哈工大综合测试系统构建与前沿测试技术课程报告.docxVIP

加速度传感器介绍及在BCG模块医疗监测中的应用MEMS加速度传感器介绍MEMS(Micro-Machined?Electro?Mechanical?Sensor)是微机电机械传感器的简称，它是一种微米级的类似集成电路的装置和工具。MEMS技术是一项有着广泛应用前景的基础技术。以半导体技术和微机电加工工艺设计、制造的MEMS传感器，集成度高，并可与信号处理电路集成在一起，大大降低了生产成本，已在汽车、消费电子和通信电子领域取得极大发展。?由于采用了微机电系统技术，使得其尺寸大大缩小，一个MEMS加速度计只有指甲盖的几分之一大小。MEMS加速度计具有体积小、重量轻、能耗低等优点。按敏感原理的不同，MEMS加速度传感器可以分为压电式、压阻式、电容式、谐振式、热对流式等。压阻式加速度传感器MEMS压阻式加速度传感器的敏感元件由弹性梁、质量块、固定框组成。压阻式加速度传感器实质上是一个力传感器，他是利用用测量固定质量块在受到加速度作用时产生的力F来测得加速度a的。在目前研究尺度内，可以认为其基本原理仍遵从牛顿第二定律。也就是说当有加速度a作用于传感器时，传感器的惯性质量块便会产生一个惯性力:F=ma,此惯性力F作用于传感器的弹性梁上，便会产生一个正比于F的应变。，此时弹性梁上的压敏电阻也会随之产生一个变化量△R，由压敏电阻组成的惠斯通电桥输出一个与△R成正比的电压信号V。压阻式加速度传感器原理电容式加速度传感器电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极是固定的，另一变化电极是弹性膜片。弹性膜片在外力(气压、液压等)作用下发生位移，使电容量发生变化。这种传感器可以测量气流(或液流)的振动速度(或加速度)，还可以进一步测出压力。电容式加速度传感器从力学角度可以看成是一个质量—弹簧—阻尼系统，加速度通过质量块形成惯性力作用于系统，如图所示。电容式加速度传感器原理压电式加速度传感器压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。伺服式加速度传感器伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统，具有动态性 能好、动态范围大和线性度好等特点。其工作原理，传感器的振动系统由 m-k”系统组成，与一般加速度计相同，但质量m上还接着一个电磁线圈，当基座上有 加速度输入时，质量块偏离平衡位置，该位移大小由位移传感器检测出来，经伺服放大器 放大后转换为电流输出，该电流流过电磁线圈，在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力，力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上，所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。由于有反馈作用，增强了抗干扰的能力，提高测量精度，扩大了测量范围，伺服加速度 测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中，在高精度的振动测量和标定中也有应用。二．MEMS加速度传感器在BCG模块医疗监测中的应用MEMS 加速度传感器广泛应用于各个领域，而在前沿尖端领域也不乏它的身影。2016年3月29日，日本村田制作所在上海举办了一场无线睡眠监测方案体验活动。方案通过搭载在床下的传感器装置感知人体的心跳，筛选出心率、心率变化、泵血功能、呼吸率等有效数据。同时，通过无线通信模块传输，实现远程实时监测睡眠状态。该方案可广泛应用于医院住院处、养老机构、酒店等。?2016年3月29日，观众在现场体验无线睡眠监测方案。BCGBallistocardiography的单词缩写，是指非侵入式的通过图形界面，准确描绘心脏每次搏动所喷射的血液对于人体向上运动的作用的医疗技术。具体来说就是，在人体心脏搏动的过程中，血液会随之喷射进入全身各处的血管中，并且同时会对人体造成轻微的作用力，BCG就是通过检测这种微弱的机械运动来测量心率的。BCG最早来自在20世纪30年代美国教授的发现，但受限于BCG信号极为微弱、难采集；同一时段信号多而杂，难辨别；当时技术水平和相关理论的缺 乏、使BCG仅存在于医学院所和高端医疗机构。在村田制作所展示的这一睡眠监测方案中，BCG模块是核心模块，其主要功能便是通过集成的传感器来监测和收集身体数据。村田的BCG模块中高可靠性、高精度MEMS加速度传感器可以精确地检测到人体的BCG信号。在该模块集成MCU内，搭载了村田VTI MEMS加速度传感器测量单元，可准确测量血液喷射到血管时人体的微弱变化。该方法打破了传统心电图心率测量对人体活动的限制，通过将测量端安装在与患者接触的座椅或床位上，便能在休息或睡眠之余完成相应的测量而又不造成任何影响。?村田MEMS加速度传感器与无线通信结合的BCG模块例如，我们坐在有BCG功能的椅子上，当我们工作生活的时候，可以