医用传感器原理164页PPT

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红外热辐射式温度传感器
• 上述温度传感器都属于接触式温度传感器，红外辐 射式温度传感器则属于不需与被测对象接触的传感 器，因而不会影响人体的生理状态。 • 根据辐射定律，当物体的温度高于热力学温度零度 （-273.16℃）时，都要以电磁波的形式向周围辐 射能量，其辐射频率和能量随物体的温度而定。 • 人体辐射红外线的波长约在3-16μ m之间，当体温 改变时，所辐射的红外线能量就会改变，红外辐射 测温装置就是根据检测人体表面的辐射能量而确定 体温的 。
• 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。
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医用传感器在医学上的用途
对医用传感器的基本要求
• 医用传感器作为传感器的一个重要分支，其设 计与应用必须考虑人体因素的影响，考虑生物 信号的特殊性、复杂性，考虑生物医学传感器 的生物相容性、可靠性、安全性。
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• 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，对被测组织的损害要小。 • 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。
生物医学传感器之
医用传感器原理
1
医用传感器（Biomedical Sensors）
• 医用传感器，顾名思义，它是应用于生物医学领域的那一 部分传感器，它所拾取的信息是人体的生理信息，而它的 输出常以电信号来表现，因此，医用传感器可以定义为： 把人体的生理信息转换成为与之有确定函数关系的电信息 的变换装置。 • 人体生理信息有电信息和非电信息两大类，从分布来说有 体内的（如血压等各类压力），也有体表的（如心电等各 类生物电)和体外的(如红外、生物磁等）

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医用传感器
Medical sensor
例1-1电子秤
远距离 显示
磅秤
超市打印秤
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医用传感器
Medical sensor
热敏电阻用于电热水器的温度控制
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医用传感器
Medical sensor
三、传感器的分类
1，物理传感器 2，化学传感器 3，生物传感器
例、汽车与传感器
传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量 安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱 死装置、电子变速控制装置、汽车“黑匣子” 环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置
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医用传感器
Medical sensor
参考文献： 1. “汽车安全保障传感器市场”，《传感器世界》， 2019年1期 2. “汽车导航用传感器”,《传感器世界》,2019年1期 3. “汽车安全系统及其传感器”,《传感器世界》, 2019年2期
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二、传感器的组成
被测非电量
敏感 元件
转换 有用电量 元件
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医用传感器
Medical sensor
性能凌驾于人的感官之上：
（1）测量人体无法感知的量 （2）恶劣环境下工作 （3）测量范围宽、精确高、可靠性好 温度传感器：-196℃ ~ 1800℃ 压力传感器：0.01psi ~ 10000psi 精度：0.1% ~ 0.01% 可靠度：8 ~ 9 级
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医用传感器

源自结论重要性和应用价值
传感器在各个领域中的应用越来越广泛，对于改善 生活质量、提高工作效率和推动技术进步起着重要 作用。
未来发展方向和趋势
随着人工智能和物联网的发展，传感器将变得更加 智能和普及，将为人们的生活带来更多的便利和创 新。
《传感器工作原理》PPT 课件
本课件将详细介绍传感器的工作原理以及其在各个领域中的应用。从定义到 分类，从常见的传感器到优缺点，让您全面了解传感器的重要性和未来发展 趋势。
什么是传感器？
1 快速检测工具
传感器是一种能将物理量转化为电信号的设备，用于测量和检测各种环境和物体的特定 属性。
2 无处不在
光敏传感器
这种传感器可以测量光的强度，广泛应用于自动照 明和环境亮度调节等领域。
传感器的优缺点
优点
传感器具有快速、准确、稳定的测量能力，可以实 时监测和反馈环境和物体的信息。
缺点
传感器的价格较高，需要专业维护和校准，并且在 特定环境条件下可能会受到干扰。
传感器的应用领域
工业自动化
传感器在工业生产过程中的应用，如流量监测、 温湿度控制、机器人导航等，提高了生产效率 和质量。
医疗领域
传感器在医疗设备中的应用，如心率监测、血 糖监测、呼吸器等，帮助医生更好地掌握病情 和进行治疗。
家庭安全
传感器在家庭安防系统中的应用，如门窗监控、 烟雾报警、智能锁等，提供更加安全和便捷的 居住环境。
智能穿戴设备
传感器在智能手表、健身追踪器等设备中的应 用，可以实时监测身体健康状况并提供定制化 的健康建议。
测量原理简单
传感器通过使用特定的物理 效应或传感原理，如电阻变 化、光强测量或声音振动， 来测量所感知的物理量。
常见的传感器

两个次级线圈的同名端反相串联，因此是按差动方式工作，
输出电压为 U 0E 21E 22
(1)当衔铁位于中间位置时，
M 1 M 2 ,E 2 1 E 2 ,U 2 0 0
(2)当衔铁向上移动时，
M 1 M 2 ,E 2 1 E 2 ,U 2 0 0
(3)当衔铁向下移动时，
M 1 M 2 ,E 2 1 E 2 ,U 2 0 0
电感量的相对变化为
L1 L0
0
1
1
( )
0
0
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当Δδ/δ0<<1时，级数展开
LL 01 0 0 2 0 3
(2)当衔铁上移Δδ时，传感器气隙减小Δδ，即δ=δ0－Δδ， 则此时输出电感为
L2 L2L0 2(W 020A)W2200AL00
电感量的相对变化为
L2 L0
0
1
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二、等效电路
初级线圈的交流电流为
I1
R1
Ui
jL1
次级线圈感应电势为 E 21 j M 1I 1 E 22 j M 2I 1
差动变压器输出电压为
U0 E21 E22
j(M1 M2)I1
j(
M1
M2
)
R1
U i
jL1
输出电压有效值为
U0
(M1 M2)Ui
R2 1
(L1)2
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(二) 变压器式交流电桥
电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变 压器次级线圈的1/2阻抗。 当负载阻抗为无穷大时， 桥路 输出电压
U oZ 1Z 2Z2U1 2UZ Z 1 2 Z Z 2 1U 2
当传感器的衔铁处于中

0, K12a aa2, 0
a
(1 a 2 )
9 0 , K 1 a 2,
a r c ta n 2 a
1 8 0 ,
a K12 aa2,
0
当RL→∞时
U1jj ((C C11 C C22))RLERL
U C1 C2 E C1 C2
U C1 C2 E C1 C2
若在该电路中接入的电容式传感 器是变间距型，则
d
dd
k C 2b
xd
第4章 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器
➢ 图示为平板形线位移传感器结构原理
图，设平行板面积为S=L×b，在忽
略边缘效应时，当电容器内无介电常
数为ε1的电介质时，电容器的电容为
C0
0S
d
0Lb
d0 d1
➢ 插入介电常数为ε1的电介质时，电容
器的电容变为
C 0C 1C 20 d (0 L d x 1 )bd 0x bd 1C 0((1 1 d 0 0)0 d d 1 1 C )0 Lx 0 1
d1＝d2＝d，两边初始电容相等。当动板 向上移△ d 时，两边极距变化为:
按级数展开：
d1 dd
d2dd
C 1 C 1 C d0 [A1 d Cd d 01 1( dd d d)2 C 2 ( dd d A) 3 d C0]11dd
C 2 C 0 [1 d d ( d d)2 ( d d)3]
电容总的变化量为： C C 1 C 2 C 0 [ 2 d d 2 ( d d ) 3 2 ( d d ) 5 ]
d/d2100%d100%
d/d
d
①变极距型电容传感器只有在|Δd/d| 很小(小测
量范围)时，才有近似的线性输出；

导带
Eg
禁带
价带
自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带
2．光生伏特效应
某些半导体或电介质材料，在光线作用下，产生一定方向 的电动势的现象称为光生伏特效应。
在N型材料中，电子浓度大而空穴浓度小；在P型材料中，电 子浓度小而空穴浓度大，在结区导致空穴从P区到N区，电子 从N区到P区扩散运动，从而形成内电场，方向N区指向P区。
光电管和光电倍增管都是基于外光电效应的光电器件。其内 部的金属感光材料在受到光照后向外发射电子，单位时间内发 射的电子数量与光照强度有关，发射电流反映了光照的强度。
一、光电管(phototube)
1. 结构与工作原理 光电管由一个阴极和一个阳极构成， 并且密封在一只真空玻璃管内。阴极 装在玻璃管内壁上，其上涂有感光材 料。阳极通常用金属丝弯曲成矩形或 圆形，置于玻璃管的中央。
不足：需要外部电源，有电流时会发热。
光敏电阻又称光导管, 它几乎都是用半导体材料制成的 光电器件。 光敏电阻没有极性, 纯粹是一个电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压。
无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流 （暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光 照时, 它的阻值（亮电阻）急剧减少, 电路中电流迅速 增大。 一般希望暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好,此 时光敏电阻的灵敏度高。
光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的 表面电子逸出功。不同的物质具有不同的逸出功，即每一 个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。 光线频率低于红限频率，光子能量不足以使物体内的电子 逸出，因而小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生 光电子发射；反之，入射光频率高于红限频率，即使光线 微弱，也会有光电子射出。

传感器
一传感器
1、有时被称为检测器、探测器或变换器
传感器：检测非电信号，并按一定规律使之转换 成电信号的器件或装置。
2、传感器结构
敏感元件：对某些非电信号的改变很敏感的元器 件 处理电路：对敏感元器件输出电信号进行放大和 去干扰的电路 2、敏感元件的工作原理
（1）热敏电阻 电阻的阻值对温度的变化 很敏感
B、环境监控，火灾报警装置
三、生活中的传感器 1、洗衣机中的传感器 （1）水位传感器 （2）负载传感器 （3）水温传感器 （4）赃物程度传感器等等 2、电冰箱中的传感器 靠传感器进行：温度控制、除霜温度控制、 过热及过电流保护。
3、家用报警器
火警报警器、 测温度，测流体流量
C、热敏电阻传感器（半导体） 随温度升高而电阻减小的热敏电阻 随温度升高而电阻增大的热敏电阻 特殊热敏电阻：在某特定温度电阻聚聚变化
应用：测温度，温度控制、过热保护 2、光传感器
用受到光照时能产生电压（电流）的金属或 半导体材料制成。
光传感器的应用： A、自动水龙头、自动旋转门：红外线传感器
（2）磁敏感元件 对磁感应强度变化敏感
传感器的简单应用
二、常用传感器 1、温度传感器
A、热双金属片传感器
将膨胀系数差别大的不 同金属片焊接或轧制成 一体
工作原理：受热后，双金 属片产生变形
B、热电阻传感器
金属的电阻R与温度t的关系 R R0 (1 t)
选材要求：要求 值（温度系数）稳定不因为

解。
导电材料
03
选用具有良好导电性能的材料，以确保传感器信号传输的稳定
性和准确性。
结构设计
微型化设计
为了便于植入和操作，传感器应设计得尽可能小 。
可调节结构
设计易于调节的结构，以适应不同大小和形状的 植入部位。
灵活性设计
传感器应具有一定的灵活性，以适应人体组织的 运动和变形。
制造工艺
精密加工技术
分类
医用传感器主要分为生物传感器和物理传感器两大类，其中生物传感器包括酶 传感器、免疫传感器等，物理传感器包括温度传感器、压力传感器等。
工作原理
生物传感器的工作原理
生物传感器利用生物体内特定的生理 变化，通过换能器将这些变化转换为 可测量的电信号或光信号。
物理传感器的工作原理
物理传感器则是通过物理效应，如热 电效应、压电效应等，将生理参数转 换为电信号或光信号。
详细描述
通过医用传感器，医护人员可以远程监控患者的 生理状态，及时发现异常情况，避免频繁的现场 检查，提高医疗监护的效率，减轻医护人员的工 作负担。
在药物输送中的应用
总结词
医用传感器在药物输送中具有重要作用，能够实现精准给 药和个性化治疗。
详细描述
医用传感器可以监测患者的生理参数和药物浓度，实现精 准给药和个性化治疗，提高治疗效果和减少副作用。
新技术
随着科技的不断进步，新型医用传感器将不断涌现，如柔性 传感器、无线传感器等，以满足医疗领域对传感器的小型化 、便携化和实时性的需求。
交叉学科的融合发展
生物医学工程
医用传感器的发展需要与生物医 学工程学科进行深度融合，利用 生物医学工程的技术和理论，提 高传感器的性能和可靠性。
医学影像技术