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1、医用传感器总复习题及答案一、填空题1、通常希望传感器的输入和输出之间具有一一对应关系，这样的传感器才能 如实反映待测的信息。2、直流电桥的补偿包括零位补偿、温漂补偿、非线性补偿、灵敏度温漂补 偿。2差动式电感传感器是利用位移的变化使线圈间互感量发生变化，从而实现 机电转化的装置。4、医用电极按工作性质可分为检测电极和刺激电极，心电图仪所用电极属于 检测电极。5、电容式传感器根据其组成原理分为变面积型、变极距型和变介质型。6、金属电阻应变片敏感栅的形式和材料很多，其形式以箔式式应变片用的多， 材料以卡码合金和 康铜用的最广泛。7、霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而被测量，如电流、磁场、
2、 位移、压力等转换成电动势输出的一种传感器。8、生物医学上常用的气敏电极有氧电极和二氧化碳电极。9、几乎所有的物质的电阻率都随其本身的温度的变化而变化，这一物理现象 称为热电阻效应。10、超声换能头主要利用压电晶体作为换能元件。11、在生物医学中，测量血流量常用 磁电式 式传感器。12、作为金属-半导体型的硒光电池，因为具有光谱峰值处于人的视觉范围内 的特点，且价格便宜，所以广泛用于多种分析测量仪器中。13、常见的压电材料有石英晶体、压电陶瓷和高分子压电聚合材料。14、电涡流式传感器可以测量位移、厚度、加速度等物理量，其本身不与被 测对象接触，适于生理测量工作。15、传感器就是通过敏感元件、传
3、感元件和电子线路把非电生物信息转化成 电学量的装置16、在传感器测量电路中，应用电桥测量线路把电阻变化转化成电流或电压变 化的线路。17、自感式传感器是利用位移的变化使线圈的自感量发生变化的一种机电转换 装置18、电化学传感器不仅能监测离子而且能测定溶解在生理液体中的气体。19、医用电极按工作性质可分为检测电极和刺激电极。20、电阻应变效应是指在一定的范围内，拉伸金属导体，金属导体的电阻变 化和应变成正比。21、电容式传感滞根据其组成原理分为变面积型、变极距型和变介质型。22、霍尔元件是N型半导体制成的扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对 电极。一对叫激励电极用于引入控制电流；另一对叫霍尔
4、电极，用于引出霍 尔电势。23、湿敏电阻是一种电阻随环境温度变化而变化的敏感元件。24、测量血压可以选择 电容式/压电式 式传感器。25、正压电效应是将 压力变化转换为电变化，这种传感器称为非谐振式压电传 感器。26、光电耦合器CCD的基本功能是将动态（动态/静态）的光学图像转化成电 信号，该器件被广泛应用于各种光电信息处理系统。27、化学传感器是一种测量溶液中离子活度的微型固态电化学敏感器件，他的 输入阻抗高，输出阻抗低，信噪比高，响应快，颇适用于医学中检测各种生理参 数。28、生物医学测量中常用珠状或薄片状的热敏电阻作为温度测量探头。二、选择题1、根据传感器的性质分类，以下属于化学传感器的
5、是：A.刺激电极B.微生物传感器C.光电传感器D.离子选择电极2、在传感器静态特性指标里，描述传感器输出变化量和输入变化量比值的是：A.测量范围B.测量范围C.线性度D.灵敏度3、由于玻璃电极阻抗很高，因此要求电位测量电路为阻抗特点是：A.阻抗低，电流低B.阻抗低，电流大C.阻抗高，电流大D.阻抗高，电流小4、基于外光电效应的光电器件有：A.光敏电阻B.光敏二极管C.光导管D.光电管。5、传感器的灵敏度是电桥测量技术的重要指标，在同一输入电压的条件下，灵 敏度最高的电桥是：A.单臂变化B.双臂变化C.三臂变化D.四臂变化6、通常用电阻应变片传感器测量。A.电阻 B.扭矩 C.流量 D.压力7、
6、热电偶中产生热电势的条件是：A.两接触点材料相同B.两接触点材料不同C.两接触点的温度相同D.两接触点的温度不同8、压电式传感器目前多用于测量。A.静态的力或压力B.加速度C.速度D.动态的力或压力9、医学上通常用压电式传感器测量。A.厚度B.心音C.温度D.位移10、在测量位置的传感器中，较其他位置传感器具有明显的优点，线性度好，结 构简单，加工方便的传感器是。A.光电式位置传感器B.霍尔式位置传感器C.电感式位置传感器D.电容式位置传感器11、根据传感器的性质分类，以下属于物理传感器的是：A气敏电极B离子选择电极C微生物传感器D光电传感器12、以下不属于传感器静态指标的是：。A.灵敏度B测
7、量范围C.线性度D.瞬态响应13、压电传感器的阻抗特点是：A.低输出阻抗，高输出信号B.低输出阻抗，低输出信号C.高输出阻抗，高输出信号D.高输出阻抗，低输出信号14、下图为电桥测量电路，灵敏度是电桥测量技术的重要指标，在同一输入电压 的条件下，灵敏度最高的电桥是的电桥：A.单臂变化B.双臂变化C.三臂变化D.四臂变化15、通常用热敏电阻测量。A.电阻B.扭矩C.压力D.温度16、光电管的光电特性是指光电管上阳极电压和入射光频谱不变条件下。A.入射光的频谱与光电流的关系B.入射光的光通量与光强的关系C.入射光的频谱与光通量的关系D.入射光的光通量与光电流的关系17、光敏三极管的结构可以看成，用
8、光敏二极管替代普通三极管中的。A.集电极B.发射极C.其它D.基极18、热电偶中产生热电势的条件是：A.两接触点的材料相同B.两接触点的材料不同C.两接触点的温度相同D.两接触点的温度不同19、固态压敏电阻在某一方向上承受应力时，它的电阻值发生显著变化，这是由 哪些方面因素发生显著变化引起的。A.极化电荷B.几何尺寸C.晶面上电荷D.电阻率20通常用差动变压器传感潜测量。A.厚度B.振动C.加速度D.位移三、综合题电阻乱感器的测量电路中常用到电桥测量线路：（1）电阻传感器测量电路中，电桥测量线路的作用是什么？ （5分）将电阻的变化转化成电压或电流的变化，不仅电阻应变片式传感器，而其他电阻 传感
9、器也常常那个利用它进行变化，以便进一步进行放大或记录。（2）画出直流电桥的测量电路，并写出电桥平衡条件的公式。（6分）平衡条件:R1R4=R2R3（3）在生物医学中常用等臂电桥，若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？写 出各自的电压灵敏度。（6分）单臂变化，Su=0. 25U双臂变化，Su=0. 5U四臂变化，Su=U图1测量流动血液的氧电极图1是测量流动血液的氧电极（1）标出图中各字母代表电极的具体名称及溶液的成分（每空2分，共8分）A代表玻璃膜B代表KCL溶液C代表销电极D代表AgCI电极（氯化银电极）（2）简述氧电极测量血液中（Po2）氧气的原理。（5分）该电极被加热后，电极卜.面的毛细血
10、管扩张，血流量增加提供多余的氧，扩散到 皮肤表面，透过透氧膜进入玻璃电极，通过测量玻璃电极和参比电极的电位差， 可以得到氧气浓度和电压的关系，从而测量氧的含量。1据扩散硅型脉搏计的工作原理图完成填空（10分）压阻式传感器的特点是体积小、精度高、频响范围广，目前在医学中的应用日益 广泛。图1为扩散硅型脉搏计的结构图。其核心为一扩散硅膜片，硅膜片上扩 散有4个接成全桥的电阻，隐线由导线引出，脉搏计的室内充有硅油，以传 递由硅橡胶膜感受到的硅油变化，压阻效应引起力敏电阻的变化，此变化经测量电路产生输出电压。图12 （共10分）（1）何谓热电阻效应？（4分）儿乎所有物质的电阻率都随其本身的温度的变化而
11、变化，这一物理现象称为热电 阻效应。（2）画出热敏电阻测温电路（直流温差电桥）。（6分）3 （10 分）（1）电极电位是怎样产生的，其绝对值又是怎样确定的？ （5分）当将金属M浸于其离子M2的溶液时，在金属与溶液的界面上发生反应产生电极 电位。单个电极的电极电位绝对值至今无法测出，但是由两个电极组成的电池，两极之 间的电位差可测出，若其中一个电极电位为零，则灵位一个电极的电极电位便 可测定。（2）常用的参比电极有哪些？ （5分）常用的参比电极有：标准氢电极，甘汞电极，银/氯化银电极医用传感器重点、习题解答、例题解答第一章*PPT 重点：L传感器的定义和组成定义：传感器：能感受（或响应）规定的被
12、测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置一一传感器通用术语生物医学传感器：能将各种被观测的生物医学中的非电量转换为易观测的电学量 的一类特殊的电子器件组成：2 .传感器的作用提供信息监护生化检验自动控制参与治疗3 .医用传感器的特性和要求特性：足够高的灵敏度尽可能高的信噪比良好的精确性良好的稳定性足够快的响应速度较好的互换性要求：生物相容性物理适形性&电的安全性使用方便性*课后习题：1 .生物医学信号有那些特点？由此对医用传感器有那些要求？答：生物医学信号的特点：非电量、信号微弱、信噪比低、频率低；对医用传感器的要求：高灵敏度、高信噪比、良好的精确性、足够快的响应速度、 良好的稳定性和
13、较好的互换性。2 .为什么说检测类仪器的整体结构中，传感器起着关键性的作用？答：由于生物医学信号所具有的特点，使得仅仅依靠放大电路的模拟滤波和计算 机的数字滤波很难达到检测的要求，而传感器是将非电量转换为电学量的器件， 决定着检测的可能性和检测仪器的精确性、可靠性和应用范围。3 .医用传感器有那些用途和分类方法？答：用途：提供信息监护生化检验自动控制参与治疗；分类方法：()按工作原理分类：物理传感器化学传感器生物传感器按被测量的种类分类：位移传感器流量传感器温度传感器速度传感器 压力传感器按与人体感官相对应的传感器的功能分类：视觉传感器听觉传感器嗅觉 传感器.医用传感器主要是用于人体的，与一般
14、传感器相比，还必须满足那些条件 答：生物相容性；物理适形性；电的安全性；使用方便性。第二章PPT重点1 .传感熊的静态特性当输入量处于稳定状态或发生较为缓慢的变化时的输入量与输出量之间的关系。通常由传感器的物理、化学和生物的性质来决定。2 .掌握静态特性方程在不考虑迟滞、蠕变和不稳定性等因素：y是输出信号x是输入信号aO是无输入时的输出，零位输出(即传感器的零偏)al：传感器的线性灵敏度a2、a3、an：传感器的非线性项系数不考虑零位输出：理想线性特性，如图2-1 (a)非线性项次数为偶数，如图2-1 (b)非线性项次数为奇数，如图2-1 (c)一般情况，如图27 (d).掌握静态特性指标测量
15、范围传感元件测量范围有限制变换电路工作范围有限制灵敏度传感器达到稳定后输出变化量Ay对输入变化量的比值，通常用k表示：线性度传感器特性曲线与你和直线间最大偏差（Y_max）与传感器满量程（FS）输出值（Y_fs）的百分比，用L代表线性度迟滞对应于统一大小的输入信号，传感器正反行程的输出信号大小不等，这种现象称 为迟滞。大小用正向和反向行程的输出信号间的最大偏差（Hjnax）与满量程 输出值（Y_fs）的百分比来表示各种传感元件材料的物理性质是产生迟滞现象的原因稳定性传感器输入端加进同样大小的输入时，最理想的情况是不管什么时候输出值的大 小保持不变。漂移：传感器在连续使用过程中，即使输入保持一定
16、，有时也会出现输出朝一个 方向偏移的现象。输入值是零也会发生漂移。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移。零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和 温度漂移时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化温度漂 移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度漂移习题：1、传感器的静态特性是什么？有哪些性能指标？如何计算和处理？参考上面总结归纳的第二章重点1. 2. 3.2、用传感器静态方程说明差动测量方法的优点。例题：第三章*PPT重点电阻式传感器1.应力和应变参考课本p202.应变片式传感器：金属应变效应金属导体的电阻值随其机械变形而发生变化 的现象。性能指标：（）灵敏系数应变片的灵敏系数K恒小于线材的灵
17、敏系数KO o原因主要是胶层传递变形失真 及横向效应。金属应变片的电阻相对变化与应变在很宽的范围内均为线性关系。横向效应因弯折处应变的变化使灵敏系数减小的现象称之为应变片的横向效应温度特性应变片电阻随温度变化，产生原因有二应变感栅的金属电阻本身随温度发生变化试件材料与应变材料的线膨胀系数不同引起应变片附加形变R t /R 0 = a At k (P s - P g) At令 at= a k ( P s - Pg)则 4R t =R0 a t AtR t：温度为t时的电阻值；RO：温度为tO时的电阻值；a ：电阻温度系数Pg :应变片线膨胀系数Ps :试件线膨胀系数最高工作频率机械应变以相同于声
18、波速度的应变波形式在材料中传播。*垂直方向传播：可忽略。*在敏感栅长度方向传播：应变片反映应变片长度内应 变量的平均值。应变片的最高工作频率与应变片线栅的长度(或称基长)有关。3 .固态压阻式传感器半导体的压阻效应：半导体材料在机械应力的作用下，材料 本身的电阻率会发生较大的变化.电阻式传感器测量电路直流电桥差动电桥单臂 U0=0. 25U*AR/R双臂 U0=0. 5U*AR/R四臂(全桥电路)U0=U*AR/R习题：P41、8、 解：根据灵敏系数的概念可知：所以，根据单臂变化的等臂电桥的输出电压公式：9、第四章*重点一、电容式传感器基本工作原理、结构和特点二、电容式传感器测量电路交流电 桥
19、变压器电容电桥差动脉宽调制电路运算放大器测试电路三、电容式传感器的应 用*例题置于某储存罐的电容式液位传感器由半径为20nlm和4nlm的两个同心圆柱体组成, 并于存储罐等高。存储罐也是圆柱体，半径为25cm,高为1.2m,被储存液体的 介电常数为2.1.试计算传感器的最大电容和最小电容以及传感器用在该存储器 内时的灵敏度。* *习题1.已知：平板电容传感器极板间介质为空气，极板面积，间隙。试求传感器初始 电容值；若由于装配关系，两极板间不平行，一侧间隙为，而另一侧间隙为。求 此时传感器电容值。解：初始电容值式中如图3-1所示两极板不平行时求电容值6.二极管环形检波测量电路。C1和C2为差动式
20、电容传感器，C3为滤波电容， RL为负载电阻。R0为限流电阻。UP是正弦波信号源。设RL很大，并且 C3C1,C3C2O试分析此电路工作原理； 画出输出端电压UAB在C1=C2、CDC2、C1C2三种情况下波形图;推导的数学表达式。解：工作原理：UP是交流波信号源，在正、负半周内电流的流程如下。正半周F点负半周B点由以上分析可知：在一个周期内，流经负载电流RL的电流H与C1有关, 12与C2有关。因此每个周期内流过负载对流II 12的平均值，并随C1和C2而 变化。输出电压UAB可以反映C1和C2的大小。UAB波形图如图3-5（b）所示。由波形图可知，则=（RL很大故可化简，可忽略）输出电压平
21、均值，式中K为滤波系数。第五章*重点一、电涡流式电感传感器原理二、相敏检波电路工作原理第六章* *例题一、已知某压电式传感器测量低信号频率f =lHz,现要求在1Hz信号频率时其 灵敏度下降不超过5%,若采用电压前置放大器输入回路总电容C1二500pFo求 该前置放大器输入总电阻Ri是多少？二、如图所示电荷前置放大器电路，已知Ca = lOOpF , Ra =, CF =10pF若 考虑引线Cc的影响，当A0 =104时，要求输出信号衰减小于1%。求使用90pF/m 的电缆其最大允许长度为多少？第七章*例题已知某霍尔元件尺寸为长1二10mm,宽b=3. 5mm,厚d=lmmo沿1方向通以 电流
22、I=1.0mA,在垂直于bXl面方向上加均匀磁场B=0. 3T,输出霍尔电势 UH = 6. 55mVo求该霍尔元件的灵敏度系数KH和载流子浓度n是多少？ 第八章*例题例1.热端为100、冷端为0时，银铝合金与纯的组成的热电偶的热电动势为2. 95mV,而考铜与纯钳组成的热电偶的热电动势为-4.0mV,求银铭和考铜组合而 成的热电偶所产生的热电动势？例2.用银铭-银硅热电偶测某一水池内水的温度，测出的热电动势为2.436制。 再用温度计测出环境温度为30 （且恒定），求池水的真实温度。*习题用补偿热电偶可以使热电偶不受接线盒所处温度tl变化的影响如图所示接法。试用回路电势的公式证明解：如图1.
23、118(a)所示，AB为测温热电偶，CD为补偿热电偶，要求补偿热电偶CD热电性质与测温热电偶AB在0-100范围内热电性质相近，即有EAB(t)=ECD(t)o 1.118 电路图根据热电特性，可以画出如图1. 120(b)等效图。因此回路总电势EABCD(t, tl, tO)主要是由四部分接触电势组成。则有：EABCD(t, tl, tO)=EAB(t) ECD(tO) EBD(tl) EAC(tl) (1)根据热电势特性，当回路内各点温度相等时，回路电势为冬。即当t=tO=tl时,EABCD=O得：EBD(tl)=EAC(tl) ECD(tl) EAB(tl) (2)因为EAB(tl)=ECD(tl),故式等于零。此时将式代人式有：EABCD(t, tl, tO)=EAB(t) ECD(tO) EAB(t) EAB(tO) EAB(t, tO)由以上结果可知与接线盒处的温度tl无关，只要保持补偿热电偶处tO恒定即可 正常测温。