【正文】 要求 關(guān)鍵部件 傳感器 具有好的安全性和可靠性 2:03 PM 95 生物醫(yī)學傳感器是用于生物體的，除了一般測量對傳感器的要求外，必須考慮到生物體的解剖結(jié)構(gòu)和生理功能，尤其是安全性問題更應特別重視。對 安全性的主要要求有： 1．傳感器的 材料 必須有很好的生物相容性，要求它既不會被腐蝕，也不會受生無排異反應的影響 。 一、醫(yī)用傳感器的安全性 2．傳感器的 形狀、尺寸和結(jié)構(gòu) 應適應被測部位的解剖結(jié)構(gòu)，使用時不應損傷組織。 3．傳感器要有 足夠的牢固性 ，在引入被測部位時，傳感器不能損壞。 2:03 PM 96 4．傳感器和身體要有足夠的 電絕緣 ，即使在傳感器損壞的情況下，人體受到的電壓必須低于安全值，不安全的電壓絕對不能加到人體上。 5．傳感器不能給生理活動帶來負擔，也不應干擾正常的生理功能。 6．對于植入體內(nèi)長期使用的傳變器，不應引起贅生物。 7．在結(jié)構(gòu)上要便于消毒。 2:03 PM 97 醫(yī)用傳感器的電氣安全 制定安全的防范措施，正確設計和使用傳感器，把意外電擊的危險減小到最低程度，對設計者和使用者都是十分必要的。 隨著醫(yī)學儀器的不斷發(fā)展 ,儀器的數(shù)量、種類和復雜程度不斷增加 ,醫(yī)學儀器在醫(yī)療中發(fā)揮的作用也越來越大。但由于儀器本身的問題 ,操作使用或維護保養(yǎng)不當?shù)仍蛟斐舍t(yī)療中 偶發(fā)電擊事故日益增多 。 電擊分為宏電擊和微電擊 宏電擊 ， 又稱體外電擊 ，是指電流經(jīng)過皮膚進入及流出人體所產(chǎn)生的觸電現(xiàn)象。漏電流是引起宏電擊的最主要原因。 微電擊 ， 又稱體內(nèi)電擊 ，是指由直接流入心臟組織內(nèi)的電流引起的，故其電流遠低于宏電擊電流值就會引起室顫。 2:03 PM 98 生物醫(yī)學材料的安全性 在醫(yī)學領(lǐng)域使用的生物材料必須符合下列要求： a、對材料本身的要求 ： 耐生物老化性、物理和力學穩(wěn)定性、易于加工成型、價格適當、可以使用通用方法滅菌。 b、在人體效應方面的要求 ： 無毒性（即化學惰性）、無熱源反應、不致癌（特別是金屬材料）、不致畸、不引起過敏反應和不干擾機體的免疫機制、不發(fā)生材料表面的鈣化沉著、對于與血液接觸的材料，必須有良好的血液相容性。 2:03 PM 99 ? 變形 ： 物體在外力作用下而改變尺寸或形狀的現(xiàn)象。 ? 彈性變形 ： 當外力去掉后能完全恢復原來的尺寸和形狀的變形。 ? 彈性元件 ： 具有彈性變形特性的物體。 167。 27 彈性敏感元件 彈性敏感元件在生物信息檢測中占有極為重要的地位，不僅應用廣泛，而且是某些生物信息檢測用傳感器的核心部分。 一、彈性敏感元件的作用 2:03 PM 100 按在傳感器中的作用分為兩類 ： – 彈性敏感元件 ? 感受力、力矩、壓力等被測參數(shù)，并通過它將被測量變換為應變、位移等，它直接起到測量的作用。 （也稱為測量敏感元件） – 彈性支承 ? 作為傳感器中活動部分的支承，起支承導向作用。 要求：摩擦力小、間隙小 彈性元件作用 ： 把力、力矩或壓力等各種形式非電量變換成相應的應變或位移，再由轉(zhuǎn)換元件變換成電量 。 2:03 PM 101 – 作用在彈性敏感元件上的外力與其引起的相應變形（應變、位移或轉(zhuǎn)角）之間的關(guān)系稱為 彈性元件的彈性特性 。彈性特性可用 剛度 或 靈敏度 來表示。 – 彈性特性可能是線性的（圖 1），也可能是非線性的（圖 3） 二、彈性特性 彈性特性 2:03 PM 102 1. 剛度 彈性敏感元件在外力作用下變形大小的量度， 一般用 k表示，它的數(shù)學表達式為： 。－彈性元件產(chǎn)生的變形外力；－作用在彈性元件上的式中：xFlim0 dxdFxFkx????????????2:03 PM 103 ? 從彈性特性曲線求得剛度的方法 : – 做切線 – 找夾角 – 求正切 ? 如果彈性元件的彈性特性是線性的，則其剛度為常數(shù) dxdFk ?? ?t a nA 2:03 PM 104 2. 靈敏度 – 靈敏度就是單位力產(chǎn)生形變的大小。 – 靈敏度是剛度的倒數(shù)，一般用 K表示。 ???????niniiiKKKdFdxK11K11彈性元件串聯(lián)時彈性元件并聯(lián)時2:03 PM 105 ? 關(guān)于剛度和靈敏度的理解 – 剛度和靈敏度都是描述彈性特性的指標，兩者互為倒數(shù) – 剛度與靈敏度是從不同的側(cè)面對同一特性的描述 ? 剛度描述的是抵抗變形的能力 ? 靈敏度描述的是變形的能力 – 在傳感器應用中，彈性元件的不同聯(lián)結(jié)方法對總的靈敏度影響不同 2:03 PM 106 3 彈性滯后 彈性元件在彈性形變范圍內(nèi)，彈性特性曲線的加載曲線與去載曲線不重合的現(xiàn)象 彈性滯后現(xiàn)象 彈性變形之差 Δ x叫做彈性敏感元件的 滯后誤差 曲線 1和曲線 2所包圍的范圍稱為 滯環(huán) 2:03 PM 107 ? 關(guān)于彈性滯后的理解 – 彈性滯后與 傳感器的遲滯特性 有關(guān) – 彈性敏感元件的滯后誤差體現(xiàn)的是在加載與去載過程中同一個作用力下 不同的彈性變形 的情況 – 作為敏感元件形變的不同將導致轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換結(jié)果的不同，最終將體現(xiàn)在傳感器的遲滯特性上 – 引起彈性滯后的原因 ：主要是由于彈性敏感元件在工作時其材料分子間存在內(nèi)摩擦 2:03 PM 108 ? 彈性敏感元件所加載荷改變后，不是立即完成相應的變形，而是在一定時間間隔中逐漸完成變形的現(xiàn)象 — 彈性后效現(xiàn)象 ? 彈性后效體現(xiàn)的是 時間因素的影響，對傳感器的 動態(tài)特性 影響尤其明顯 4 彈性后效 2:03 PM 109 ? 彈性滯后和后效在本質(zhì)上是 同一類型的缺點 ，它們與 材料的結(jié)構(gòu) 、載荷特性以及 溫度 等一系列的因素有關(guān)，在應用中，應該合理的選擇材料，設計最優(yōu)的結(jié)構(gòu)和加工方法，從而最大程度地減小由彈性滯后和彈性后效現(xiàn)象產(chǎn)生的誤差。 ? 由于彈性后效現(xiàn)象的存在，彈性敏感元件的形變始終不能迅速的跟著作用力的改變而改變，所以這種現(xiàn)象也是測量造成誤差，尤其在 動態(tài)測量 中更 不允許存在這種彈性后效現(xiàn)象 2:03 PM 110 5 固有振動頻率 – 彈性敏感元件的動態(tài)特性和變換被測參數(shù)時的滯后現(xiàn)象，很大程度上與它的固有振動頻率有關(guān)。一般總希望它具有較高的固有振動頻率。 – 固有振動頻率計算比較復雜，通常通過實驗來確定。 – 一般計算時，只計算其最低固有振動頻率，可用下式進行估算 : 振動質(zhì)量。－彈性敏感元件的等效彈性敏感元件的剛度；—式中：emk)(21Hzmkfe??2:03 PM 111 關(guān)于固有振動頻率的理解 : – 彈性元件的固有振動頻率是描述彈性元件內(nèi)在特性的重要參數(shù)，它 體現(xiàn)的是彈性元件固有的特性 。 – 固有振動頻率很大程度上 決定彈性元件動態(tài)特性的好壞 。彈性元件的動態(tài)特性和變換被測參數(shù)時的滯后作用，很大程度上與固有振動頻率有關(guān)； – 可以通過提高固有振動頻率來減少動態(tài)誤差，但固有頻率會影響到元件的線性度和靈敏度， 實際應用中必須根據(jù)測量的對象和要求，綜合考慮 . 2:03 PM 112 ? 彈性滯后和彈性后效要??； ? 彈性模數(shù)的溫度系數(shù)要??； ? 線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定； ? 彈性極限和強度極限要高； ? 具有良好的穩(wěn)定性和耐腐蝕性； ? 具有良好的機械加工和熱處理性能。 彈性敏感元件對材料的基本要求是 ： 2:03 PM 113 6 彈性敏感元件的形式及其應用范圍 在傳感器中，輸入到彈性元件的信號通常是力或壓力，其它信號必須變換為力或壓力后在輸入到彈性敏感元件，而彈性敏感元件的輸出是位移或應變，亦即 彈性敏感元件將力、壓力變換成為位移或應變 ，因此彈性敏感元件可分為： 力 —— 應變 的變換； 力 —— 位移 的變換； 壓力 —— 應變 的變換； 壓力 —— 位移 的變換； 力矩 —— 角度 的變換等。 力的變換 壓力的變換 2:03 PM 114 力的變換： 彈性敏感元件的形式有實心或空心圓柱體、等截面圓環(huán)、等截面或等強度懸臂梁等 ； 壓力的變換： 彈性敏感元件的形式有彈簧管、膜片、膜盒等 ； 對于平面膜片、波紋管膜片和波紋管等彈性敏感元件 ，其輸入量既可以是力，也可以是壓力 2:03 PM 115 壓力膜盒 圓形膜片 金屬波紋膜片 2:03 PM 116 環(huán)行金屬波紋管 波紋管柔性聯(lián)軸器 2:03 PM 117 彈簧管壓力表 2:03 PM 118 電子秤 2:03 PM 119 電子地磅