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1、医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院首都医科大学首都医科大学医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院引言引言:人机系统的机能对应关系人机系统的机能对应关系外外外外界界界界信信信信息息息息感感感感 官官官官人人人人 脑脑脑脑肢肢肢肢 体体体体人人人人 体体体体 系系系系 统统统统传感器传感器传感器传感器计算机计算机计算机计算机执行器执行器执行器执行器机机 器器 系系 统统Sensor、Transducer“机电五官机电五官机电五官机电五官”医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院传感器信号调理多路模拟开关取样保持检
2、测系统功率放大激励装置低通滤波A/D显示RAMCPUROM键盘计算机总线D/A计算机检测系统基本组成框图计算机检测系统基本组成框图被测对象医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院1-1 1-1 传感器的定义和组成传感器的定义和组成一、一、一、一、传感器传感器传感器传感器(Sensor)的定义的定义的定义的定义 把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。四层含
3、义：四层含义：四层含义：四层含义：（1 1）传感器是一种测量器件或装置）传感器是一种测量器件或装置）传感器是一种测量器件或装置）传感器是一种测量器件或装置测速发电机、发电机测速传感器测速发电机、发电机测速传感器测速发电机、发电机测速传感器测速发电机、发电机测速传感器（2 2）“特定的被测量信息特定的被测量信息特定的被测量信息特定的被测量信息”：非电：非电：非电：非电量量量量发电机是不是传感器？发电机是不是传感器？发电机是不是传感器？发电机是不是传感器？物理量物理量物理量物理量化学量化学量化学量化学量生物量生物量生物量生物量电量电量电量电量医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医
4、学工程学院（3 3）“某种可用信号输出某种可用信号输出某种可用信号输出某种可用信号输出”把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系的电量输出的器件或装置。的电量输出的器件或装置。的电量输出的器件或装置。的电量输出的器件或装置。非电量电测技术非电量电测技术非电量电测技术非电量电测技术把外界信息按一定规律转换成光信号输出的器件把外界信息按一定规律转换成光信号输出的器件把外界信息按一定规律转换成光信号输出的器件把外界信息按一定规律转换成光信号输出的器件。（4 4）“转换转换转换转换”
5、：传感器、变换器、变送器、换能器、：传感器、变换器、变送器、换能器、：传感器、变换器、变送器、换能器、：传感器、变换器、变送器、换能器、转换器、探测器转换器、探测器转换器、探测器转换器、探测器 把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院二、传感器的组成二、传感器的组成敏感敏感元件元件转换转换元件元件被测非电量被测非电量
6、被测非电量被测非电量有用电量有用电量有用电量有用电量医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院性能凌驾于人的感官之上：性能凌驾于人的感官之上：性能凌驾于人的感官之上：性能凌驾于人的感官之上：（1 1）测量人体无法感知的量）测量人体无法感知的量）测量人体无法感知的量）测量人体无法感知的量（3 3）测量范围宽、精确高、可靠性好）测量范围宽、精确高、可靠性好）测量范围宽、精确高、可靠性好）测量范围宽、精确高、可靠性好（2 2）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作 温度传感器：温度传感器：温度传感器：温度传感器：-196 1800-196 1800 压
7、力传感器：压力传感器：压力传感器：压力传感器：0.010.01psipsi 10000psi 10000psi 精度：精度：精度：精度：0.1%0.01%0.1%0.01%可靠度：可靠度：可靠度：可靠度：8 9 8 9 级级级级医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院例例1-1-1 1电子秤电子秤 磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤远距离远距离显示显示医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院热敏电阻用于热敏电阻用于电热水器电热水器的温度控制的温度控制 医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院三、传感器的分类1，物理传感器2
8、，化学传感器3，生物传感器医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院四、传感器的另一分类四、传感器的另一分类电容式、电感式、热电式传感器电容式、电感式、热电式传感器电容式、电感式、热电式传感器电容式、电感式、热电式传感器位移、速度、温度传感器位移、速度、温度传感器位移、速度、温度传感器位移、速度、温度传感器分类方法分类方法分类方法分类方法按输入物理量：按输入物理量：按输入物理量：按输入物理量：按工作原理：按工作原理：按工作原理：按工作原理：按能量关系：按能量关系：按能量关系：按能量关系：按输出信号性质：按输出信号性质：按输出信号性质：按输出信号性质：按构成原理：按构成原
9、理：按构成原理：按构成原理：按构成传感器的功能材料：按构成传感器的功能材料：按构成传感器的功能材料：按构成传感器的功能材料：按高新技术：按高新技术：按高新技术：按高新技术：能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量控制型（无源传感器）能量控制型（无源传感器）能量控制型（无源传感器）能量控制型（无源传感器）模拟式、数字式传感器模拟式、数字式传感器模拟式、数字式传感器模拟式、数字式传感器结构型、物性型传感器结构型、物性型传感器结构型、物性型传感器结构型、物性型传感器半导体传感器半导体传感器半导体传感器半导体传感器集成传感器、智能传感器集成传
10、感器、智能传感器集成传感器、智能传感器集成传感器、智能传感器仿生传感器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感器医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院例、汽车与传感器例、汽车与传感器例、汽车与传感器例、汽车与传感器传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱安全：安全气囊系统、防盗装
11、置、防滑控制系统、防抱安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱 死装置、电子变速控制装置、汽车死装置、电子变速控制装置、汽车死装置、电子变速控制装置、汽车死装置、电子变速控制装置、汽车“黑匣子黑匣子黑匣子黑匣子”环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院2.“2.“汽车导航用传感器汽车导航用传感器汽车导航用传感器汽车导航用传感器”,传感器世界传感器世界传感器世界传感器世界,1997,1997年年年年1 1期期期期3.“3
12、.“汽车安全系统及其传感器汽车安全系统及其传感器汽车安全系统及其传感器汽车安全系统及其传感器”,传感器世界传感器世界传感器世界传感器世界,1997 1997年年年年2 2期期期期参考文献：参考文献：参考文献：参考文献：1.“1.“汽车安全保障传感器市场汽车安全保障传感器市场汽车安全保障传感器市场汽车安全保障传感器市场”，传感器世界传感器世界传感器世界传感器世界，20012001年年年年1 1期期期期医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院五、医用传感器的特点和要求医用传感器有以下特性：（1）较高的灵敏度和信噪比，以保证能检测出微小的有用信息（2）良好的线性和快速响应，
13、以保证信号变换后不失真并能是输出信号及时跟随输入信号的变化（3）良好的稳定性和互换性，以保证输出信号受环境影响小而保持稳定。医用传感器的要求：（1）传感器必须与生物体内的化学成分相容，要求它既不被腐蚀也不给生物体带来毒性。（2）传感器的形状、尺寸和结构应和被检测部位的结构相适应，使用时不应损伤组织，不给生理活动带来负担，也不应干扰正常生理功能。（3）传感器和人要有足够的电绝缘，即使传感器损坏的情况下，人体受到的电压必须低于安全值。（4）对植入体内长期使用的传感器，不应对体内有不良刺激（5）在结构上便于消毒医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院医用传感器Medical
14、 sensor首都医科大学生物医学工程学院六、传感器在医疗及人体医学上的应用六、传感器在医疗及人体医学上的应用六、传感器在医疗及人体医学上的应用六、传感器在医疗及人体医学上的应用医用电子学医用电子学医用电子学医用电子学医用传感器：人体内部温度、血医用传感器：人体内部温度、血 液、呼吸流量、液、呼吸流量、肿瘤、心音、肿瘤、心音、腔内压力、心脑电波腔内压力、心脑电波 等等等等医用传感器的主要用途：医用传感器的主要用途：（1 1）提供诊断用信息；）提供诊断用信息；（2 2）监护；）监护；（3 3）人体控制；）人体控制；（4 4）临床检验。）临床检验。医用传感器Medical sensor首都医科大学
15、生物医学工程学院七、医用传感器的发展1、多功能精密陶瓷与传感器2、生物功能性物质与传感器3、微细加工技术与超小型传感器4、智能化和多功能化医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院八、检测技术的发展趋势八、检测技术的发展趋势 1.不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性：随着科学技术的不断发 展，人们对检测系统的测量精度要求也相应地在提高。近年来，人们研制出许多高精度和宽量程的检测仪器以满足各种需要。人们还对传感器的可靠性和故障率的数学模型进行了大量的研究，使得检测系统的可靠性及寿命大幅度的提高。现在，许多检测系统可以在极其恶劣的环境下连续工作数十
16、万小时。目前，人们正在不断努力进一步提高检测系统的各项性能指标。医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院提高测量精度提高测量精度 数字电压、欧姆表数字电压、欧姆表 将量将量程切换到程切换到2V2V时，最时，最小显示值小显示值为为1V1V医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院提高可靠性提高可靠性承受剧烈振动承受剧烈振动医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院 2.应用新技术和新的物理效应，扩大应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域检测领域月球车月球车医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院
17、2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续）域（续）安全检查安全检查医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院 3.3.发展集成化、发展集成化、功能化的传感器功能化的传感器 可拍照的手可拍照的手机机医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院4.4.采用计算机技术，使检测技术智能化采用计算机技术，使检测技术智能化 面部面部 识别技术识别技术医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院4.4.采用计算机技术，使检测技采用计算机技术，使检测技术智能化（续）术智能化（续）单片机芯片单片机芯片医
18、用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院九、课程及教材2 2、关于教材、关于教材、关于教材、关于教材3 3、参考书及资料、参考书及资料、参考书及资料、参考书及资料:樊尚春樊尚春樊尚春樊尚春.2004.2004.传感器技术及应用传感器技术及应用传感器技术及应用传感器技术及应用.北京：北京航空航天大学出版社北京：北京航空航天大学出版社北京：北京航空航天大学出版社北京：北京航空航天大学出版社 1 1、课程特点：理论性、综合性、实践性很强的学科、课程特点：理论性、综合性、实践性很强的学科、课程特点：理论性、综合性、实践性很强的学科、课程特点：理论性、综合性、实践性很强的学科 内容离散内容离散内容离散内容离散 知识密集程度高知识密集程度高知识密集程度高知识密集程度高 设计与实践设计与实践设计与实践设计与实践