可在1~2h内快速检测到约2万多个DNA分子，检测灵敏度达到10f mol/L(10fM)的DNA，超出常规荧光DNA检测方法约3个数量级[18]。
（2）向集成化、微型化发展。随着半导体技术的发展，现在已经把敏感元件与信号处理以及电源部分做在同一个基片上，从而使检测及信号处理一体化。一种安装在微创手术所用导管顶端的微小力传感器，其大小仅为1.6mm*12mm，最小可测量0.5mN的力[19]。
最新的微电子封装技术、光电技术和一次性芯片技术等用于生物医学传感器的创新发展。比如微机电系统（Micro electronics-mechanical Systems，MEMS）使得封装技术得到了提高。
（3）向可遥控、无创方向发展。遥控技术与传感器的结合形成了另一种新型的可遥控传感器。而随着人们健康意识的不断提高和现代医学手段的多样化，无创检测成为近年来传感器发展的另一热门方向，通过改变敏感元件或检测原理来实现无创检测，也成为现代临床诊断研究的重点领域[20]。
（4）向多参数、多功能化发展。多参数传感器则是一种体积小而多种功能兼备的探测系统，可借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质，及其不同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时测量多种参数，实现多种传感器的功能。多参数传感器在人工嗅觉方面的研究，近十年来发展很快，其典型产品是功能各异的“电子鼻”[21]。
5结束语
综上所述，生物医学是一门实用性较强的学科，研究生物医学传感器的发展趋势与特征具有非常重要的作用。为了能够加快生物医学的发展，则应重视生物学与医学之间的相互融合。生物医学传感器在各种条件下测量生物信息，对于临床诊断和治疗有重要价值，它在技术上是一种具有吸引力的挑战，而在产业上是具有发展前途的。因此，生物医学传感器技术的开发前景也将是十分广阔的。
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二、奇思妙想（至少500字，根据本课程所授传感器及检测技术的前沿知识，阐述自己的一个奇思妙想，甚至是异想天开的想法，要具有独特性、创新性和前瞻性，但是要有科学依据，表述内容要有科学性、条理性、系统性。如果有必要，也可画图、列表。杜绝雷同、抄袭。）
在现代化城市中，各种电缆、光缆已经大量被用于各种信息的传输。这种信号传输方式稳定、可靠，已经成为人们生活不可缺少的一部分。但随着检测技术的发展和人们信息需求量的增加，城市中铺设的线路将不断增加。铺设过多的线路不但让城市建设成本增加，在线路损坏时，也难以维护。线路铺设过多也导致了线路的利用率极低。因此，我希望研制一种检测装置，能够将一根光纤中的数据尽可能的提取出来，让光纤的利用率得到大幅提升。
根据光信号传输原理可知，频分复用技术1能够将不同的光波频率（或波长）划分成若干个信道，并以此来提高通信效率和光缆利用率。再根据光纤传感器原理，可以利用调制解调技术将不同的信号调节成不同通道的光信号，送入光纤。在接收端，通过解调器将不同的信号分离。所有信号在发送端由一根光缆发出，在接收端由同一个信号柜接收。利用光传输的线路损耗小，速度快的特点，以此方式传输，人们只需安装一根光缆和调制解调器即可完成所有通信需求，可大大减少线路数量，并显著提高传输效率，甚至可以免去电缆传输，直接使用自然光传输信号。
如果此设想能够实现，城市中的电话、电视、网络等信号将在同一根光缆中传播，免去了铺设线路的复杂，各种接收器维护的工作，将使城市规划更简单、管理更容易，人们日常生活更加便捷。
注：1.频分复用技术：就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。
传感器与检测技术（胡向东，第2版）习题解答 王涛 第1章概述 什么是传感器？ 答：传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器的共性是什么？ 答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等）输出。 传感器一般由哪几部分组成？ 答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。 为普遍。 ①按传感器的输入量（即被测参数）进行分类 按输入量分类的传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。 ②按传感器的工作原理进行分类
根据传感器的工作原理（物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。 ③按传感器的基本效应进行分类 根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。 改善传感器性能的技术途径有哪些？ 答：①差动技术；②平均技术；③补偿与修正技术；④屏蔽、隔离与干扰抑制；⑤稳定性处理。 第2章传感器的基本特性 什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。 衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。 利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa时输出为0mV，压力为时输出最大且为。
《生物医学传感器与检测技术实验》教案大纲 张日欣李元斌 一、课程名称：生物医学传感器与检测技术实验 Experiments in Biomedical Sensor & Detecting Techniques 二、课程编码：0702831 三、学时与学分：24/1.5 四、先修课程：数字电子技术，模拟电子技术，项目生理学，电子测试与实验，生物医学测量与仪器实验。 五、课程教案目标 1．本课程是生物医学项目专业的一门专业课，它应用电子技术，传感器测量技术和计算机技术，解决生物医学领域中的信号提取，检测和处理以及生物医学仪器的设计等问题； 2．使学生了解典型医学仪器的原理、特点和性能指标，学习正确使用传感器，设计检测电路，掌握基本测量技术； 3．为医学仪器设计奠定基础。 六、适用学科专业 生物医学项目 七、基本教案内容与学时安排 ●热敏器件及温度传感器特性实验<4学时） ●压力传感器性能实验<4学时） ●气敏传感器特性实验<4学时） ●光电式脉搏探测器<4学时） ● ECG前置放大器<4学时） ●陷波器仿真、制作与调试<4学时） ●安全隔离设计与调试<4学时） ● ECG放大器的整体调试<4学时） ● 12导联心电工作站的原理及使用<4学时） 八、教材及参考书： 教材：生物医学电子技术与信号处理实验指导书,张日欣、李元斌、邹昂等自编教材，武汉：华中科技大学教材科，2004年9月 参考文献： 1．生物医学检测技术讲义，杨玉星自编教材，1998年 2．生物医学电子学，蔡建新，张唯真，北京大学出版社，1997年 3．传感器原理与应用，黄贤钨，电子科技大学出版社，1999年 4．生物医学测量，陈延航，人民卫生出版社，1986年 5．医学物理，刘普和，人民卫生出版社，1986年 6．医学仪器-应用与设计，约翰G.韦伯斯特，新时代出版社，1985年 7．Protel 98 for windows 电路设计应用指南，程凡等，人民邮电出版社，1999年 九、考核方式 实验报告+实践表现 《生物医学测量与仪器实验》教案大纲
《传感器与检测技术》课程学习综述
目录 第一章摘要 (1) 第二章传感器基本特性 (3) 一、传感器的静态特性 (3) 二、传感器的动态特性 (4) 第三章传感器 (5) 一、电阻式传感器 (5) 二. 电感式传感器 (5) 三、电容式传感器 (6) 四、压电式传感器 (7) 五、磁敏感式传感器 (8) 六、热电式传感器 (9) 七、光电式传感器 (10) 八、辐射与波式 (10) 九、化学传感器 (11) 十、新型传感器 (12) 第四章检测技术 (14) 一、参数检测基本概念 (14) 二、参数检测的一般方法 (16) 三、基本参数测量 (17) 第五章测量不确定度与回归分析 (19) 一、测量误差 (19) 二、测量不确定度 (20) 第六章自动监测系统 (21) 一、组成 (21) 二、设计方案 (22) 第七章课程总结 (25)
第一章摘要 《传感器与检测技术》顾名思义围绕着传感器和检测技术来进行的讲解，对于传感器和检测技术的学习对于自动化与电气工程类的我而言十分重要。传感器位于研究对象与测控系统之间的接口位置，是感知、获取与检测信息的窗口同时传感器也是实现对物理环境或人类社会信息获取的基本工具，是检测系统的首要环节，是信息技术的源头。 作为自动化与电气工程类的学生，即使专业分流之后我们还是会用到大量的传感器知识，掌握传感器方面的知识对我们以后的发展尤为重要。 本课程先从传感器的概述谈起，先让我们知道什么叫做传感器以及传感器的特点和传感器技术的发展再到传感器的基本特性的讲解。在了解了传感器的基本概述和基本特性之后就需要实例来深入对传感器与检测技术的了解。本书列举了许多经典的传感器类型，由易到难，从电阻式传感器到电感、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器与光电式传感器等，同时也涵盖了参数检测自动检测系统等来进行了全面详细的讲解。从原理到测量电路再到应用，环环相扣使人了解原理。 在学习传感器之前我对传感器的理解就是一个很简单的工具，根据物理学原理而实现的各种测量。学习了之后才明白传感器并非那么简单，不同的参数需要我们用不同的传感器去进行测量，同时有的传
1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。 2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。 3、重复性——衡量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时，所得特性曲线间一致 程度。各条特性曲线越靠近，重复性越好。 4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。 6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。 7、稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。 8、漂移——在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。 9、静态误差（精度）——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。 1-2计算传感器线性度的方法，差别。 1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等 并且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。 1-3什么是传感器的静态特性和动态特性？为什么要分静和动？ （1）静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。 动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。 （2）由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是对应于输入信号的性质，所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。 1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？ 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 1-5传感器有哪些分类方法？各有哪些传感器？ 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 1-6 测量误差是如何分类的？ 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 1-7 弹性敏感元件在传感器中起什么作用？ 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 1-8. 弹性敏感元件有哪几种基本形式？各有什么用途和特点？ 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 Z-1 分析改善传感器性能的技术途径和措施。
收稿日期：２００７－１０－２６ 作者简介：夏西泉（１９６９—），男，重庆市人，重庆电子工程职业学院，高级讲师，主要从事传感与检测技术、通信技术的教学与研究； 曹毅（１９６７—），男，重庆市人，副教授，重庆城市管理职业学院电子信息工程系主任，主要研究方向为计算机网络通信、生物医学信息处理。 第１７卷第１期重庆职业技术学院学报Ｖｏｌ．１７Ｎｏ．１２００８年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌ＆ＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｊａｎ．２００８ 传感技术是当代科学技术发展的一个重要标志，它是现代生物医学、自动化检测、环境保护等应用领域不可缺少的功能器件，它与通讯技术、计算机技术并称为现代信息产业的三大支柱。２１世纪是人类全面进入信息电子化的时代，随着人类探索领域和空间的拓展，人们需要获得的电子信息种类日益增加，需要信息传递的速度加快，信息处理能力增强，因此要求与此相对应的信息采集技术———传感技术必须跟上信息化发展的需要。生物传感器是近几十年内发展起来的一种新的传感器技术。有人把２１世纪称为生命科学的世纪，也有人把２１世纪称为信息科学的世纪。生物传感器正是在生命科学与信息科学之间发展起来的一个交叉学科。 １生物传感器的定义 生物传感器定义为“使用固定化的生物分子 （ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）结合换能器，用来侦测生体内 或生体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置”。生物传感器由两个主要关键部分所构成，一为来自于生物体分子、组织部分或个体细胞的分子辨认组件，此一组件为生物传感器信号接收或产生部分，另一为属于硬件仪器组件部分，主要为物理信号转换组件，主要是由电化学或光学检测元件（如电流、电位测量电极，离子敏场效应晶体管，压电晶体等）。 然而，随着当前各种新材料、新原理和新技术的不断发展，特别是微电子机械系统（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅ ｍ，ＭＥＭＳ）技术和生物芯片技术的出现，目前生物传感器 的概念已经跳出了原来狭义的圈子，扩展为以微型化、集成化、智能化和芯片化为特征的生物检测、处理的微系统。 ２生物传感器的结构与原理 ２．１生物传感器的结构 生物传感器由两个主要关键部分所构成，第一部分 是识别部件，如酶、微生物、细胞或组织、抗原或抗体等；第二部分是转换部件，将其他物理量转换成电学量（电压或电流），如：温度转化为电压，力学压力量转换为电学量等。其余为辅助部分，完成系统测量或控制的功能。生物传感器的组成框图如图１所示。 ２．２生物传感器的原理 被测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别（特异性结合）后，发生物理或化学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经信号处理单元处理后输出，便可知道待测物的相关信息。 ３生物传感器的种类 根据生物传感器组成部分（识别部分和转换部分）的 材料或原理的不同，可以有以下不同的分类方法。 （１）按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、ＤＮＡ传感器等。 生物医学传感器的发展与应用综述 夏西泉１，曹 毅２ （１．重庆电子工程职业学院，重庆４０１３３１；２．重庆城市管理职业学院，重庆４０００５５） 摘要：随着现代生物工程技术的发展和需要，生物医学传感器的研究与开发得到了长足发展，特别是微传感器及生化传感器是目前发展的前沿技术，本文对生物医学传感器的发展、原理、应用领域以及发展趋势等作了详细论述。 关键词：生物医学传感器；传感器；应用中图分类号：Ｑ－１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－００６７（２００８）０１－０１４９－０４ 图１生物传感器结构框图
生物医学传感器与一般传感器相比，还必须满足 1.材料无毒，且与生物体组织有良好的相容性； 2.检测时，长期接触不会影响或尽可能少影响正常生理活动； 3.有良好的电气安全性 4.在结构和性能上便于清洁和消毒，防止交叉感染。 生物信号有哪些特点对医学传感器有哪些要求 特点：1.非电量信号；2.生物信号十分微弱；3.信噪比低；4.变化频率低；5.无创伤的检测； 要求：1.灵敏度高；2.信噪比高；3.良好的精确性；4.响应速度快；5.稳定性；6.互换性； 什么是应变效应什么是压阻效应两者有何异同 应变效应：金属电阻受力后尺寸变化引起阻值变化；压阻效应：半导体电阻受力后电阻率变化引起电阻值变化；同：都受到作用力，其结果都会导致电阻值的变化。异：导致阻值变化的原因不同，前者因尺寸变化引起，后者主要因电阻率变化引起。 直流单臂电桥的非线性误差如何产生如何解决 产生条件：△R1< 填空： 1.传感器是把外界输入的非电信号转换成(电信号)的装置。 2.传感器是能感受规定的(被测量)并按照一定规律转换成可用(输出信号)的器件或装置。 3.传感器一般由(敏感元件)与转换元件组成。 (敏感元件)是指传感器中能直接感受被测量的部分 (转换元件)是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。 4.半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原理是基于半导体材料的(压阻效应)。 5.半导体应变片与金属丝式应变片相比较优点是(灵敏系数)比金属丝高50~80倍。 6.压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其(电阻率ρ)发生变化的现象。 7.电阻应变片的工作原理是基于(应变效应), 即在导体产生机械变形时, 它的电阻值相应发生变化。 8.金属应变片由(敏感栅)、基片、覆盖层和引线等部分组成。 9.常用的应变片可分为两类: (金属电阻应变片)和(半导体电阻应变片)。 半导体应变片工作原理是基于半导体材料的(压阻效应)。金属电阻应变片的工作原理基于电阻的(应变效应)。 10.金属应变片有（丝式电阻应变片）、（箔式应变片）和薄膜式应变片三种。 11.弹性敏感元件及其基本特性:物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为(变形),而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为(弹性变形)。 12.直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同，园弧部分使灵敏系数K↓下降，这种现象称为(横向效应)。 13.为了减小横向效应产生的测量误差, 现在一般多采用(箔式应变片)。 14.电阻应变片的温度补偿方法 1) 应变片的自补偿法 这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的，应变片的自补偿法有（单丝自补偿）和（双丝组合式自补偿）。 15.产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。 1) (电阻温度系数)的影响 2) 试件材料和电阻丝材料的(线膨胀系数不同)的影响 第一章 传感器与生物医学测量 （1）国家标准(GB7665—87)关于传感器的定义，传感器的组成部分及其作用。 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。 传感器的组成：敏感元件，转换元件，信号调节转换电路，辅助电源 传感器的作用：将一种能力转化为另一种能量形式。 （2）生物医学测量仪器的三个主要部分及其所起作用。 ? 传感器和电极 ? 放大器和测量电路 ? 数据处理和显示装置(现代生物医学测量仪器已包括治 疗仪器组成完整的生物医学仪器，也包括基于网络的数据传输部分。) （3）常见生理参数的测量范围（心电，脑电，肌电） 心电图ECG :（所用传感器）体表电极 (幅值)50uv —5mv (频率)0.05—100Hz 脑电图EEG :头皮电极 2—200uv 0.5—100Hz 肌电图EMG:针电极 20uv —1mv 10Hz —20kHz （4）通过人体的低频电流（直流～1KHz ）对人体的作用有三个方面。 ? 产生焦耳热； ? 刺激神经、肌肉等细胞； ? 使离子、大分子等振动、运动、取向。 第二章 生物电信号的特征 （1）什么是膜电位？静息时细胞膜内外常见离子浓度情况如何？ 膜电位（membrane potential ）：在可兴奋组织（如神经，肌肉或腺组织）的细胞膜内外，存在着不同的带电离子。膜外呈正电，膜内呈负电，存在着一定的电位差。平时呈现静息电位,细胞膜内介质的静息电位约为-50mV ～-100mV ，细胞内带负电,细胞外带正电。（静息电位（resting potential ）：是指细胞未受刺激时的膜电位，即处于静息状态下，细胞膜两侧存在的电位差。） 静息时: ? K + 的膜内浓度比膜外高30倍; ? Na +的膜外浓度比膜内高10-15倍; ? CL -的膜外浓度比膜内高4～7倍; ? Ca 2+ 的膜外浓度比膜内高104 倍; ? 蛋白质阴离子的膜内浓度比膜外高等 由此可知,膜内外的K + 、Na + 、CL -、Ca 2+ 等离子之间各有一定的浓度差形成浓度梯度。 （2）能斯特(Nernst)方程以及利用能斯特方程求静息时K + 的平衡电位ε k 。 （式中ε为扩散电位差，生理学上为 膜两边的跨膜电位） 例子：已知人体神经细胞内、外K + 的有效浓度分别为[K + I ]和[K + o ]（单位为mol/L ），则根据Nernst 方程式计算出 K + 的平衡电位εk : k=1.38x10-23 J·K -1)，T 为绝对温度(K)，Z=+1，e=1.60x10-19 C 在人体体温(37℃)下，若将各项值代入，则Nernst 方程式可化为: 代入表2.1给出参数,得εk =-89mV,理论计算值与实测结果（－ 86mV ）很接近。 （3）细胞膜的模拟等效电路 细胞膜等效电路为电容和电阻并联形式。 例子：若细胞膜面积S=5x10-6cm 2,厚度d=10-6 cm,ε=3.26 膜的电容值：d S C ε4==1.3pF=1.3×10-12 F(法拉) 若已知膜电位为V = - 86mV ，代入公式Q = CV,可求得应带的电量为Q=1.3×10-12 × 0.086 = 1.1×10-13 库仑(C)。 这些电量应是Q/e 个K + 离子所有,已知e=1.6×10-19 库仑（即K + 离子的电量）,得参与扩散的K + 离子数应为：Q/e = 6.9×105 。 已知典型的细胞体积为10-9 cm 3 ,K + 离子的浓度约为0.14克分子/升,或每立方厘米约有0.14×6×1023 /1000 ≈1020 个离子。 照此计算,每一细胞内就有：1020 ×10-9 =1011 个K + 离子,其中只有6.9×105 个K + 离子向膜外扩散 （4）什么是动作电位，动作电位在去极化和复极化过程中各个时期的特点（包括时程，电位幅度，K + 、Na + 、Ca 2+ 离子运动情况）。 心肌细胞受到窦房结发来的电脉冲剌激时(阈剌激),受剌激部位膜电位将发生短暂的电位变动，最初膜电位升高,接着慢慢恢复到原来静息电位水平。这个过程经历300ms 时程,膜电位的变动,生理学上称为“动作电位”。 1.去极化：去极化即除极,是动作电位的0期。（当可兴奋的细胞受到外界剌激,如给它以电剌激,剌激电流从膜内流向膜外,因此膜的极化状态减弱,称之为去极化。） ? 表现：去极化达到一定临界水平,即阈电位,便产生兴奋。 这时细胞膜的极化现象消除,出现膜内为正、膜外为负的反极化状态:在短时间内由-50mV —100mV 变到+20mV —+40mV ,构成动作电位上升支(去极相)。快钠通道“开放”，Na + 通过快钠通道,向膜内迅速扩散,使膜电位升高得很快,最快变化率可达800v/s,上升幅度大(-80mV 至＋30mV)。 ? 特点：对于心肌细胞,此期历时很短,仅1～2ms 。 2.复极化：是从去极化电位达到正峰值后开始,一直恢复到静息电位水平状态之间的过程。（动作电位的产生,取决于细胞膜两边的电压和膜对于Na + 、K +随时间变化的通透性。） 1期:亦称快速复极初期，Na + 向内扩散减慢,而K + 的向外扩散则缓慢地上升,两者达到动态平衡。膜外CL -浓度高于膜内4～7 倍,而且此时膜内电位为正,高于膜外,故CL - 借助于浓度差和电位差两者的作用而大量向内扩散,使细胞内的电位逐渐降低。1期占时平均约10ms 。 2期:缓慢复极期或平台期，胞外Ca 2+ 浓度比细胞内高得多，此期慢钙通道‘早已开放’,并且开得很大，Ca 2+ 在浓度梯度作用 )(] [] [lg 3.2mV K K e T O I k + +Z -=κε)(] [] [lg 51.61m V K K O I k + +-=ε 《传感器与检测技术》总结 ：王婷婷 学号：14032329 班级：14-11 传感器与检测技术 这学期通过学习《传感器与检测技术》，懂得了很多，以下是我对这本书的总结。 第一章 概 述 传感器的作用是：传感器是各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件，具有不可替代的重要作用。 传感器的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 传感器的组成：被测量量---敏感元件---转换元件----基本转换电路----电量输出 传感器的分类：按被测量对象分类（部系统状态的部信息传感器{位置、速度、力、力矩、温度、导演变化}、外部环境状态的外部信息传感器{接触式[触觉、滑动觉、压觉]、非接触式[视觉、超声测距、激光测距）；按工作机理分类（结构型{电容式、电感式}、物性型{霍尔式、压电式}）；按是否有能量转换分类（能量控制型[有源型]、能量转换型[无源型]）；按输出信号的性质分类（开关型[二值型]{接触型[微动、行程、接触开关]、非接触式[光电、接近开关]}、模拟型{电阻型[电位器、电阻应变片]，电压、电流型[热电偶、光电电池]，电感、电容型[电感、电容式位置传感器]}、数字型{计数型[脉冲或方波信号+计数器]、代码型[回转编码器、磁尺]}）。 传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系。当输入量为常量，或变化极慢时，称为静态特性；输出量对于随时间变化的输入量的响应特性，这一关系称为动态特性，这一特性取决于传感器本身及输入信号的形式。可以分为接触式环节（以刚性接触形式传递信息）、模拟环节（多数是非刚性传递信息）、数字环节。动态测量输入信号的形式通常采用正弦周期（在频域）信号和阶跃信号(在时域)。 传感器的静态特性：线性度（以一定的拟合直线作基准与校准曲线比较% 100max ??=Y L L δ）、迟滞、重复性、灵敏度（K0=△Y/△X=输出变化量/输入变化量 =k1k2···kn ）和灵敏度误差（rs=△K0/K0×100%、稳定性、静态测量不确定性、其他性能参数：温度稳定性、抗干扰稳定性。 传感器的动态特性：传递函数、频率特性（幅频特性、相频特性）、过渡函数。 0阶系统：静态灵敏度；一阶系统：静态灵敏度，时间常数；二阶系统：静态灵敏度，时间常数，阻尼比。 传感器的标定：通过各种试验建立传感器的输入量与输出量之间的关系，确定传感器在不同使用条件下的误差关系。国家标准测力机允许误差±0.001%，省、部一级计量站允许误差±0.01%，市、企业计量站允许误差±0.1%，三等标准测力机、传感器允许误差±（0.3～0.5）%，工程测试、试验装置、测试用力传感器允许误差±1%。分为静态标定和动态标定。 第二章 位 移 检 测 传 感 器 测量位移常用的传感器有电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步器式、磁栅式、光电式。参量位移传感器是将被测物理量转化为电参数，即电阻、电容或电感等。发电型位移传感器是将被测物理量转换为电源性参量，如电动势、电荷等。属于能量转换型传感器，这类传感器有磁电型、压电型等。 电位计的电阻元件通常有线绕电阻、薄膜电阻、导塑料（即有机实心电位计）等。电位计结构简单，输出信号大，性能稳定，并容易实现任意函数关系。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间有干摩擦，容易磨损，产生噪声干扰。 线性电位计的空载特性：x K x l R R R x == ，KR----电位计的电阻灵敏度（Ω/m ）。 传感器的目前现状与发展趋势 吴伟 1106032008 材控2班 摘要：传感器是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的一个关键组成部分。传感器技术是世界各国竞相发展的高新技术，也是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛，其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。本文首先介绍了传感器的基本知识和传感器技术的发展历史。之后，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究状况。最后，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 关键词：传感器技术；传感器；研究现状；趋势 引言 当今社会的发展，是信息化社会的发展。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”，把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”，那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。 传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。 1 传感器的基本知识 1.1 传感器的定义和组成 广义地说，传感器是指将被测量转化为可感知或定量认识的信号的传感器。从狭义方面讲，感受被测量，并按一定规律将其转化为同种或别种性质的输出信号的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成，其中敏感元件和转换元件可能合二为一，而有的传感器不需要辅助电源。 1.2 传感器技术的基本特性 在测试过程中，要求传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有两种形式：一种是稳定的，称为静态信号；一种是随着时间变化的，称为动态信号。由于输入量的状态不同，传感器的输入特性也不同，因此，传感器的基本特性一般用静态特性和动态特性来描述。衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性等，动态特性还与传感器输入量的变化形式有关。 2 传感器技术的发展历史与回顾 传感器技术是在20世纪的中期才刚刚问世的。在那时，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段，并没有投入到实际生产与广泛应用中，转化率比较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。然而，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。 我国从20世纪60年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号 第1章 概述 1.1 什么是传感器？ 传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装 置，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2 传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、 速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3 传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4 传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、 压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按 传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感 器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分 为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变 换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型 传感器。 1.5 传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化 （5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4) 屏蔽、隔离与干扰抑制 (5) 稳定性处理 第2章传感器的基本特性 2.1 什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？ 答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。 主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂 移。 2.2 传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。 常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最 小二乘法来求出拟合直线。 2.3 利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设 压力为0MPa 时输出为0mV ,压力为0.12MPa 时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差mV H 1.0max =?，所以%6.0%50 .161.0%100max ±=±=?±=FS H Y H γ 重复性最大偏差为08.0max =?R ，所以%48.0%1005 .1608.0max ±=±=?±=FS R Y R γ 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变 化的输入量的响应特性。 传感器技术文献综述 学校邕江大学专业09信息学号40号姓名赵丽霞 一、摘要 传感器技术是综合多种学科的复合型技术，是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术。本文通过将所看的传感器相关文献总分为传感器、智能传感器以及无线传感器网络三个类别，对每一类别进行综述，分析每类别传感器研究中所存在的不足，探讨了相应的解决方案。 二、关键词：传感器 三、引言 传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术，是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术，而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域。在伴随着“信息时代”的到来，作为获取信息的重要手段——传感器技术得到飞速发展，其应用领域越来越广，人们对其要求越要越高，需求也越来越迫切。但传感器技术的广泛应用以及飞速发展并不代表着该技术已经成熟，相反在很多方面它还只是一项新兴的技术，依然存在很多的问题等待我们去解决。如何能够让我们的传感器装置很快的适应周围的环境，迅速准确的处理传输客户所需求的信号，并可以根据客户的要求作出相应的反应以及如何可以尽量的延长传感器装置的生存时间等等。这些问题都是我们在研究传感器技术的过程中所应该解决的问题。 四、传感器 传感器是一种物理装置，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、温度、湿度等）或化学组成，并将探知到的信息传递给其他装置。该装置相当我们的人类的眼睛、鼻子、舌头、耳朵以及皮肤等一些感知器官。这样，精确快速地感受外界的信号就是迅速正确作出反应实施行动的前提条件。现在的物理传感器、生物传感器都是力图解决感知、精确以及快速这三个难题。例如气体流量监测就有很多种的感知方法，但每种方法都存在着精确以及反应速率方面的问题，所以还需要不断的改进。然而，有很多的问题大自然已经很好的为我们解决了，我们应该取其精华。因此，我认为仿生传感器一定会解决很多传感器方面的问题。 生物医学传感器与一般传感器相比，还必须满足？ 1.材料无毒，且与生物体组织有良好的相容性； 2.检测时，长期接触不会影响或尽可能少影响正常生理活动； 3.有良好的电气安全性 4.在结构和性能上便于清洁和消毒，防止交叉感染。 生物信号有哪些特点？对医学传感器有哪些要求？ 特点：1.非电量信号；2.生物信号十分微弱；3.信噪比低；4.变化频率低；5.无创伤的检测； 要求：1.灵敏度高；2.信噪比高；3.良好的精确性；4.响应速度快；5.稳定性；6.互换性； 什么是应变效应？什么是压阻效应？两者有何异同？ 应变效应：金属电阻受力后尺寸变化引起阻值变化；压阻效应：半导体电阻受力后电阻率变化引起电阻值变化；同：都受到作用力，其结果都会导致电阻值的变化。异：导致阻值变化的原因不同，前者因尺寸变化引起，后者主要因电阻率变化引起。 直流单臂电桥的非线性误差如何产生？如何解决？ 产生条件：△R1< 第1章概述 什么是传感器 传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器的共性是什么 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 传感器由哪几部分组成的 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。传感器如何进行分类 （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 传感器技术的发展趋势有哪些 （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 改善传感器性能的技术途径有哪些 （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制 (5) 稳定性处理 第2章传感器的基本特性 什么是传感器的静态特性描述传感器静态特性的主要指标有哪些 答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂 《生物医学传感器与检测技术实验》教学大纲 张日欣李元斌 一、课程名称：生物医学传感器与检测技术实验 Experiments in Biomedical Sensor & Detecting Techniques 二、课程编码：0702831 三、学时与学分：24/1.5 四、先修课程：数字电子技术，模拟电子技术，工程生理学，电子测试与实验，生物医学测量与仪器实验。 五、课程教学目标 1．本课程是生物医学工程专业的一门专业课，它应用电子技术，传感器测量技术和计算机技术，解决生物医学领域中的信号提取，检测和处理以及生物医学仪器的设计等问题； 2．使学生了解典型医学仪器的原理、特点和性能指标，学习正确使用传感器，设计检测电路，掌握基本测量技术； 3．为医学仪器设计奠定基础。 六、适用学科专业 生物医学工程 七、基本教学内容与学时安排 ●热敏器件及温度传感器特性实验（4学时） ●压力传感器性能实验（4学时） ●气敏传感器特性实验（4学时） ●光电式脉搏探测器（4学时） ● ECG前置放大器（4学时） ●陷波器仿真、制作与调试（4学时） ●安全隔离设计与调试（4学时） ● ECG放大器的整体调试（4学时） ● 12导联心电工作站的原理及使用（4学时） 八、教材及参考书： 教材：生物医学电子技术与信号处理实验指导书,张日欣、李元斌、邹昂等自编教材，武汉：华中科技大学教材科，2004年9月 参考文献： 1．生物医学检测技术讲义，杨玉星自编教材，1998年 2．生物医学电子学，蔡建新，张唯真，北京大学出版社，1997年 3．传感器原理与应用，黄贤钨，电子科技大学出版社，1999年 4．生物医学测量，陈延航，人民卫生出版社，1986年 5．医学物理，刘普和，人民卫生出版社，1986年 6．医学仪器-应用与设计，约翰G.韦伯斯特，新时代出版社，1985年 7．Protel 98 for windows电路设计应用指南，程凡等，人民邮电出版社，1999年 九、考核方式 实验报告+实践表现传感器与检测技术总复习精华
生物医学传感器复习资料
传感器与检测技术总结
传感器的目前现状与发展趋势综述
传感器的与检测技术课后地的题目标准详解
传感器技术文献综述
生物医学传感器 简答题汇总
传感器与检测技术课后题答案
生物医学传感器与检测技术实验教学大纲
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