综述-压力传感器.doc

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1、微型压力传感器在医学领域中的应用进展摘要：随着科技的日新月异，压力传感器技术发生了根本性的变革，已经彻底改变了传统医用传感器体积大、性能差的缺点，形成了全新的现代的微型压力传感器技术，并向着崭新的方向快速发展。微型压力传感器由于智能化、微型化、多参数、可遥控和无创检测等优点被广泛运用于临床工作中，现就微型圧力传感器原理及其在医学领域中的应用加以综述。关键词：微型；压力传感器；医学领域；原理；应用；前言:压力传感器是检测人体内各种生理压力参数的传感器，在医学领域中的应用十分广泛。而微型的压力传感器由于体积小，操作简单、快捷、准确、能定时、能记忆存储数据等功能特点，不仅

2、能实时监测患者病情，又能减轻了医务人员的工作强度，也使医疗手段得以现代化、高科技化。1•压力传感器的工作原理1.1.应变片压力传感器原理将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。金属电阻应变片的内部结构见下图：图1金属电阻应变片结构图1.2陶瓷压力传感器原理压力直接作用在陶瓷膜片的前表

3、面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号。1.3扩散硅压力传感器原理图2：扩散硅压力传感器结构图扩散硅压力传感器的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。1.4压阻式传感器工作原理固态压阻式传感器是利用硅的压阻效应和集成电路技术制成的新型传感器［1］。固态压阻传感器的核心是硅膜片。利用半导体扩散技

4、术，将P型杂质扩散到一片N型底层上，形成一层极薄的导电P型层，装上引线接点后，即形成扩散型半导体应变片。若在圆形硅膜片上扩散出4个P型电阻构成惠斯登电桥的4个桥臂，即成固态压阻器件。芯体结构如图1,固态压阻传感器结构如图2。图1芯体结构图2固态压阻传感器结构当硅单晶在任意晶向受到纵向和横向应力作用时，其阻值的变化可用以下公式表示:△/?R—心6若圆形膜片周边固定，在均匀压力的作用下，当膜片的位移小于膜片的厚度时，其膜片的应力分布为：=■^7[(1》o,-(3+"y2]=I(1+w)ro2-(1-3/k2]式中Or为径向应力，ot为切向应力，卩为压力，h,rO分别为膜

5、片的厚度和有效半径，r为硅电阻距膜片中心的距离，卩为泊松比。从上式可以看出，随着硅电阻距膜片中心的距离的变化，其应力也发生变化，靠近圆心的两个电阻将受到拉应力，而远离圆心的两个电阻受到压应力，若适当地安排它们的位置,可使其电阻的变化达到大小相等，变化相反，即可组成差动电桥，其形式为四等臂差动电桥结构。1.5电感式传感器工作原理这种传感器是将压力的变化量转换为对应的电感变化量输入给放大器和记录器。如下图所示。电感传感器的工作原理图1—铁芯2—衔铁3—膜盒p—作用压力铁芯1和衔铁2均由导磁性材料硅钢片或坡莫合金制成。衔铁和铁芯Z间有空隙d,在压力作用下，衔铁随膜盒3上下

6、运动，磁路中的气隙d随Z改变，使线圈的磁阻发生变化，从而引起线圈电感的变化。线圈中的电感等于单位电流所产生的磁链。W-线圈的匝数“0-空气的导磁率So-气隙面积上式为电感压力传感器的基本特性公式，它表示由于压力P的变化引起膜片衔铁气隙d的变化，使得磁路中线圈电感也有相应的变化,而测出电感量的变化，就能得到压力的大小。2.压力传感器在医学领域中应用2.1在临床生理压力中监测吴宪平等［2］设计了压阻式医用导管端微型压力传感器，把压阻式微型传感器的芯片安装在导管侧壁实行生理压力的测暈。陈延航等［3］研究设计了YH-1型压阻式微型生理压力传感器，可长时间植入体内测压，对主动

7、脉，左心室，颈动脉等高压测量和右心室，肺动脉，腔静脉等低压测量均可适用。吴云江等［4］通过结合电容式压力佟感器获取加压过程的袖带气压，经片内ADC采样后进行算法分析得到血压值，再将其按自定义格式存储，无线传输至具有蓝牙功能的手机终端。高春华等［5］制作了一种测腹内压简易连接装置，通过压力传感器测膀胱内压间接测腹内压，装置如下图：1.导尿管2•肠内营养输液器接口3.三通注水口4.压力传感鶴5.动脉采血什6.瞬通引淹袋91传恳器测勝號内压简易连接装置示：t图1.压力传慝器2动脉采血针3.丹通引流袋图2传感器测腹内压简易连接装置示意图该装置操作方便，经济实惠，在ICU