生物医学传感器

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1、1生物医学传感器原理及应用陈骥主讲2课程教材：彭承琳等编，《生物医学传感器—原理与应用》（第二版），重庆大学出版社，2011年版参考教材：彭承琳主编，《生物医学传感器原理及应用》，高等教育出版社，2000年杨玉星，《生物医学传感器与检测技术》，化学工业出版社，20053第一章绪论1.传感器（Transducer/Sensor）的定义我国国家标准(GB7765-87中)传感器的定义是：“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或装置”。包含了以下几方面的意思：①传感器是测量装置，能

2、完成检测任务；②它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等。③它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电物理量，但主要是电学物理量；④输出输入有对应关系，且应有一定的精度程度。4传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成，组成框图如图所示：敏感元件：是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路

3、，便可转换成电量输出。传感器只完成被测参数至电量的基本转换5传感器的组成一种气体压力传感器的示意图。膜盒2的下半部分与壳体1固接，上半部分通过连杆与磁芯4相连，磁芯4置于两个电感线圈3中，后者接入转换电路5。膜盒就是敏感元件，其外部与大气压力相通，内部感受被测压力。当变化时，引起膜盒上半部分移动，即输出相应的位移量。转换元件是可变电感线圈3，它把输入的位移量转换成电感的变化。6实际上，有些传感器很简单，有些则较复杂，大多数是开环系统，也有些是反馈的闭环系统。最简单的传感器由一个敏感元件（兼转换元件）

4、组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶就是这样。如图所示，两种不同的金属材料A和B，一端连接在一起，放在被测温度T中，另一端为参考，温度为T0，则在回路中将产生一个与温度T、T0有关的电动势，从而进行温度测量。78传感器的组成有些传感器由敏感元件和转换元件组成。如图所示的压电式加速度传感器，其中质量块m是敏感元件，压电片是转换元件。因转换元件的输出已是电量，故无需转换电路。敏感元件与转换元件在结构上常是装在一起的，由于空间的限制或者其他原因，转换电路常装入电箱中。尽管如此，因为不少传感器要在通过

5、转换电路后才能输出电信号，从而决定了转换电路是传感器的组成环节之一。MEMS技术从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统MEMS技术是一种多学科交叉的前沿性领域，它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子、机械、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等Micro-Electro-MechanicalSystems（USA）Micro-Machine(JAPAN)Micro-Systems(EUROPE)加速度传感

6、器正文电梳驱动原理微观结构正文动作模拟演示142.传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种请况，就需要传感器。传感器是人类五官的延长，是代替人体五种感觉器官（视、听、触、嗅、味）的装置。在信息时代，首先要解决的就是获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。传感器技术是现代医学仪器及计算机应用的关键技术。152.传感器的作用在医学上，生物医学传感器的主要用途有:(

7、1)提供生物医学检测的信息(2)提供连续监护的信息(3)提供人体疾病治疗和控制的信息162.传感器的作用(1)提供生物医学检测的信息: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。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。这类信息是利用化学传感器和生物传感器来获取生化检验信息,是诊断各种疾病必不可少的依据。172.传感器的作用(2)提供连续监护的信息:长时间连续测定某些参量,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

8、及时报警。如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182.传感器的作用(3)提供人体疾病治疗和控制的信息：利用检测到的生理参数控制人体的生理过程。例如自动呼吸机用传感器检测病人的呼吸信号来控制呼吸机的动作，使之与人体呼吸同步；电子假肢用测得的肌电信号，控制人工肢体的运动;人工肝、人工肾（血液透析）体外循环中的血流、血压控制等。19生物医学测量上的各种参量位移血管内、外径,主动脉、腔静脉尺寸,左心室尺寸,肢体容积变化,胸廓变