第二章傳感器的基本知識(shí)課件

第二章傳感器的基本知識(shí)1

傳感器定義:能感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成有用信號(hào)輸出的器件或裝置。上次課主要內(nèi)容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，可能是物理量，也可能是化學(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，可以是力、光、電物理量，主要是電物理量；這是因?yàn)殡娦盘?hào)是最適合于處理、傳輸、轉(zhuǎn)換和定量運(yùn)算。④輸出輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。

傳感器的發(fā)展方向開發(fā)新型傳感器的途徑根據(jù)傳感器的功能要求，它一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、電子線路三部分組成多功能傳感圖像傳感智能傳感化學(xué)量與生物量傳感器新原理新材料新制造手段生物醫(yī)學(xué)傳感器的分類醫(yī)學(xué)上傳感器的主要用途按被測(cè)量分類：物理量、化學(xué)量、生物量按識(shí)別元件分類：酶?jìng)鞲衅?、免疫傳感器、核酸探針傳感器按信?hào)轉(zhuǎn)換器分類：熱敏、壓電、光學(xué)、電化學(xué)。。。。。。檢測(cè)生物體信息：心音、血壓、脈搏。。。監(jiān)護(hù)：長時(shí)間連續(xù)測(cè)定臨床檢測(cè)與診斷：利用化學(xué)量傳感器和生物量傳感器第2章傳感器基本知識(shí)2-1傳感器的靜態(tài)特性2-2傳感器的動(dòng)態(tài)特性2-3傳感器的干擾與噪聲2-4醫(yī)用傳感器的安全性和可靠性2-5生物醫(yī)學(xué)傳感器的安全評(píng)價(jià)2-6傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)2-7彈性敏感元件6傳感器或測(cè)量系統(tǒng)功能框圖不失真地完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換概

述傳感器特性主要是指輸出與輸入間的關(guān)系

靜態(tài)特性：輸入量為常量，或變化極慢動(dòng)態(tài)特性：輸入量隨時(shí)間較快地變化時(shí)傳感器的靜態(tài)特性只是動(dòng)態(tài)特性的一個(gè)特例。概

述§2-1傳感器的靜態(tài)特性

定義：傳感器在被測(cè)量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸入量為恒定值而不隨時(shí)間變化時(shí)，其相應(yīng)輸出量亦不隨時(shí)間變化，這時(shí)輸出量和輸入量之間的關(guān)系稱為靜態(tài)特性。1.傳感器的靜態(tài)特性不含有時(shí)間變量(2-1)傳感器靜態(tài)特性數(shù)學(xué)模型傳感器的靜態(tài)特性可由下列方程式表示：有以下四種情況：（1）線性特性（圖a）X高次項(xiàng)為零，線性方程為：此時(shí)，稱為傳感器的靈敏度線性傳感器

(2)非線性項(xiàng)僅有奇次項(xiàng)（圖b）注意，在圖(b)中,原點(diǎn)附近較大范圍內(nèi)輸出、輸入特性基本上是線性的。另外，輸出－輸入特性曲線關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱（奇函數(shù)性質(zhì)）:(3)非線性項(xiàng)僅有偶次項(xiàng)（圖c）注意，在圖(c)中,相對(duì)線性范圍中心偏離原點(diǎn)。另外，輸出－輸入特性曲線無對(duì)稱性。(4)奇偶次項(xiàng)都有的非線性(圖d)在設(shè)計(jì)傳感器時(shí)，應(yīng)將測(cè)量范圍選取在靜態(tài)特性最接近直線的一小段，靜態(tài)特性可近似線性。此時(shí)原點(diǎn)可能不在零點(diǎn)，以圖(c)為例，如取ab段，則其原點(diǎn)在c點(diǎn)。注意：傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下校準(zhǔn)的.校準(zhǔn)方法：在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)下，1.利用一定精度等級(jí)的校準(zhǔn)設(shè)備；2.對(duì)傳感器進(jìn)行反復(fù)循環(huán)測(cè)試，即可得到輸出一輸入數(shù)據(jù)；3.將這些數(shù)據(jù)列成表格，再畫出各被測(cè)量值的正行程輸出值和反行程輸出值的平均值連接起來的曲線，即傳感器的靜態(tài)校準(zhǔn)曲線。

靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件：傳感器的靜態(tài)校準(zhǔn)2.衡量傳感器靜態(tài)特性的指標(biāo)

1）測(cè)量范圍2）線性度3)遲滯

4)重復(fù)性5)靈敏度

6)精密度和正確度7）靈敏限（分辨力）8）漂移

1）測(cè)量范圍

傳感器的測(cè)量范圍是指按其標(biāo)定的精確度可進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)量的變化范圍，而測(cè)量范圍的上限值

Ymax與下限值Ymin之差就是傳感器的量程

YFS

，即YFS=Ymax-Ymin例如:某溫度計(jì)的測(cè)量范圍為-20~100?C，則其量程

YFS=100?C

-(-20?C)=120?C

2.衡量傳感器靜態(tài)特性的指標(biāo)2）線性度(非線性誤差)傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度。

2）線性度(非線性誤差)定義：在規(guī)定條件下,傳感器校準(zhǔn)曲線與某一選定的擬合直線間的最大偏差與滿量程(F.S)輸出平均值的百分比,稱為線性度

L。采用擬合直線的方法不同，則其擬合后所得到的基準(zhǔn)直線不同，計(jì)算出的線性度也會(huì)不一樣。所以要特別注意：說明某傳感器的線性度是多少時(shí)，不能籠統(tǒng)的說線性度或非線性誤差，必須同時(shí)說明所依據(jù)的基準(zhǔn)直線，即采用什么樣的擬合方法。注意：

a)理論直線擬合（理論線性度）

利用靜態(tài)方程的第一種情況：幾種常用的擬合直線方法:

特點(diǎn)：方法比較明確和方便，但擬合精度較低b）端基法

把傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的零點(diǎn)輸出平均值a0和滿量程輸出平均值b0連成的直線ab作為傳感器特性的擬合直線。

方法簡(jiǎn)單，但因未考慮到所有校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)的分布，擬合精度較低。端基線性度擬合直線式中Y—輸出量

X—輸入量

a0—Y軸上截距

K—直線a0b0的斜率c）最小二乘法假設(shè)擬合直線的方程式為：而實(shí)際測(cè)量了n個(gè)點(diǎn)，則有n個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)Y1、Y2、……Yn。自然就可知，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都與擬合直線有偏差，△i（i＝1，……，n）。xY=a0+KXy最小二乘法擬合直線最小二乘法的原則就是使這些△i之和最小。亦即使對(duì)K和a0的一階偏導(dǎo)數(shù)等于零。來求出K和a0的表達(dá)式3)遲滯

遲滯是描述傳感器的正向和反向特性不一致的程度.遲滯特性傳感器在全量程范圍內(nèi)最大的遲滯差值ΔHmax與滿量程輸出值YFS之比稱為遲滯誤差，用δH表示，即4)重復(fù)性重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變動(dòng)多次所得特性曲線的不一致的程度。重復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差，在數(shù)值上用各測(cè)量值正、反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值的兩倍或三倍與滿量程的百分比。即：

重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差

用貝塞爾公式計(jì)算：5)靈敏度K

傳感器的靈敏度指到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比。靈敏度反映了傳感器對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度6)精密度和正確度(1）精密度是描述在同一測(cè)量條件下，測(cè)量儀表指示值不一致的程度，反應(yīng)測(cè)量結(jié)果中的隨機(jī)誤差的大小。由兩個(gè)因素確定：重復(fù)性、儀表能顯示的有效位數(shù)。

精密度是隨機(jī)誤差大小的標(biāo)志，精密度高，意味著隨機(jī)誤差小。(2）正確度

說明傳感器輸出值與真值的偏離程度。正確度是系統(tǒng)誤差大小的標(biāo)志，正確度高意味著系統(tǒng)誤差小。表示測(cè)量結(jié)果有規(guī)律的偏離真值的程度，它反映了測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的大小。注意：精密度高不一定正確度高，同樣，正確度高不一定精密度高。（a）正確度高而精密度低（b）正確度低而精密度高（c）精度高精度等級(jí)，用A來表示。A定義為：儀表在規(guī)定工作條件下，其最大絕對(duì)允許誤差值相對(duì)儀表測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù)，即：△A為傳感器的絕對(duì)誤差。傳感器與測(cè)量儀表精度等級(jí)A以一系列標(biāo)準(zhǔn)百分?jǐn)?shù)值來進(jìn)行分檔。（0.001，0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.3，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0……）注意：被測(cè)值及其誤差必須用一致的數(shù)值表示。也即，測(cè)量的數(shù)值結(jié)果的有效數(shù)字不應(yīng)超過考慮到結(jié)果的不確定性而確定的可靠測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字。

例如：測(cè)溫，20℃±1℃是對(duì)的，而20℃±0.1℃，20.5℃±1℃和20.5℃±10％是不正確的。例：用量程為5安培，精度等級(jí)為0.5級(jí)的電流表測(cè)量5安培和2.5安培的電流，問其絕對(duì)誤差各為多少？

例：

1.0級(jí)量程0～100V電壓表，

0.5級(jí)量程0～400V的電壓表，要測(cè)量90V的電壓哪一個(gè)較好？7）靈敏限（分辨力）靈敏限是指輸入量的變化不一致引起輸出量任何可見變化的量值范圍。是傳感器能確切反映被測(cè)量的最低極限量，靈敏限愈小，表示傳感器檢測(cè)微量的能力越高。

例如：某血壓傳感器當(dāng)壓力小于0.15KPa時(shí)無輸出，則其靈敏限為0.15KPa。

閾值：當(dāng)一個(gè)傳感器的輸入從零開始緩慢地增加時(shí)，只有在達(dá)到某一個(gè)最小值后，才能測(cè)得輸出，這個(gè)最小值就稱為傳感器的閾值。8）漂移（穩(wěn)定性/長時(shí)間工作穩(wěn)定性）

漂移是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓坎蛔儠r(shí)，輸出量隨時(shí)間發(fā)生的變化。零點(diǎn)漂移溫度漂移產(chǎn)生漂移的原因：1、傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化；2、外界工作環(huán)境參數(shù)的變化。傳感器無輸入(或某一輸入值不變)時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值(或原指示值)，即為零點(diǎn)漂移。零點(diǎn)漂移溫度漂移溫漂表示溫度變化時(shí)，傳感器愉出值的偏離程度。一般以溫度變化1℃輸出最大偏差與滿量程的百分比來表示。1.傳感器的靜態(tài)特性方程2.衡量傳感器靜態(tài)特性的指標(biāo)測(cè)量范圍、線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度、精密度和正確度、準(zhǔn)確度、靈敏限、零點(diǎn)漂移、溫漂內(nèi)容小結(jié)所謂動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。對(duì)于任何傳感器只要輸入量是時(shí)間的函數(shù)，則其輸出量也將是時(shí)間的函數(shù)，其間的關(guān)系要用動(dòng)態(tài)特性來說明?！?-2傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出變化曲線可以完全再現(xiàn)輸入變化曲線，即二者有相同的時(shí)間函數(shù)。除理想狀態(tài)，輸出信號(hào)一定不會(huì)與輸入信號(hào)有相同的時(shí)間函數(shù)，這種輸入輸出之間的差異就是動(dòng)態(tài)誤差。動(dòng)態(tài)測(cè)溫

例如：影響動(dòng)態(tài)特性的“固有因素”任何傳感器都有，只不過它們的表現(xiàn)形式和作用程度不同而已。

標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)：正弦輸入信號(hào)階躍輸入信號(hào)其中第一種最常用。通常根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輸入特性來研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究，最廣泛使用的數(shù)學(xué)模型是線性常系數(shù)微分方程式。只要對(duì)微分方程求解，就可以得到動(dòng)態(tài)特征指標(biāo)。一．動(dòng)態(tài)特性的一般數(shù)學(xué)模型對(duì)于線性定常（時(shí)間不變）系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型為高階常系數(shù)線性微分方程，即(2-9)高階常系數(shù)線性微分方程：若用算子D表示

利用拉氏變換，可以化為：(2-10)(2-11)二階常系數(shù)齊次線性微分方程:和它的導(dǎo)數(shù)只差常數(shù)因子,代入①得稱②為微分方程①的特征方程,1.當(dāng)時(shí),②有兩個(gè)相異實(shí)根方程有兩個(gè)線性無關(guān)的特解:因此方程的通解為(r

為待定常數(shù)),①所以令①的解為②則微分其根稱為特征根.2.當(dāng)時(shí),

特征方程有兩個(gè)相等實(shí)根則微分方程有一個(gè)特解設(shè)另一特解(u(x)待定)代入方程得:是特征方程的重根取u=x,則得因此原方程的通解為3.當(dāng)時(shí),

特征方程有一對(duì)共軛復(fù)根這時(shí)原方程有兩個(gè)復(fù)數(shù)解:

利用解的疊加原理,得原方程的線性無關(guān)特解:因此原方程的通解為小結(jié):特征方程:實(shí)根特征根通解以上結(jié)論可推廣到高階常系數(shù)線性微分方程.零階傳感器二階傳感器一階傳感器電位器式傳感器、變面積式的電容傳感器玻璃液體溫度計(jì)、不帶套管熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)血壓、生理壓力傳感器、加速度型心音傳感器等。生物醫(yī)學(xué)傳感器的三種典型形式1、零階傳感器描述零階傳感器微分方程為:即其中K為靜態(tài)靈敏度(2-12)

【例1】線性電位器就是一個(gè)零階傳感器。2、一階傳感器描述一階傳感器的一階微分方程為：(2-14)(2-15)用算子D表示，則為：一階系統(tǒng)又稱為慣性系統(tǒng)

【例2】表示玻璃液體溫度計(jì)的感溫部，其質(zhì)量為m，比熱為c

，其表面積為S，被測(cè)介質(zhì)和溫度計(jì)之間的熱傳導(dǎo)系數(shù)為h。如不考慮由輻射的傳熱，根據(jù)熱平衡原理有溫度計(jì)感溫部式中T是溫度計(jì)的溫度，Ti是被測(cè)介質(zhì)的溫度，t是時(shí)間，上式可寫成微分方程或3、二階傳感器二階傳感器的數(shù)學(xué)模型：(2-19)用算子D表示為：

K

——

傳感器的靜態(tài)靈敏度，ω0——

傳感器的無阻尼固有頻率，ξ——

傳感器的阻尼系數(shù)，

【例3】測(cè)量心內(nèi)壓的液體耦合導(dǎo)管-壓力傳感器，由經(jīng)血管插入心內(nèi)的充液導(dǎo)管和體外的膜片壓力傳感器組成,如圖2-9a所示。設(shè)導(dǎo)管和壓力室中液體的等效質(zhì)量為m，彈性元件的彈性系數(shù)為k，液體的粘性阻尼為c，當(dāng)導(dǎo)管端的受到壓力為P（t）作用時(shí)，通過液體耦合導(dǎo)管導(dǎo)致傳感器膜片偏移產(chǎn)生一體積位移V（t）。該系統(tǒng)的狀態(tài)可用下列微分方程式表示：(2-20)(2-23)二、傳遞函數(shù)

傳遞函數(shù)是輸出量和輸入量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表示。如果傳遞函數(shù)巳知，那么由任一輸入量求出相應(yīng)輸出量。

若用算子D表示

，得到算子形式的傳遞函數(shù)：

(2-24)需注意：算子形式的傳遞函數(shù)只是輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，書寫時(shí)一定寫成,不能只寫，更不能理解為隨時(shí)間而變化的瞬時(shí)比。傳遞函數(shù)的定義是輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之比。

同樣，如果用拉氏變換法，

傳感器的傳遞函數(shù)用H（s）表示，把輸出的拉氏變換Y(s)

與輸入的拉氏變換X(s)之比為傳遞函數(shù):(2-25)就傳遞函數(shù)來說，拉氏變換形式的傳遞函數(shù)和算子形式的傳遞函數(shù)可以互相轉(zhuǎn)換。

這兩種形式的傳遞函數(shù)都可以用來描述傳感器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，有時(shí)統(tǒng)稱為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。三、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性

傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)就是傳感器對(duì)輸入的動(dòng)態(tài)信號(hào)（周期信號(hào)、瞬變信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)）產(chǎn)生的輸出，即微分方程式（2-9）的解，與輸入類型有關(guān)。瞬態(tài)響應(yīng)：輸出信號(hào)到達(dá)新的穩(wěn)定狀態(tài)以前的響應(yīng)特性稱為瞬態(tài)響應(yīng)。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：當(dāng)時(shí)間t趨于無窮大時(shí)傳感器的輸出狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。

傳感器動(dòng)態(tài)特性的分析方法分別用時(shí)域分析法和頻域分析法分析它們的特征采用正弦信號(hào)作為典型實(shí)驗(yàn)信號(hào)輸入信號(hào)為正弦波X(t)＝Asin

t，輸出量Y(t)與輸入量X(t）的頻率相同，但幅值不等，并有相位差。而且，Y(t)幅值和相位隨輸入信號(hào)頻率

而變，即Y(t)=Bsin（

t+

）。

1、正弦輸入時(shí)的頻率響應(yīng)（穩(wěn)態(tài)響應(yīng)）傳遞函數(shù)：頻率響應(yīng)函數(shù)：所謂頻率響應(yīng)（頻率特性）是指在穩(wěn)定狀態(tài)下，B/A（幅值比）和相位

隨頻率

而變化的狀況。正弦輸入時(shí)的傳感器頻率傳遞函數(shù)為：

正弦輸入時(shí)，傳遞函數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)量，其幅值為輸出幅值對(duì)輸入幅值之比（B/A），相角為輸出相位與輸入相位之差，大多數(shù)傳感器均存在滯后，所以其相角為負(fù)值。(b)圖中的曲線稱為幅頻特性；(c)圖曲線稱為相頻特性。兩者合在一起稱為傳感器的頻率特性。1）零階傳感器的傳遞函數(shù)及頻率特性由上式可知，零階傳感器其輸出和輸入成正比，并且與頻率無關(guān)，因此無幅值和相位失真問題，零階傳感器具有理想的動(dòng)態(tài)特性。

描述一階傳感器的一階微分方程為：(2-14)(2-15)用算子D表示，則為：2）一階傳感器的傳遞函數(shù)和頻率特性2）一階傳感器的傳遞函數(shù)和頻率特性二階傳感器的數(shù)學(xué)模型：(2-19)用算子D表示為：

K

——

傳感器的靜態(tài)靈敏度，ω0——

傳感器的無阻尼固有頻率，ξ——

傳感器的阻尼系數(shù)，

3）二階傳感器的傳遞函數(shù)及頻率特性3）二階傳感器的傳遞函數(shù)及頻率特性傳遞函數(shù)：幅頻特性：相頻特性：（2-35）(1)當(dāng)

/0＜＜1時(shí)，測(cè)量動(dòng)態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)是一致的。(2)當(dāng)

/0＞＞1，被測(cè)參數(shù)的頻率遠(yuǎn)高于其固有頻率時(shí)，傳感器沒有響應(yīng)。(3)當(dāng)

/0＝1，且→0時(shí)，傳感器出現(xiàn)諧振。有極大值，其結(jié)果，使輸出信號(hào)波形的幅值和相位都嚴(yán)重失真?！?-3傳感器的干擾與噪聲在實(shí)際檢測(cè)系統(tǒng)中,生物醫(yī)學(xué)信號(hào)大都是很微弱的低頻信號(hào)，傳感器的工作環(huán)境也是比較復(fù)雜的,并且其與電路之間的連接具有一定的距離,這時(shí)傳送信號(hào)的電纜電阻和傳感器的內(nèi)阻以及放大電路等產(chǎn)生的噪聲,再加上環(huán)境噪聲都會(huì)對(duì)放大電路造成干擾,影響傳感器的正常工作。因此,必須采取有針對(duì)性的措施來提高傳感器抗干擾和噪聲的能力，干擾和噪聲的抑制和消除是傳感器設(shè)計(jì)中要解決的一項(xiàng)關(guān)鍵問題。

干擾和噪聲的區(qū)別，目前還沒有統(tǒng)一的定義，本書定義為：干擾：外部原因?qū)鞲衅髟斐傻牟涣加绊?；噪聲：傳感器?nèi)部元件所引起的。一、干擾(1)機(jī)械干擾:是由于機(jī)械的振動(dòng)或沖擊,使傳感器系統(tǒng)的敏感和轉(zhuǎn)換元件發(fā)生振動(dòng)、變形,使連接導(dǎo)線發(fā)生位移等,這些都將影響傳感器電路的正常工作。主要是采取減振措施來解決。(2)音響干擾:一般功率不大,特別是在醫(yī)院和生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)是環(huán)境中?？刹捎酶粢舨牧献鰝鞲衅鞯臍んw，或?qū)⑵浞旁谡婵杖萜髦惺褂谩?3)熱干擾:設(shè)備和元器件在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量所引起的溫度波動(dòng)以及環(huán)境溫度的變化等會(huì)引起傳感器電路的元器件參數(shù)發(fā)生變化,從而影響了傳感器電路的正常工作。易受此影響的傳感器有：電容式、電感式、金屬熱電阻式、熱電偶式傳感器等。通常采取的方法有熱屏蔽、恒溫措施、對(duì)稱平衡結(jié)構(gòu)、溫度補(bǔ)償技術(shù)等。(4)電和磁干擾:

a、靜電干擾：靜電感應(yīng)b、電磁干擾：電磁波污染屏蔽技術(shù)：用低電阻材料或高磁導(dǎo)率材料制成容器,將需要防護(hù)的部分包起來。這種防靜電或電磁感應(yīng)所采取的措施稱為“屏蔽”。屏蔽的目的是隔斷場(chǎng)的耦合,既抑制各種場(chǎng)的干擾。屏蔽可分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和磁屏蔽。接地技術(shù)：一類接地稱為保護(hù)接地,可以保證人員和設(shè)備的安全;另一類接地稱為屏蔽接地,采用屏蔽層接地,能起到良好的抗干擾作用。濾波：它是一種只允許某一頻帶信號(hào)通過或阻止某一頻帶信號(hào)通過的一種抑制干擾措施。濾波方式有無源濾波、有源濾波和數(shù)字濾波。(5)光干擾:半導(dǎo)體元器件在光線的作用下會(huì)激發(fā)出電子—空穴對(duì),使半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生電勢(shì)或引起電阻值的變化?？刹捎霉馄帘蝸硪种?。

(6)濕度的干擾:環(huán)境濕度的增大會(huì)使絕緣電阻下降、漏電流增加,這樣電路的參數(shù)就會(huì)發(fā)生變化?？刹扇》莱贝胧?如浸漆、環(huán)氧樹脂或硅橡膠封灌等。(7)塵埃干擾:環(huán)境灰塵的加重,也會(huì)造成漏電流增加,電路的參數(shù)發(fā)生改變?？梢圆扇鞲衅髅芊馄饋?以及增加其它的防塵措施。(8)化學(xué)干擾:化學(xué)物品中的酸、堿及腐蝕性氣體等通過腐蝕作用損壞元器件,造成傳感器電路不能正常工作。一般采取的措施是密封和保持傳感器的清潔。(9)射線輻射干擾:射線會(huì)使氣體電離、半導(dǎo)體激發(fā)出電子—空穴時(shí),金屬逸出電子等,從而使傳感器系統(tǒng)的正常工作受到影響。主要是對(duì)射線進(jìn)行防護(hù)。二、噪聲(1)電阻熱噪聲:任何電阻的兩端即使沒有外加電勢(shì)，也會(huì)有一定的交變電壓，這就是材料內(nèi)的自由電子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓，其均方根值為：采取降低元件溫度、限制電路帶寬以及使用低阻值元件的方法。(2)散粒噪聲:是由電子（或空穴）隨機(jī)地發(fā)射而引起的，存在于電子管和半導(dǎo)體兩種元件上。在光電管和真空管等器件中，散粒噪聲來自于陰極電子的隨機(jī)發(fā)射，而半導(dǎo)體器件中則來自于載流子的隨機(jī)擴(kuò)散以及空穴-電子對(duì)的隨機(jī)發(fā)射及復(fù)合。由光電管、半導(dǎo)體的物理特性決定，故實(shí)際傳感器設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選低噪聲管。(3)1/f噪聲:由于導(dǎo)體的不完全接觸等制造工藝及材料方面的原因，電子管中還存在著的一種功率譜與頻率成反比的噪聲。1/f噪聲發(fā)生在兩種不同材料的導(dǎo)體相接觸的部位，其大小與直流電流成正比，振幅為高斯分布，噪聲電流均方值為：K由導(dǎo)體形狀及材料決定

對(duì)于頻率較低的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的測(cè)量，此類噪聲所產(chǎn)生的噪聲是不可忽略的，必須加以抑制，這只能從改進(jìn)器件的制造工藝方面著手?！?-4醫(yī)用傳感器的安全性和可靠性

由于醫(yī)療儀器的使用對(duì)象是人體，并且主要是病人，醫(yī)療儀器的安全性尤為重要，因?yàn)樯婕暗缴踩Ｋ栽谘兄坪褪褂冕t(yī)學(xué)電子儀器時(shí)，既要考慮儀器在診斷或治療中的有效性，又要考慮考慮到對(duì)人體的安全性。另外，在診療儀器中，如果診斷用的測(cè)定儀器不能正常工作，則產(chǎn)生錯(cuò)誤診斷；治療儀器不能正常工作時(shí)，則不能充分治療或由于治療過度產(chǎn)生危險(xiǎn)?？梢姡\療儀器的可靠性直接和安全性問題相關(guān)。要求關(guān)鍵部件---傳感器具有好的安全性和可靠性生物醫(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)受生物排異反應(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。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。

1、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)揮的作用也越來越大。但由于儀器本身的問題,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、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：無毒性（即化學(xué)惰性）、無熱源反應(yīng)、不致癌（特別是金屬材料）、不致畸、不引起過敏反應(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。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)原來的尺寸和形狀的變形?！?-7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。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表示。彈性特性可能是線性的（1），也可能是非線性的（2、3）二、彈性特性彈性特性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：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)A2.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。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