第2章-传感器基本知识

1、复复感感器器的的定定义义和和组组成成n医医用用传传感感器器的的用用途途与与分分类类n医医用用传传感感器器的的特特性性与与要要求求第第2章章传传前前言：言：传传感感2.1 传传感感器器2.1 .态态特特性性的的数数学学表表达达式式为：为：a0：传传感感器器的的零零偏偏a1：传传感感器器的的灵灵敏敏度度a2、a3、an：传传感感器器的的非非线线性性项项系系数数2012nnyaa xa xa x传感器理想的静态特传感器理想的静态特性曲线为一条过原点性曲线为一条过原点的直线的直线Y = a1Xa1：传感器的灵敏度：传感器的灵敏度2420242nnyaa xa xa x32101321nnyaa xa

2、xax2.1.2 静静 指正常工作条件下，传感器能够测量的被测量的总范围，指正常工作条件下，传感器能够测量的被测量的总范围，通常用测量范围的下限值和上限值来表示。通常用测量范围的下限值和上限值来表示。量程量程：测量范围的上限值（或对应的输出值测量范围的上限值（或对应的输出值 ）与下限值（或）与下限值（或对应的输出值）的代数差。对应的输出值）的代数差。如：体温计的测量范围为35-42度，量程为42-35=7度maxFsLk100%Y 拟合直线可以选择理论直线（即理想的静态特性曲线）拟合直线可以选择理论直线（即理想的静态特性曲线）maxFsHk100%Y 各种传感元件材料的各种传感元件材料的物理性

3、质物理性质是产生迟滞现象的原因是产生迟滞现象的原因 yyFSH0 xxFSRmax1正行程的最大重复性偏差正行程的最大重复性偏差 Rmax2反行程的最大重复性偏差反行程的最大重复性偏差检测时也可选取几个测试点，对检测时也可选取几个测试点，对应每一点多次从同一方向趋近。应每一点多次从同一方向趋近。%100/maxFSRRy重复性是指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特重复性是指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。性曲线不一致的程度。重复性误差可用正反行程中最大偏差表示重复性误差可用正反行程中最大偏差表示：K=y/x精密度是随机误差大小的标志，精密度是随机误差大小的

4、标志， 精密度高，意味着随机误差小精密度高，意味着随机误差小正确度是系统误差大小的标志，正确度是系统误差大小的标志， 正确度高，意味着系统误差小正确度高，意味着系统误差小15精确度）精确度）（a a）正确度高而精密度低）正确度高而精密度低在测量中我们希望得到精确度高的结果在测量中我们希望得到精确度高的结果（b b）正确度低而精密度高）正确度低而精密度高 （c c）精确度高）精确度高16A A为传感器测量范围内的为传感器测量范围内的最大绝对允许误差。最大绝对允许误差。.%100%F SAAY传感器与测量仪表精度等级传感器与测量仪表精度等级A A以一系列标准百分数值来进行以一系列标准百分数值来进行

5、分档。（分档。（0.0010.001，0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.30.3，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0） 漂移是指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与被测输漂移是指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。入量无关的、不需要的变化。产生原因：产生原因：一是自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度一是自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。零点漂移或灵敏度漂移又可分为等）。零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移时间漂移和和温度漂移温度漂移，又，又称时漂称时漂(

6、或零漂或零漂)和温漂。和温漂。零点漂移：零点漂移：传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值，即为零点漂移。传感器的零漂可表示为：离零值，即为零点漂移。传感器的零漂可表示为：式中：式中：y为最大零点偏差：为最大零点偏差：YFS为满量程输出。为满量程输出。%100FSYy零漂一般以仪表的示值变化量与时间的长短之比来表示稳一般以仪表的示值变化量与时间的长短之比来表示稳定度。例如，某仪表输出电压值在定度。例如，某仪表输出电压值在8h内的最大变化量内的最大变化量为为1.2mV，则表示为，则表示为1.2mV/(8h)。 温度漂移：温度漂移：传感器的

7、温漂有时称温度稳定性，周围环境温度变传感器的温漂有时称温度稳定性，周围环境温度变化化1而引起的输出变化而引起的输出变化. 一般以温度变化一般以温度变化1，输出最大偏差与满量程的百分比来表，输出最大偏差与满量程的百分比来表示，即示，即 %100maxTYyFS温漂 式中：式中：ymax为输出最大偏差：为输出最大偏差：YFS为满量程输出；为满量程输出；T为温为温度变化范围。度变化范围。 输入信号变化时，引起输出信号也随时间变化，这个过程叫输入信号变化时，引起输出信号也随时间变化，这个过程叫响应。响应。 传感器的动态特性传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应是指其输出对随时间变化的输入

8、量的响应特性。特性。 当被测量随时间变化当被测量随时间变化,是时间的函数时是时间的函数时, 则传感器的输出量则传感器的输出量也是时间的函数也是时间的函数,其间的关系要用动态特性来表示。其间的关系要用动态特性来表示。Thermocouple水温水温T热电偶热电偶环境温度环境温度T T0 0 T TT T0 0例子：例子： 实际工作中，传感器的动态特性常用实验方法求得，即实际工作中，传感器的动态特性常用实验方法求得，即根据传感器对一些标准信号的响应来评定它的动态特性。根据传感器对一些标准信号的响应来评定它的动态特性。 在时域内，常用阶跃信号来分析传感器的动态特性在时域内，常用阶跃信号来分析传感器的

9、动态特性瞬瞬时响应特性时响应特性。 在频域内，则采用正弦输入信号来分析传感器的动态特在频域内，则采用正弦输入信号来分析传感器的动态特性性频率响应特性频率响应特性。242.5 传感器干扰也是普遍存在的，对于微弱的生物医学信号的测量，各种干扰和噪声尤其容易串入，且其幅度常常超过了待测信号。n干扰和噪声的抑制和消除是传感器设计中要解决的一项关键问题。这方面的革新常可以导致新的测量方法与技术的诞生。252627（4）电磁干扰1）静电干扰2829EMC（ElectromagneticCompatibility）电磁兼容的定义为：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不会对其他系统和设备造成干扰。3

10、031323334测量对传感器的更求外，必须考虑到生物体的解剖结构和生理功能，尤其是安全性问题更应特别重视。对安全性的主要要求有：n传盛器的包封村料应该有很好的生物相容性，能耐受体液的长期腐蚀，不凝血，不溶血，不受生物排异反应的影响；n传感器的形状、尺寸和结构应适应被测部位的解剖结构，使用时不应损伤组织；352.6 生物医学（2）生物医学材料的安全性37较大，电流是从人体皮肤的某一点流入，经过体内再从另一点流出，这种电击往往是由误操作，绝缘损坏等意外原因造成的。n微电击则是电压较低，电流可能很微小，是由插入人体内部的电子仪器产生的泄漏电流，它是由人体内部流出体外的，这种电击现象的发生很可能电子仪器仍处于正常工作状态，医务人员往往不易察觉而使电击延续时间较长，由于电击是在人体内部发生，体内电阻很小，距离心脏又很近，致人死命的可能是很大的。安安全全的的一一项项重重要要指指标标，它它的的容容许许最最大大值值在在GB9706.1作作了了规规定定，表表2.1分分别别规规定定频频率率在在1KHz内内的的交交、直直流流复复合合波波时时的的连连续续漏漏电电流流和和患患者者辅辅助助漏漏电电流流的的容容许许漏漏电电流流值值。(单单位位mA)40地使用微波、激光、超声波、核能等物理能量。n能量超过安全阈值、将