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传感器概述

绪论

一、概念：

传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能

将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传

输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

医用传感器是应用于生物医学领域的那一部分传感器，是把人体的生理信息转换成为与之

有确定函数关系的电信息的变换装置。

二、分类：

1)按照传感器的工作原理区分：

化学传感器利用化学反应原理，把化学成分、浓度转换成电信号

生物传感器利用生物活性物质选择性识别来测定生化物质

物理传感器利用材料的物理变化

2）按照检测的种类来区分

移传感器、流量传感器、温度传感器、速度传感器、压力传感器等。对于压力传感器，

包括有金属应变片压力传感器、半导体压力传感器、电容压力传感器等等所有能够检测压力

的传感器。对于温度传感器，包括热敏电阻、热电偶、PN结温度传感器等所有能够检测温

度的传感器。

3）根据人体感官相对应的传感器功能区分

视觉传感器包括各种光学传感器以及其他能够替代视觉功能的传感器；

听觉传感器包括压电传感器、电容传感器以及其他能够替代听觉功能的传感器；

嗅觉传感器包括各种气体敏感传感器以及咒他能够替代嗅觉功能的传感器。

这个分类方法有利于仿生传感器的开发。

除了上述列举的常见传感器分类方法以外，还会根据传感器材料、传感器结构、能量

转换分式等多种分类方法，都具有各自的优点与局限性。

三、作为医用传感器的基本要求：

1传感器本身具有良好的技术性能，如灵敏度、线性、迟滞、重复性、频率响应范围、

信噪比、温度漂移、零点漂移、灵敏度漂移等。

2传感器的形状和结构应与被检测部位的解剖结构相适应，使用时，对被测组织的损

害要小。

3传感器对被测对象的影响要小，不会对生理活动带来负担，不干扰正常生理功能。

4传感器要有足够的牢固性，引进到待测部位时，不致脱落、损坏。

5传感器与人体要有足够的电绝缘，以保证人体安全。

6传感器进入人体能适应生物体内的化学作用，与生物体内的化学成分相容，不易被

腐蚀、对人体无不良刺激，并且无毒。

7传感器进入血液中或长期埋于体内，不应引起血凝。

8传感器应用操作简单、维护方便，结构上便于消毒。

四、医用传感器的发展：

1.智能化传感器：自诊断和自报警功能、接口功能

2.微型化传感器

3.多参数传感器

4.遥控型传感器

5.无创检测传感器

传感器的基本特性

一、静态特性：人体的各被测信息处于稳定状态时，传感器的输入量在较长时间维持不

变或发生极其缓慢的变化，这时传感器的输出量与输入量间的关系就是传感器的静态特

性。

四种情况：

1.理想线性特性：理想情况下，传感器的输出量y与输入量x之间为线性关系。

2.非线性项次数为偶数：不具有对称性，且线性范围较窄，传感器设计时一般很少采用

这种特性。

3.非线性次数为奇数：

4.一般情况：

二、静态特性指标：

1.测量范围：传感器的测量范围是指按其标定的精确度可进行测量

的被测量的变化范围，而测量范围的上限值ymax与下限值

ymin之差就是传感器的量程ym。

2.灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标，其定义是输出量的变化Δy与

输入量的变化Δx之比。用k表示灵敏度，即K=△y/△x。传感器灵敏度和测量

范围有关，多数传感器的灵敏度越高，测量范围越窄。

3.线性度：在规定条件下传感器特性曲线与拟合直线间的最大偏差（ΔLmax）与传感

器满量程（FS）输出值（YFS）的百分数称为传感器的线性度（或非线性误差）。

y

max

x

a

m

L

Δ

1

2

0

x

max

L

L

max100%

Y

FS

4.迟滞：

5.稳定性：稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。在传感

器输入端加进同样大小的输入时，最理想的情况是不管什么时候，输出值的大小保

持不变。但实际上，随着时间的推移，大多数传感器的特性会发生改变。这是因为

敏感元件或构成传感器的部件，其特性会随时间发生变化，从而影响了传感器的稳

定性。

6.环境特性：温度影响体现在灵敏度改变、输出漂移；气压变化影响传感元件或容

器发生体积变化；湿度变化使光学传感器改变折射率，电容传感器介电

常数改变；电源电压波动会引起灵敏度和输出漂移；电源频率对交流磁场的传感器

有影响，其他不大。

7.重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特

性曲线不一致的程度。

二、动态特性：

1.传感器动态特性的数学模型

2.传递函数：初始条件为零时，输出量