【正文】 要求 關(guān)鍵部件 傳感器 具有好的安全性和可靠性 2:04 PM 95 生物醫(yī)學(xué)傳感器是用于生物體的，除了一般測(cè)量對(duì)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(wèn)題更應(yīng)特別重視。對(duì) 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(huì)被腐蝕，也不會(huì)受生無(wú)排異反應(yīng)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(yīng)適應(yīng)被測(cè)部位的解剖結(jié)構(gòu)，使用時(shí)不應(yīng)損傷組織。 3．傳感器要有 足夠的牢固性 ，在引入被測(cè)部位時(shí)，傳感器不能損壞。 2:04 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(duì)不能加到人體上。 5．傳感器不能給生理活動(dòng)帶來(lái)負(fù)擔(dān)，也不應(yīng)干擾正常的生理功能。 6．對(duì)于植入體內(nèi)長(zhǎng)期使用的傳變器，不應(yīng)引起贅生物。 7．在結(jié)構(gòu)上要便于消毒。 2:04 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(shè)計(jì)和使用傳感器，把意外電擊的危險(xiǎn)減小到最低程度，對(duì)設(shè)計(jì)者和使用者都是十分必要的。 隨著醫(yī)學(xué)儀器的不斷發(fā)展 ,儀器的數(shù)量、種類和復(fù)雜程度不斷增加 ,醫(yī)學(xué)儀器在醫(yī)療中發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。但由于儀器本身的問(wèn)題 ,操作使用或維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)?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(guò)皮膚進(jìn)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(yuǎn)低于宏電擊電流值就會(huì)引起室顫。 2:04 PM 98 生物醫(yī)學(xué)材料的安全性 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用的生物材料必須符合下列要求： a、對(duì)材料本身的要求 ： 耐生物老化性、物理和力學(xué)穩(wěn)定性、易于加工成型、價(jià)格適當(dāng)、可以使用通用方法滅菌。 b、在人體效應(yīng)方面的要求 ： 無(wú)毒性（即化學(xué)惰性）、無(wú)熱源反應(yīng)、不致癌（特別是金屬材料）、不致畸、不引起過(guò)敏反應(yīng)和不干擾機(jī)體的免疫機(jī)制、不發(fā)生材料表面的鈣化沉著、對(duì)于與血液接觸的材料，必須有良好的血液相容性。 2:04 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(dāng)外力去掉后能完全恢復(fù)原來(lái)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(cè)中占有極為重要的地位，不僅應(yīng)用廣泛，而且是某些生物信息檢測(cè)用傳感器的核心部分。 一、彈性敏感元件的作用 2:04 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(cè)參數(shù)，并通過(guò)它將被測(cè)量變換為應(yīng)變、位移等，它直接起到測(cè)量的作用。 （也稱為測(cè)量敏感元件） – 彈性支承 ? 作為傳感器中活動(dòng)部分的支承，起支承導(dǎo)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(yīng)的應(yīng)變或位移，再由轉(zhuǎn)換元件變換成電量 。 2:04 PM 101 – 作用在彈性敏感元件上的外力與其引起的相應(yīng)變形（應(yīng)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(lái)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 2:04 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(xué)表達(dá)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????????????2:04 PM 103 ? 從彈性特性曲線求得剛度的方法 : – 做切線 – 找?jiàn)A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 2:04 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(shí)彈性元件并聯(lián)時(shí)2:04 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(biāo)，兩者互為倒數(shù) – 剛度與靈敏度是從不同的側(cè)面對(duì)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(yīng)用中，彈性元件的不同聯(lián)結(jié)方法對(duì)總的靈敏度影響不同 2:04 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) 2:04 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(guò)程中同一個(gè)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(dǎo)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(shí)其材料分子間存在內(nèi)摩擦 2:04 PM 108 ? 彈性敏感元件所加載荷改變后，不是立即完成相應(yīng)的變形，而是在一定時(shí)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(shí)間因素的影響，對(duì)傳感器的 動(dòng)態(tài)特性 影響尤其明顯 4 彈性后效 2:04 PM 109 ? 彈性滯后和后效在本質(zhì)上是 同一類型的缺點(diǎn) ，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(yīng)用中，應(yīng)該合理的選擇材料，設(shè)計(jì)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(cè)量造成誤差，尤其在 動(dòng)態(tài)測(cè)量 中更 不允許存在這種彈性后效現(xiàn)象 2:04 PM 110 5 固有振動(dòng)頻率 – 彈性敏感元件的動(dòng)態(tài)特性和變換被測(cè)參數(shù)時(shí)的滯后現(xiàn)象，很大程度上與它的固有振動(dòng)頻率有關(guān)。一般總希望它具有較高的固有振動(dòng)頻率。 – 固有振動(dòng)頻率計(jì)算比較復(fù)雜，通常通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。 – 一般計(jì)算時(shí)，只計(jì)算其最低固有振動(dòng)頻率，可用下式進(jìn)行估算 : 振動(dòng)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??2:04 PM 111 關(guān)于固有振動(dòng)頻率的理解 : – 彈性元件的固有振動(dòng)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(dòng)頻率很大程度上 決定彈性元件動(dòng)態(tài)特性的好壞 。彈性元件的動(dòng)態(tài)特性和變換被測(cè)參數(shù)時(shí)的滯后作用，很大程度上與固有振動(dòng)頻率有關(guān)； – 可以通過(guò)提高固有振動(dòng)頻率來(lái)減少動(dòng)態(tài)誤差，但固有頻率會(huì)影響到元件的線性度和靈敏度， 實(shí)際應(yīng)用中必須根據(jù)測(cè)量的對(duì)象和要求，綜合考慮 . 2:04 PM 112 ? 彈性滯后和彈性后效要??； ? 彈性模數(shù)的溫度系數(shù)要小； ? 線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定； ? 彈性極限和強(qiáng)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(jī)械加工和熱處理性能。 彈性敏感元件對(duì)材料的基本要求是 ： 2:04 PM 113 6 彈性敏感元件的形式及其應(yīng)用范圍 在傳感器中，輸入到彈性元件的信號(hào)通常是力或壓力，其它信號(hào)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(yīng)變，亦即 彈性敏感元件將力、壓力變換成為位移或應(yīng)變 ，因此彈性敏感元件可分為： 力 —— 應(yīng)變 的變換； 力 —— 位移 的變換； 壓力 —— 應(yīng)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 2:04 PM 114 力的變換： 彈性敏感元件的形式有實(shí)心或空心圓柱體、等截面圓環(huán)、等截面或等強(qiáng)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(duì)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 2:04 PM 115 壓力膜盒 圓形膜片 金屬波紋膜片 2:04 PM 116 環(huán)行金屬波紋管 波紋管柔性聯(lián)軸器 2:04 PM 117 彈簧管壓力表 2:04 PM 118 電子秤 2:04 PM 119 電子地磅