传感器的作用和分类.doc

医用传感器概述 --姓名：夏小林 学号：1039217004 1.1传感器的定义和组成 发展人体科学、开展医学研究和进行疾病诊都要求获得人体各方面的信息,仅以心脏疾病诊断为例，它要求来自从系统到器官、组织、细胞、分子等各层次的信息，即心血管系统的心音血压信息、心脏器官的心电信息、血流灌注的心肌组织信息以及心肌细胞的心肌酶谱信息。传感器的定义，按我国制定的国家标准“传感器通用术语”中对传感器的定义是“能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置”，并定义了其组成，“传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成”。这使人们对传感器有了更明确的概念。根据这个定义，传感器包括如图1-1所示的3个组成部分。 图1-1传感器的组成 用于非电物理量测量的传感器有的可以把待测量直接转换成电学量，其敏感元件和 传递元件集于一体，但也有的需要另加传递和处理的间接转换，压电晶片和热电偶等直接 把压力或热转换为电学量，而某些位移传感器或加速度传感器，其敏感元件和转换元件相 互分离。明确了传感器的起定义和成对研究和发展传感器是很重的。人们可以从敏感材 料、传感机制和输出信号的选择三个方面进行研究、分析和设计新型传感器。各种微系统 化智能化固态传感器就是在这种认识基础上研究出来的。它是把敏感器件、执行了机械器 件和处理电路集成在一起制成的。又如在素生物传感器的设计中，从敏感材料看可用尿素酶，也可用谷氨酸脱氢酶。还可以用谷氨酸氧化酶制成性能性能各异的尿素传感器：从传感机制看可用反应生成物NH3，也可用反应时NADH（还原型磷酸吡啶否核甘酸）的减少，还可以用 H2O2的生成等作为信号的转换来设计尿素传感器；从输出信号的检测方式可以设计成热测量失、光测量式和半导体式等。这样，拓宽了设计，研究和分析传感器的思路。 2.1 传感器的作用和分类 2.1.1传感器的作用 医用传感器的一种用来感知生物的各种信息并转换成容易处理的电信号器件，在医学仪器的研制和医学实验中占有重要地位。从图1-2所示的医学测量系统框图可以看出，它是医学测量仪器的第一个环节，是医学仪器与人体直接耦合的环节，也是一个关键环节。如果没有医用传感器对原始参量进行精确可靠是测量，那么后续各环节再先进也得不到正确结果。另外，医用传感器为医学诊断仪器提供的是特定信息，它往往决定着医学仪器的测量原理和结构设计。 图1-2医学测量系统 随着科学技术的发展，医学科学已进入了崭新的阶段，从定性医学走向定量医学。在此发展过程中医用传感器起了重要作用，它延伸了医生的感觉器官，把定性感觉扩展为定量的测量，如用压电传感器测手的微振动，测心室内部压力，测心内瓣膜振动等；用固态压阻传感器测指尖、桡骨和手腕等部的脉压；用电阻应变片测呼吸气流、脉象和肌肉力等等。 医用传感器的主要用途有： （1）提供诊断用信息：如心音、血压、脉搏、血流、呼吸、体温等信息、供临床诊断和医学研究用。 表1-1 医学上的各种量 位 移 血管内、外径，主动脉、腔静脉尺寸，肢体容积变化，胸廓变化，心脏收缩变化，骨骼肌收缩变化，胃收缩，肠蠕动。 速 度 血流速度，排尿速度，分泌速度，发汗速度，泪流速度，呼吸气流速 振动（加速度） 心音，呼吸音，血管音，脉搏，心尖搏动，心瓣膜振动，手颤，颈动脉搏动，脉象，语音 压 力 血压，眼压，心内压，颅内压，胃内压，食道压，膀胱压，子宫内压 力 心肌力，肌肉力，咬合力，骨骼负载力，血液粘滞力，手握力 流 量 血流量，呼吸流量，尿流量，心输出量 温 度 口腔温，直肠温，皮肤温，体核温，心内温，肿物温，中耳膜內温，脏器温，血液温 生物电 心电，脑电，肌电，眼电，胃电，神经电，脑干电，皮肤电 化学成分 K, Na, Cl, Ca, O(2), CO(2), NH(3), H, Li 生物物质 乳酸，血糖，蛋白质，尿素氮，胆固醇，酶，抗原，受体，激素，神经递质，DNA, RNA （2）监护：长时间连续测定某些参量，监视这些参数是否处于规定的范围内，以便了解病人的恢复过程，出现异常时及时报警。一心脏手术后的病人需监视其体温、脉搏、动脉压、静脉压、呼吸和心电等一系列的参数变化情况。 （3）人体控制：利用检测到的生理参数控制人体的生理过程。例如自动呼吸器就是用传感器检测病人的呼吸信号来控制呼吸器的动作，使人与人体呼吸同步；又如电子假肢就是用测得的肌电信号控制人体假肢体的运动；再如体外循环的血流血压控制等。 （4）临床检验：除直接从人体收集信息外，临床上常从各种体液(血、尿、唾液等)样品获得诊断信息。这类信息叫做生化检验信息。它是利用化学传感器和生物传感器来获取，是诊断各种