【正文】 生物醫(yī)學(xué)傳感器的特殊性 第一章 緒論（作業(yè)） 1. 什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？并說出各部分的作用及其相互間的關(guān)系。 生物醫(yī)學(xué)傳感器的使用對(duì)象極為廣泛，使用環(huán)境多種多樣，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮 分別適應(yīng)各種對(duì)象和環(huán)境。除了通過后續(xù)電路進(jìn)行處理外，重要的是 優(yōu)化傳感器的設(shè)計(jì) ，防止噪聲、干擾的混入，使其具有高的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，不失真。 生物醫(yī)學(xué)傳感器的特殊性 對(duì)于植入體內(nèi)使用的傳變器應(yīng)考慮其微型化、能量及信息的傳輸方式，插入或植入材料的 生物相容性 及 安全性 等要求。 應(yīng)注意生物傳感器的以下幾個(gè)方面的特殊性： 對(duì)人體測(cè)量時(shí)，應(yīng)盡量 避免傳感器干擾人的正常生理、生化狀態(tài) ，盡量 避免 給人的正?；顒?dòng)帶 來負(fù)擔(dān)或痛苦 。它是利用 化學(xué)傳感 器 和 生物傳感器 來獲取，是診斷各種疾病必不 可少的依據(jù)。 體外循環(huán)中的血流、血壓控制等。 例如： 自動(dòng)呼吸器 就是用傳感器檢測(cè)病人 的呼吸信號(hào)來控制呼吸器的動(dòng)作，使之與人體 呼吸同步。 在 ICU病房 ， 對(duì)危重病人的體溫 、 脈搏 、 血壓 、 呼吸 、 心電等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)護(hù)的監(jiān)護(hù)儀 。 如：先心病病人手術(shù)前須用血壓傳感器測(cè) 量心內(nèi)壓力，估計(jì)缺陷程度。 生物醫(yī)學(xué)傳感器的分類 生物傳感器的分類按構(gòu)成原理 （ a）根據(jù) 生物識(shí)別器件（敏感物質(zhì)） 分類： 酶 傳感器 免疫 傳感器 微生物 傳感器 組織 傳感器 細(xì)胞 傳感器 DNA傳感器 （ b）根據(jù) 信號(hào)轉(zhuǎn)換器 分類： 熱敏 生物傳感器 場(chǎng)效應(yīng)管 生物傳感器 壓電 生物傳感器 光學(xué) 生物傳感器 電化學(xué) 生物傳感器 聲波道 生物傳感器 酶電極 生物傳感器 介體 生物傳感器 生物醫(yī)學(xué)傳感器的分類 生物醫(yī)學(xué)傳感器的其它分類方法： 按被測(cè)對(duì)象： 如血壓傳感器、葡萄糖傳感器、基因傳感器等 按工作原理： 如光纖傳感器、超導(dǎo)傳感器、免疫傳感器等 按尺寸分類： 如微型傳感器、分子傳感器等 按使用方法： 如一次性傳感器、植入式傳感器等 按功能分類： 如多參數(shù)傳感器、智能傳感器等 按工藝分類： 如厚膜傳感器、集成傳感器等 目前比較流行的分類方法 “功能 +特征” ： 如葡萄糖氧化酶?jìng)鞲衅鳌⑵咸烟枪饫w傳感器等 生物醫(yī)學(xué)傳感器的分類 （ 1） 檢測(cè)生物體信息： 檢測(cè)正?；虍惓Ｉ韰?shù)。 生物傳感器 ： 用于測(cè)量酶、抗原、抗體、激素、 DNA、 RNA等物質(zhì)，被測(cè)量都屬于化學(xué)量（被測(cè)物質(zhì)分子量較大）。 化學(xué)傳感器 : 用于測(cè)量人體內(nèi)某些化學(xué)成分、濃度、 PH值等，被測(cè)量都屬于化學(xué)量（被測(cè)物質(zhì)分子量較?。?。 傳感器的組成和分類 按被測(cè)量分類（一種宏觀分類方法） 物理傳感器 : 用于測(cè)量血壓、體溫、血流量、生物磁場(chǎng)等，被測(cè)量都是物理量。 四、傳感器的分類 光電傳感器 傳感器的組成和分類 按照物理原理分類 ★ 電參量式傳感器：電阻式 、 電感式 、 電容式等； ★ 磁電式傳感器：磁電感應(yīng)式 、 霍爾式 、 磁柵式等； ★ 壓電式傳感器：聲波傳感器 、 超聲波傳感器； ★ 光電式傳感器：一般光電式 、 光柵式 、 激光式 、 光電碼盤式 、 光導(dǎo)纖維式 、 紅外式 、 攝像式等； ★ 氣電式傳感器：電位器式 、 應(yīng)變式； 四、傳感器的分類 ★ 熱電式傳感器：熱電偶 、 熱電阻； ★ 波式傳感器：超聲波式 、 微波式等； ★ 射線式傳感器：熱輻射式 、 γ射線式； ★ 半導(dǎo)體式傳感器：霍耳器件 、熱敏電阻； ★ 其他原理的傳感器：差動(dòng)變壓器 、 振弦式等 。傳感器將從被測(cè)對(duì)象獲取的信息能量直接轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)能量 ， 主要由能量變換元件構(gòu)成 ， 不需要外電源 。 又如所有半導(dǎo)體傳感器 、 所有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬 、 半導(dǎo)體 、 陶瓷 、 合金等性能變化的傳感器 ， 都屬于物性型傳感器 。 物性型傳感器的性能隨材料的不同而異 。 這種法則 ， 大多數(shù)是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出 。 四、傳感器的分類 各種彈性敏感元件傳感器 傳感器的組成和分類 物性型傳感器 利用 物質(zhì)定律 構(gòu)成的 ， 如虎克定律 、歐姆定律等 。 對(duì)于傳感器 ， 這些方程式就是許多傳感器在工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型 。 電容式壓力傳感器 壓電式加速度傳感器 電位器式壓力傳感器 幾個(gè)典型傳感器的圖用圖形符號(hào) Ｐ a P 傳感器的定義和組成 按工作機(jī)理： 物理型、化學(xué)型、生物型等 按構(gòu)成原理： 結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類 根據(jù)能量轉(zhuǎn)換： 能量控制型和能量轉(zhuǎn)換型傳感器 按照物理原理分類： 十種 按照用途分類 ： 位移、壓力、振動(dòng)、溫度等傳感器 根據(jù)輸出信號(hào)： 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆與否 ：?jiǎn)蜗蚝碗p向 根據(jù)是否使用電源： 有源傳感器和無源傳感器 四、傳感器的分類 傳感器的組成和分類 結(jié)構(gòu)型傳感器 利用物理學(xué)中 場(chǎng)的定律 構(gòu)成的 ， 包括動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律 ， 電磁場(chǎng)的電磁定律等 。 傳感器的定義和組成 國(guó)標(biāo) GB/T1447993規(guī)定傳感器圖用圖形符號(hào)表示方法： 三、傳感器的圖形符號(hào) Y X 正方形表示轉(zhuǎn)換元件 。 有些傳感器 ， 轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè) ， 要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換 。 二、傳感器的組成 （ 2） 轉(zhuǎn)換元件 T’ ① ② B A T 熱電偶 傳感器的定義和組成 有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成 ， 沒有轉(zhuǎn)換電路 。 二、傳感器的組成 彈性敏感元件 傳感器的定義和組成 實(shí)際上 ， 有些傳感器很簡(jiǎn)單 ， 有些則較復(fù)雜 ， 大多數(shù)是 開環(huán)系統(tǒng) ，也有些是帶反饋的 閉環(huán)系統(tǒng) 。 基本轉(zhuǎn)換電路 ：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。 名稱：傳感器、檢測(cè)器、變送器、探頭等（中文） Sensor， Transducer， Detector（英文） 傳感器的定義和組成 輔助電源 敏感元件 轉(zhuǎn)換元件 基本轉(zhuǎn)換電路 被測(cè)量 電量 敏感元件 ： 直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 一、傳感器的定義 （ Transducer/Sensor） 非電量電測(cè)技術(shù) 工業(yè)測(cè)量 標(biāo)準(zhǔn) 輸出信號(hào) 能量轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換效率 傳感器的定義和組成 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) （ GB766587） 的定義： 能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。 ① 傳感器是測(cè)量裝置 ， 能完成檢測(cè)任務(wù)； ② 輸入量是某一被測(cè)量 ， 物理量 、 化學(xué)量 、 生物量等； ③ 輸出量是某種物理量 ， 便于傳輸 、 轉(zhuǎn)換 、 處理 、 顯示等 ， 可以是氣 、 光 、 電物理量 ， 主要是電物理量 ； ④ 輸出與輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系 ， 且應(yīng)有一定的精確程度 。 根據(jù)傳感器的功能要求，它一般應(yīng)由三部分組成， 即： 敏感元件 、 轉(zhuǎn)換元件 、