生物医学传感器原理及应用.ppt

生物医学传感器及应用,李俊国Tel:13700961332E-mail:lijunguo,第一章绪论,第一节、传感器作用、定义,一、传感器的作用控制系统,信息获取（传感器）,物理量（检测或控制对象）,信息处理（电子、计算机、网络、通讯）,执行器（电动、机械）,人体动作,五官,大脑,对象,四肢,传感器就是对被测（被控）对象提取有用信息，以供运算、识别、显示、控制等。它已是各应用领域特别是自动检测、自动控制系统不可缺少的重要技术工具，是首要环节。如果没有传感器对原始数据进行精确可靠测量，那么，无论是信号转换或信息处理，或最佳数据的显示和控制，都将成为一句空话。没有传感器，信息技术和计算机技术就成为无水之源。传感器是整个信息产业的源头，是信息社会赖以存在和发展的物资基础。无论是计算机软、硬件，还是网络、通讯技术发展日新月异，传感器技术却大为滞后，日益成为信息技术发展的瓶颈。究其原因，一是传感器的应用不尽如意，更重要的是传感器自身的发展滞后。这是由传感器本身特点所决定的。学习这门课的主要目的就是掌握传感器的基本原理、特点及应用，为传感器设计、选型，系统组建打下基础。,二、传感器定义,传感器：能感受规定的被测量，并按一定规律转换为有一定精度、便于处理的有用信号的器件或装置。规定：被测对象具有很多物理特征，而通常仅测单一物理量。不仅由于传感器本身不宜感受多种物理量，而且对于测量某一具体物理量的传感器，其它物理量会产生影响（传感器输出），从而造成误差，即干扰。传感器性能的一个重要技术指标就是抗干扰能力。对于不同传感器，其主要干扰源不尽相同，通常干扰有温度、湿度、加速度、振动、光、电磁等等。,一定规律：传感器的输入是被测量（机械量、化学量等），输出则是电参量（电阻、电感、电容、频率、相位、电压、电流）。要通过传感器的输出推算出输入，则必须两者间有确定的函数关系，即确定的规律。通常希望成简单的线性关系，即：Y=kX。大多数遵从这一线性关系。但也有例外，如倾角的测量。,便于处理的有用信号：传感器的输出送至计算机、显示器或执行器中，这些设备信号通常是电信号，故传感器的输出一般为电信号。当然，从长远观点来看，输出为光信号也许更为有利。传感器的输入（被测物理量）通常是非电量，故传感器测量又称为非电量检测。当然被测物理量也可以是电量，如电量传感器（强电流、电压频率、相位、功率的测量）。,三、传感器的应用,传感器是现代信息社会的基础，可以说是无处不在。日常生活：冰箱、洗衣机、空调、电子血压计工业生产：压力、成份、力、温度、流量、位移信息技术：光驱、鼠标、解码、译码医疗卫生：B超、CT、温度仪军事技术：陀螺仪、速度、加速度、定位科学研究：磁场强度、高度、频率,四、传感器组成,敏感元件：通过弹性敏感元件将一种物理量转化为另一种物理量。如力转换为位移、应变，位移转换为力。正是由于敏感元件的转换，同一物理量可以由多种原理的传感器检测，不同的物理量可以由同一原理传感器检测。因此应掌握各种原理传感器的特点。转换元件：通过各种物理效应，将非电量转换为电量。有时敏感元件和转换元件是同一元件，如压阻式压力传感器。电源：用于转换元件和调理电路所需的电源。调理电路：传感器输出为电参量，而接收信号的计算机等输入信号为数字信号或标准的电流、电压信号。因此，需调理电路将电参量转换为所需的标准电信号。敏感元件、转换元件、调理电路转换时，需有一定精度。,五、传感器技术特点,内容广且离散：由于传感器直接与被测对象联系，其量程、环境、所测物理量不尽相同，原理、安装形式、适用范围多种多样。知识密集程度高、边缘学科色彩浓技术、工艺复杂因此本课程特点是：内容离散、整体逻辑性不强。但共同之处在于：掌握每种传感器原理、特点及应用，以及处理电路、抗干扰能力等。,六、发展现状传感器面对的是千差万别的具体对象，同一物理量可以用不同传感器进行检测，由于干扰、环境、温度、湿度等环境不同，以及安装方式、体积大小、精度、可靠性的要求不同，故传感器很难大规模生产，从业人员较少、种类繁多，日益成为现代信息技术瓶颈。,七、发展趋势,智能传感器（intelligenttransducer,smartstructure)集成化（硅传感器）微型化（MEMS）高精度、宽量程，多用途新效应、新原理传感器（Z效应、化学、图像、生物传感器）多参数、面、空间量传感器多传感器融合,八、传感器分类1、按被测对象2、按原理3、按原理+被测对象,第二节、生物医学传感器概述,一、生物医学传感器特殊性生物医学传感器同过程控制传感器一样，是利用各种物理、化学、生物效应制成的。但由于应用对象（人体）不同，需考虑可靠性、安全性、生物体相容性，以及对象（人体）对传感器的干扰等因素。1、为了准确测量、减小干扰，通常将物理量直接作用于传感器上，即接触测量。接触测量会使a.人体产生不适；b.人体内产生应急反应，从而改变被测部位的状态，影响被测量的真实性。因而通常采用非接触测量,非接触测量：传感器不与被测介质直接接触。非接触测量特点：不会破坏被测介质的状态，但易受环境的影响，信号中干扰成份多，需进行信号处理以去除干扰。2、为能检测生物体局部信息，又使对生物体的侵扰减小到足够低的程度，发展了体内（植入式、部份插入式）传感器，这相应需考虑体积、能量信号传输方式、材料的生物相容性、安全性等。3、生物信号特点是微弱、低频、背景噪声大，要求传感器有较强的抗干扰能力。4、应充分考虑生物体的特性5、需适应多和环境和使用对象。,二、生物医学传感器的应用,1、检测生物体的信息，相当于医生的五官，使临床诊断由定性发展到定量，如中医的“四诊”量化。监护控制,三、分类,普通传感器分类生物医学传感器,原理,被测对象,原理被测对象,物理传感器,化学传感器,生物传感器,按生物识别器件,按二次传感器件,作业,1、详细阐述传感器定义，并举若干实用例子。2、Page91-3、1-4,