生物医学传感器.ppt

生物医学工程导论生物医学工程导论生物医学传感器生物医学传感器生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器2传感器在现代科学技术中的地位传感器在现代科学技术中的地位传感器的作用传感器的作用传感器的定义传感器的定义传感器的分类传感器的分类医用传感器的特点和要求医用传感器的特点和要求医用传感器的发展趋势医用传感器的发展趋势生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器3一、传感器在现代科学技术中的地位一、传感器在现代科学技术中的地位1 12121世纪是现代信息技术的时代，世纪是现代信息技术的时代，信息技术包括信信息技术包括信息采集、信息传输和信息处理。息采集、信息传输和信息处理。而信息采集需要而信息采集需要 通过传感器来实现。通过传感器来实现。2 2传感器作为测控系统中对象信息的入口、检测技传感器作为测控系统中对象信息的入口、检测技 术的核心部件，在现代化的自动检测、自动控制术的核心部件，在现代化的自动检测、自动控制 和遥控系统中是必不可少的部分：如果缺少了它，和遥控系统中是必不可少的部分：如果缺少了它，自动化将无从谈起。自动化将无从谈起。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器4传感器技术广泛应用于航天航空、军事、工传感器技术广泛应用于航天航空、军事、工业、农业、医学、环境保护、机器人、汽车、业、农业、医学、环境保护、机器人、汽车、舰船、灾害预测预防、家电、公共安全以及舰船、灾害预测预防、家电、公共安全以及日常生活等各个领域，可以说是无所不在。日常生活等各个领域，可以说是无所不在。有人说：征服了传感器，几乎就征服了现代有人说：征服了传感器，几乎就征服了现代科学技术。话虽夸张，却说明了传感器技术科学技术。话虽夸张，却说明了传感器技术在现代科学技术中的重要地位。在现代科学技术中的重要地位。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器54传感器技术在发达国家中深受重视：传感器技术在发达国家中深受重视：如如美国美国22项国家长期安全和经济繁荣的关键技术中有项国家长期安全和经济繁荣的关键技术中有6项项与传感器技术直接相关；与传感器技术直接相关；保持武器系统质量优势的关键技术中有保持武器系统质量优势的关键技术中有8项为传感器技术；项为传感器技术；美国空军举出的美国空军举出的15项有助于提高项有助于提高21世纪空军能力的关键技术世纪空军能力的关键技术中，传感器技术名列第二，每年仅在生物传感器技术及产品中，传感器技术名列第二，每年仅在生物传感器技术及产品开发研究方面投资额度约为开发研究方面投资额度约为13亿美元。亿美元。早在上世纪早在上世纪80年代，年代，日本日本就把传感器技术列为优先发展的十就把传感器技术列为优先发展的十大技术之首。大技术之首。目前，目前，我国我国也把传感器技术列为重点发展的技术之一。也把传感器技术列为重点发展的技术之一。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器6现代信息产业的现代信息产业的三大支柱三大支柱:传感技术、通信技术和计算机技术传感技术、通信技术和计算机技术感官感官神经神经大脑大脑传感器是信息采集的首要部件，鉴于其重要作用，传感器是信息采集的首要部件，鉴于其重要作用，世界各国自世界各国自20世纪世纪80年代开始都将其列为重点发展的年代开始都将其列为重点发展的关键技术关键技术信息的采集与控制信息的采集与控制信息的处理信息的处理信息的传输信息的传输生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器7五官五官(眼、耳、鼻、舌、身）眼、耳、鼻、舌、身）大脑大脑传感器传感器电脑电脑物理量物理量感知感知化学量化学量生物量生物量电信号电信号生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器8传感器的物理含义传感器的物理含义:传感器是指能将各种传感器是指能将各种传感器是指能将各种传感器是指能将各种非电量非电量非电量非电量转换成转换成转换成转换成电信号电信号电信号电信号的部件，这是因为电信号是最适合于传输、转的部件，这是因为电信号是最适合于传输、转的部件，这是因为电信号是最适合于传输、转的部件，这是因为电信号是最适合于传输、转换、处理和定量运算。换、处理和定量运算。换、处理和定量运算。换、处理和定量运算。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器9各种传感器：各种传感器：生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器10生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器11生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器12传感器的作用就是测量。没有传感器，就不传感器的作用就是测量。没有传感器，就不能实现测量；没有测量，也就没有科学技术。能实现测量；没有测量，也就没有科学技术。生物医学测量的目的是为了获取生物医学有生物医学测量的目的是为了获取生物医学有生物医学测量的目的是为了获取生物医学有生物医学测量的目的是为了获取生物医学有用信息，生物医学测量是各种生物医学仪器的基用信息，生物医学测量是各种生物医学仪器的基用信息，生物医学测量是各种生物医学仪器的基用信息，生物医学测量是各种生物医学仪器的基础。生物体是极其复杂的生命系统，用工程技术础。生物体是极其复杂的生命系统，用工程技术础。生物体是极其复杂的生命系统，用工程技术础。生物体是极其复杂的生命系统，用工程技术方法获取生物医学信息，通常采用适合生物医学方法获取生物医学信息，通常采用适合生物医学方法获取生物医学信息，通常采用适合生物医学方法获取生物医学信息，通常采用适合生物医学测量的传感技术和检测技术来实现，这是与普通测量的传感技术和检测技术来实现，这是与普通测量的传感技术和检测技术来实现，这是与普通测量的传感技术和检测技术来实现，这是与普通测量相区别的。测量相区别的。测量相区别的。测量相区别的。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器13科学研究中的计量测试、产品制造与销售中科学研究中的计量测试、产品制造与销售中科学研究中的计量测试、产品制造与销售中科学研究中的计量测试、产品制造与销售中所需要的计量都要由测量获得准确的定量数据；所需要的计量都要由测量获得准确的定量数据；所需要的计量都要由测量获得准确的定量数据；所需要的计量都要由测量获得准确的定量数据；在航空、航天技术领域，仅在航空、航天技术领域，仅在航空、航天技术领域，仅在航空、航天技术领域，仅“阿波罗阿波罗阿波罗阿波罗”1010号飞船就号飞船就号飞船就号飞船就有有有有30003000多个参数需要监测。多个参数需要监测。多个参数需要监测。多个参数需要监测。1 1信息的收集信息的收集信息的收集信息的收集传感器的测量主要表现在以下几个方面：传感器的测量主要表现在以下几个方面：信息的收集、信息数据的转换、控制信息的采集。信息的收集、信息数据的转换、控制信息的采集。信息的收集、信息数据的转换、控制信息的采集。信息的收集、信息数据的转换、控制信息的采集。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器14在兵器领域中，现代引信实质就是完成引爆在兵器领域中，现代引信实质就是完成引爆在兵器领域中，现代引信实质就是完成引爆在兵器领域中，现代引信实质就是完成引爆战斗任务的传感器系统，为了更好地解决安全、战斗任务的传感器系统，为了更好地解决安全、战斗任务的传感器系统，为了更好地解决安全、战斗任务的传感器系统，为了更好地解决安全、可靠和通用性问题，同时增强功能，目前采用几可靠和通用性问题，同时增强功能，目前采用几可靠和通用性问题，同时增强功能，目前采用几可靠和通用性问题，同时增强功能，目前采用几个传感器分别检测环境和目标信息。各国竟相研个传感器分别检测环境和目标信息。各国竟相研个传感器分别检测环境和目标信息。各国竟相研个传感器分别检测环境和目标信息。各国竟相研制的重要新型精确打击武器制的重要新型精确打击武器制的重要新型精确打击武器制的重要新型精确打击武器目标敏感弹更是目标敏感弹更是目标敏感弹更是目标敏感弹更是以传感器为技术核心来获取各种信息，制导炮弹、以传感器为技术核心来获取各种信息，制导炮弹、以传感器为技术核心来获取各种信息，制导炮弹、以传感器为技术核心来获取各种信息，制导炮弹、各种导弹也是如此。各种导弹也是如此。各种导弹也是如此。各种导弹也是如此。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器15在工业生产中，传感器采集各种信息，起到在工业生产中，传感器采集各种信息，起到在工业生产中，传感器采集各种信息，起到在工业生产中，传感器采集各种信息，起到工业耳目的作用。例如，冶金工业中连续铸造生工业耳目的作用。例如，冶金工业中连续铸造生工业耳目的作用。例如，冶金工业中连续铸造生工业耳目的作用。例如，冶金工业中连续铸造生产过程中的钢包液位检测、高炉铁水硫磷含量分产过程中的钢包液位检测、高炉铁水硫磷含量分产过程中的钢包液位检测、高炉铁水硫磷含量分产过程中的钢包液位检测、高炉铁水硫磷含量分析，均由各种传感器为操作人员提供可靠的数据。析，均由各种传感器为操作人员提供可靠的数据。析，均由各种传感器为操作人员提供可靠的数据。析，均由各种传感器为操作人员提供可靠的数据。此外，用于工厂自动化柔性制造系统中的机械手此外，用于工厂自动化柔性制造系统中的机械手此外，用于工厂自动化柔性制造系统中的机械手此外，用于工厂自动化柔性制造系统中的机械手或机器人可实现高精度在线实时测量，从而保证或机器人可实现高精度在线实时测量，从而保证或机器人可实现高精度在线实时测量，从而保证或机器人可实现高精度在线实时测量，从而保证产品的产量和质量，其测量需要各种传感器来完产品的产量和质量，其测量需要各种传感器来完产品的产量和质量，其测量需要各种传感器来完产品的产量和质量，其测量需要各种传感器来完成。成。成。成。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器162 2信息数据的转换信息数据的转换信息数据的转换信息数据的转换把文字、符号、代码、图形等多种形式记录把文字、符号、代码、图形等多种形式记录把文字、符号、代码、图形等多种形式记录把文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信号数据转换成计算机、传真机在纸或胶片上的信号数据转换成计算机、传真机在纸或胶片上的信号数据转换成计算机、传真机在纸或胶片上的信号数据转换成计算机、传真机等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒体等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒体等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒体等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒体介质上的信息并进行转换。例如，磁盘和光盘的介质上的信息并进行转换。例如，磁盘和光盘的介质上的信息并进行转换。例如，磁盘和光盘的介质上的信息并进行转换。例如，磁盘和光盘的信息读出磁头就是一种传感器。信息读出磁头就是一种传感器。信息读出磁头就是一种传感器。信息读出磁头就是一种传感器。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器173 3控制信息的采集控制信息的采集控制信息的采集控制信息的采集检测控制系统处于某种状态的信息，并由此检测控制系统处于某种状态的信息，并由此检测控制系统处于某种状态的信息，并由此检测控制系统处于某种状态的信息，并由此控制系统的状态，或者跟踪系统变化的目标值。控制系统的状态，或者跟踪系统变化的目标值。控制系统的状态，或者跟踪系统变化的目标值。控制系统的状态，或者跟踪系统变化的目标值。例如：例如：例如：例如：排爆机器人手动控制系统是智能排爆机器排爆机器人手动控制系统是智能排爆机器排爆机器人手动控制系统是智能排爆机器排爆机器人手动控制系统是智能排爆机器人的辅助系统，在自动系统失效或其他需人的辅助系统，在自动系统失效或其他需人的辅助系统，在自动系统失效或其他需人的辅助系统，在自动系统失效或其他需要手动控制机器人运动状态时，实现对机要手动控制机器人运动状态时，实现对机要手动控制机器人运动状态时，实现对机要手动控制机器人运动状态时，实现对机器人的控制。器人的控制。器人的控制。器人的控制。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器18再如：再如：再如：再如：n实时采集和传送环境数据实时采集和传送环境数据实时采集和传送环境数据实时采集和传送环境数据l l室外温度、湿度、辐照度、风速、风向和雨量，室外温度、湿度、辐照度、风速、风向和雨量，室外温度、湿度、辐照度、风速、风向和雨量，室外温度、湿度、辐照度、风速、风向和雨量，l l二氧化碳浓度和水温，灌溉量、回流量、二氧化碳浓度和水温，灌溉量、回流量、二氧化碳浓度和水温，灌溉量、回流量、二氧化碳浓度和水温，灌溉量、回流量、l l灌溉营养液灌溉营养液灌溉营养液灌溉营养液pHpH等，生物数据包括叶面温度、等，生物数据包括叶面温度、等，生物数据包括叶面温度、等，生物数据包括叶面温度、n采用智能、先进控制策略和算法采用智能、先进控制策略和算法采用智能、先进控制策略和算法采用智能、先进控制策略和算法l l智能玻璃温室环境气候自动调控，灌溉营养液自动控制；智能玻璃温室环境气候自动调控，灌溉营养液自动控制；智能玻璃温室环境气候自动调控，灌溉营养液自动控制；智能玻璃温室环境气候自动调控，灌溉营养液自动控制；l l通过网络宽带技术，实现温室生物信息与环境信息的通过网络宽带技术，实现温室生物信息与环境信息的通过网络宽带技术，实现温室生物信息与环境信息的通过网络宽带技术，实现温室生物信息与环境信息的 远程实时监视和远程视频传输，以及温室主要设备状态远程实时监视和远程视频传输，以及温室主要设备状态远程实时监视和远程视频传输，以及温室主要设备状态远程实时监视和远程视频传输，以及温室主要设备状态 的远程控制。的远程控制。的远程控制。的远程控制。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器19 1.植物茎杆增长传感器植物茎杆增长传感器2.果实增长传感器果实增长传感器3.叶面温度传感器叶面温度传感器4.叶面湿度传感器叶面湿度传感器生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器20传感器在医学中的作用传感器在医学中的作用医学研究和进行疾病诊断都要求获得人体各方面的医学研究和进行疾病诊断都要求获得人体各方面的医学研究和进行疾病诊断都要求获得人体各方面的医学研究和进行疾病诊断都要求获得人体各方面的信息。如心脏疾病的诊断，它要求来自从系统到器官、信息。如心脏疾病的诊断，它要求来自从系统到器官、信息。如心脏疾病的诊断，它要求来自从系统到器官、信息。如心脏疾病的诊断，它要求来自从系统到器官、组织、细胞、分子等各层次的信息，即心音、血压、心组织、细胞、分子等各层次的信息，即心音、血压、心组织、细胞、分子等各层次的信息，即心音、血压、心组织、细胞、分子等各层次的信息，即心音、血压、心电、心肌组织信息等。实现这些生物信息的检测手段就电、心肌组织信息等。实现这些生物信息的检测手段就电、心肌组织信息等。实现这些生物信息的检测手段就电、心肌组织信息等。实现这些生物信息的检测手段就是依靠各种各样的是依靠各种各样的是依靠各种各样的是依靠各种各样的医用传感器（医用传感器（医用传感器（医用传感器（medicalsensormedicalsensor）。医用传感器医用传感器医用传感器医用传感器就是感知生物体内各种生理的、生化的就是感知生物体内各种生理的、生化的就是感知生物体内各种生理的、生化的就是感知生物体内各种生理的、生化的和病理的信息，把它们传递出来并转化为易处理的电信和病理的信息，把它们传递出来并转化为易处理的电信和病理的信息，把它们传递出来并转化为易处理的电信和病理的信息，把它们传递出来并转化为易处理的电信号装置。由于要采集的信号绝大部分是非电学量，传感号装置。由于要采集的信号绝大部分是非电学量，传感号装置。由于要采集的信号绝大部分是非电学量，传感号装置。由于要采集的信号绝大部分是非电学量，传感器通常是将非电学量转换成电学量，所以又把传感器叫器通常是将非电学量转换成电学量，所以又把传感器叫器通常是将非电学量转换成电学量，所以又把传感器叫器通常是将非电学量转换成电学量，所以又把传感器叫做换能器。做换能器。做换能器。做换能器。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器21随着科学技术的发展，医学科学已进入崭新随着科学技术的发展，医学科学已进入崭新随着科学技术的发展，医学科学已进入崭新随着科学技术的发展，医学科学已进入崭新的阶段，从定性医学走向定量医学，从宏观的人的阶段，从定性医学走向定量医学，从宏观的人的阶段，从定性医学走向定量医学，从宏观的人的阶段，从定性医学走向定量医学，从宏观的人体组织到微观的细胞和分子，生物医学传感器起体组织到微观的细胞和分子，生物医学传感器起体组织到微观的细胞和分子，生物医学传感器起体组织到微观的细胞和分子，生物医学传感器起了重要作用，它延伸了医生的感觉器官，可帮助了重要作用，它延伸了医生的感觉器官，可帮助了重要作用，它延伸了医生的感觉器官，可帮助了重要作用，它延伸了医生的感觉器官，可帮助医生进行客观正确的定量分析。医生进行客观正确的定量分析。医生进行客观正确的定量分析。医生进行客观正确的定量分析。如如如如:n n 用压电传感器测手的微振动，测心室内部压力，测心内用压电传感器测手的微振动，测心室内部压力，测心内用压电传感器测手的微振动，测心室内部压力，测心内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；瓣膜振动等；瓣膜振动等；瓣膜振动等；n n 用固态压阻传感器测指尖、桡骨和手腕等部位的脉压；用固态压阻传感器测指尖、桡骨和手腕等部位的脉压；用固态压阻传感器测指尖、桡骨和手腕等部位的脉压；用固态压阻传感器测指尖、桡骨和手腕等部位的脉压；n n 用电阻应变片测呼吸气流、脉象和肌肉力等。用电阻应变片测呼吸气流、脉象和肌肉力等。用电阻应变片测呼吸气流、脉象和肌肉力等。用电阻应变片测呼吸气流、脉象和肌肉力等。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器22医用传感器的用途有：医用传感器的用途有：医用传感器的用途有：医用传感器的用途有：（1 1）提供诊断用信息：）提供诊断用信息：）提供诊断用信息：）提供诊断用信息：如心音、血压、脉搏、如心音、血压、脉搏、如心音、血压、脉搏、如心音、血压、脉搏、血流、呼吸、体温等信息，供临床诊断血流、呼吸、体温等信息，供临床诊断血流、呼吸、体温等信息，供临床诊断血流、呼吸、体温等信息，供临床诊断和医学研究用。和医学研究用。和医学研究用。和医学研究用。（2 2）监护：）监护：）监护：）监护：长时间连续测定某些参量，监视长时间连续测定某些参量，监视长时间连续测定某些参量，监视长时间连续测定某些参量，监视这些参量是否处于规定的范围内，以便这些参量是否处于规定的范围内，以便这些参量是否处于规定的范围内，以便这些参量是否处于规定的范围内，以便了解病人的恢复过程，出现异常时及时了解病人的恢复过程，出现异常时及时了解病人的恢复过程，出现异常时及时了解病人的恢复过程，出现异常时及时报警。如重症监护报警。如重症监护报警。如重症监护报警。如重症监护(ICUICU)。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器23（3 3）疾病治疗和控制：）疾病治疗和控制：）疾病治疗和控制：）疾病治疗和控制：利用检测到的生理参数控制利用检测到的生理参数控制利用检测到的生理参数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人体的生理过程。例如自动呼吸器就是用传感人体的生理过程。例如自动呼吸器就是用传感人体的生理过程。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，器检测病人的呼吸信号来控制呼吸器的动作，器检测病人的呼吸信号来控制呼吸器的动作，器检测病人的呼吸信号来控制呼吸器的动作，使之与人体呼吸同步。电子假肢就是用测得的使之与人体呼吸同步。电子假肢就是用测得的使之与人体呼吸同步。电子假肢就是用测得的使之与人体呼吸同步。电子假肢就是用测得的肌电信号控制人工肢体的运动。体外循环中的肌电信号控制人工肢体的运动。体外循环中的肌电信号控制人工肢体的运动。体外循环中的肌电信号控制人工肢体的运动。体外循环中的血流、血压控制等。血流、血压控制等。血流、血压控制等。血流、血压控制等。（4 4）临床检验：）临床检验：）临床检验：）临床检验：除直接从人体收集信息外，临床上除直接从人体收集信息外，临床上除直接从人体收集信息外，临床上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）样品获得诊常从各种体液（血、尿、唾液等）样品获得诊常从各种体液（血、尿、唾液等）样品获得诊常从各种体液（血、尿、唾液等）样品获得诊断信息，即生化检验信息。它是利用化学传感断信息，即生化检验信息。它是利用化学传感断信息，即生化检验信息。它是利用化学传感断信息，即生化检验信息。它是利用化学传感器和生物传感器来获取，是诊断各种疾病必不器和生物传感器来获取，是诊断各种疾病必不器和生物传感器来获取，是诊断各种疾病必不器和生物传感器来获取，是诊断各种疾病必不可少的依据。可少的依据。可少的依据。可少的依据。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器24MB3型型脉搏波传感器脉搏波传感器MB4型型脉搏波传感器脉搏波传感器MB5A型型脉搏波传感器脉搏波传感器RM2型口鼻型口鼻气流传感器气流传感器QD1型口鼻型口鼻气流传感器气流传感器YXF2型胸腹部呼型胸腹部呼吸运动波形传感器吸运动波形传感器生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器25MB-5B耳夹型耳夹型脉搏波传感器脉搏波传感器MB6型鼠尾型鼠尾脉搏波传感器脉搏波传感器XY6型型心音传感器心音传感器DXF1型胸腹部型胸腹部呼吸运动波型传感器呼吸运动波型传感器GXF4型胸型胸腹部呼吸运动腹部呼吸运动波形传感器波形传感器NXF5型胸腹型胸腹部呼吸运动波型部呼吸运动波型传感器传感器生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器26BXF6型胸腹部呼型胸腹部呼吸运动波型传感器吸运动波型传感器HS2型型鼾声传感器鼾声传感器TW2型型体位传感器体位传感器TD2型腿动型腿动信号传感器信号传感器SD-1液滴计液滴计测传感器测传感器YH5型生理型生理压力传感器压力传感器生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器27GS-2型子宫型子宫收缩传感器收缩传感器CL3型触型触点力传感器点力传感器JH2型肌型肌张力传感器张力传感器TXY-3型超声多普型超声多普勒胎儿心音传感器勒胎儿心音传感器XJ2型心肌张力、型心肌张力、胃肠蠕动测量传感器胃肠蠕动测量传感器DY2型浅表动脉型浅表动脉血流超声多普勒血流超声多普勒生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器28三、传感器的定义三、传感器的定义能感受能感受能感受能感受(或响应或响应或响应或响应)规定的被测量并按照一定规规定的被测量并按照一定规规定的被测量并按照一定规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，称为律转换成可用信号输出的器件或装置，称为律转换成可用信号输出的器件或装置，称为律转换成可用信号输出的器件或装置，称为传感器传感器传感器传感器。传感器通常由敏感元件、传感元件和电子线路组成。传感器通常由敏感元件、传感元件和电子线路组成。传感器通常由敏感元件、传感元件和电子线路组成。传感器通常由敏感元件、传感元件和电子线路组成。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器29对疾病进行治疗前，首先需要获得人体的生对疾病进行治疗前，首先需要获得人体的生对疾病进行治疗前，首先需要获得人体的生对疾病进行治疗前，首先需要获得人体的生理、病理信息，从系统到器官、组织、细胞、分理、病理信息，从系统到器官、组织、细胞、分理、病理信息，从系统到器官、组织、细胞、分理、病理信息，从系统到器官、组织、细胞、分子等各个层次的信息。生物医学传感器就是获取子等各个层次的信息。生物医学传感器就是获取子等各个层次的信息。生物医学传感器就是获取子等各个层次的信息。生物医学传感器就是获取这些信息的器件，它感知生物体内各种生理、生这些信息的器件，它感知生物体内各种生理、生这些信息的器件，它感知生物体内各种生理、生这些信息的器件，它感知生物体内各种生理、生化和病理信息，并把这些信息传递出来转换为容化和病理信息，并把这些信息传递出来转换为容化和病理信息，并把这些信息传递出来转换为容化和病理信息，并把这些信息传递出来转换为容易处理的电信号。易处理的电信号。易处理的电信号。易处理的电信号。生物医学传感器生物医学传感器生物医学传感器生物医学传感器是医学测量仪器的第一个环是医学测量仪器的第一个环是医学测量仪器的第一个环是医学测量仪器的第一个环节，它替代医生的感觉器官（视觉、听觉、触觉、节，它替代医生的感觉器官（视觉、听觉、触觉、节，它替代医生的感觉器官（视觉、听觉、触觉、节，它替代医生的感觉器官（视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉），把医生的定性感觉变为定量测量，味觉和嗅觉），把医生的定性感觉变为定量测量，味觉和嗅觉），把医生的定性感觉变为定量测量，味觉和嗅觉），把医生的定性感觉变为定量测量，决定着医学仪器的测量原理和结构设计。决定着医学仪器的测量原理和结构设计。决定着医学仪器的测量原理和结构设计。决定着医学仪器的测量原理和结构设计。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器30 敏感元件敏感元件敏感元件敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被是指传感器中能直接感受或响应被是指传感器中能直接感受或响应被是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；测量的部分；测量的部分；测量的部分；传感元件传感元件传感元件传感元件是指传感器中能将敏感元件感受或是指传感器中能将敏感元件感受或是指传感器中能将敏感元件感受或是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。电子线路电子线路电子线路电子线路，由于传感器输出信号一般都很微，由于传感器输出信号一般都很微，由于传感器输出信号一般都很微，由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等。算调制等。算调制等。算调制等。例如：弹性材料制成的敏感元件，弹例如：弹性材料制成的敏感元件，弹性敏感元件把力、压力、力矩、振动性敏感元件把力、压力、力矩、振动等被测参量转换成应变量或位移量，等被测参量转换成应变量或位移量，然后再通过各种转换元件把应变量或然后再通过各种转换元件把应变量或位移量转换成电量。弹性元件材料有位移量转换成电量。弹性元件材料有弹性合金、石英、陶瓷和半导体硅等。弹性合金、石英、陶瓷和半导体硅等。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器31随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上，安装在传感器的壳体里。同一芯片上，安装在传感器的壳体里。同一芯片上，安装在传感器的壳体里。同一芯片上，安装在传感器的壳体里。传感器输出信号通常是电量，它便于传输、转传感器输出信号通常是电量，它便于传输、转传感器输出信号通常是电量，它便于传输、转传感器输出信号通常是电量，它便于传输、转换、处理、显示等。电量有很多形式，如电压、电换、处理、显示等。电量有很多形式，如电压、电换、处理、显示等。电量有很多形式，如电压、电换、处理、显示等。电量有很多形式，如电压、电流、电容、电阻等，输出信号的形式由传感器的原流、电容、电阻等，输出信号的形式由传感器的原流、电容、电阻等，输出信号的形式由传感器的原流、电容、电阻等，输出信号的形式由传感器的原理确定。理确定。理确定。理确定。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器32四、传感器的分类四、传感器的分类传感器种类繁多传感器种类繁多传感器种类繁多传感器种类繁多,功能各异。由于同一被测功能各异。由于同一被测功能各异。由于同一被测功能各异。由于同一被测量可用量可用量可用量可用不同转换原理不同转换原理不同转换原理不同转换原理实现探测实现探测实现探测实现探测,利用同一种物理利用同一种物理利用同一种物理利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不同被测量同被测量同被测量同被测量的传感器的传感器的传感器的传感器,而而而而功能功能功能功能大同小异的同一类传大同小异的同一类传大同小异的同一类传大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域感器可用于不同的技术领域感器可用于不同的技术领域感器可用于不同的技术领域,故传感器有不同的故传感器有不同的故传感器有不同的故传感器有不同的分类法。分类法。分类法。分类法。生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器33（1）按工作原理分类）按工作原理分类传感器传感器物理传感器物理传感器化学传感器化学传感器生物传感器生物传感器物性型传感器物性型传感器结构型传感器结构型传感器生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器34（2）按敏感材料分类：按敏感材料分类：如半导体、电陶瓷、有机材料、光纤、金属如半导体、电陶瓷、有机材料、光纤、金属（3）按检测对象和效应分类：）按检测对象和效应分类：如光、磁、温度、流量、声学量如光、磁、温度、流量、声学量（4）按输出信号分类：）按输出信号分类：模拟和数字模拟和数字生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器35（5 5）按能量传递方式分类：）按能量传递方式分类：）按能量传递方式分类：）按能量传递方式分类：A A能量转换型：能量转换型：能量转换型：能量转换型：被测能量直接转换为输出能量。被测能量直接转换为输出能量。被测能量直接转换为输出能量。被测能量直接转换为输出能量。亦称为有源传感器亦称为有源传感器亦称为有源传感器亦称为有源传感器(传感器工作需外加电源传感器工作需外加电源传感器工作需外加电源传感器工作需外加电源)。如：膜式压力传感器如：膜式压力传感器如：膜式压力传感器如：膜式压力传感器压力位移压力位移压力位移压力位移如：压电传感器如：压电传感器如：压电传感器如：压电传感器压力电荷压力电荷压力电荷压力电荷 生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器36B B 能量控制型：由外部被调制信号供给传感器能量控制型：由外部被调制信号供给传感器能量控制型：由外部被调制信号供给传感器能量控制型：由外部被调制信号供给传感器能量，而由被测量控制输出能量。属无源传能量，而由被测量控制输出能量。属无源传能量，而由被测量控制输出能量。属无源传能量，而由被测量控制输出能量。属无源传感器感器感器感器(传感器工作无需外加电源传感器工作无需外加电源传感器工作无需外加电源传感器工作无需外加电源)。如：霍尔传感器如：霍尔传感器如：霍尔传感器如：霍尔传感器生物医学传感器生物医学传感器 生生生生物物物物医医医医学学学学工工工工程程程程导导导导论论论论生生生生物物物物医医医医学学学学传传传传感感感感器器器器37根据传感器感知外界信息所依据的基本效应根据传感器感知外界信息所依据的基本效应根据传感器感知外界信息所依据的基本效应根据传感器感知外界信息所依据的基本效应,可以将传感器分成三大类可以将传感器分成三大类可以将传感器分成三大类可以将传感器分成三大类:物理传感器：物理传感器：物理传感器：物理传感器：基于物理效应如光、电、基于物理效应如光、电、基于物理效应如光、电、基于物理效应如光、电、声、声、声、声、磁、磁、磁、磁、热等效应进行工作的热等效应进行工作的热等效