1 传感器定义与组成

1.1 定义⭐⭐⭐【17,23】

能够感受规定的被测量并按一定规律将其转换为有用输出信号的器件或装置

1.2 组成

敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件
转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，把输入转换成电路参量
转换电路：将电路参量转换成电量输出

2 生物医学传感器的作用

①检测生物体信息：检测正常或异常生理参数

应用：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。例如，先天性心脏病病人手术前须用血压传感器测量心内压力，估计缺陷程度

②监护：长时间连续测定某些生理参数

应用：在ICU病房，对危重病人的体温、脉搏、血压、呼吸、心电等进行连续监护的监护仪

③疾病治疗和控制：利用检测到的生理参数控制人体的生理过程

应用：自动呼吸器利用传感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。电子假肢利用测得的肌电信号控制人工肢体的运动

④临床检验：从各种体液（血、尿、唾液等）样品获得诊断信息

应用：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可少的依据

3 生物医学传感器的分类

3.1按被测量分类（一种宏观分类方法）

物理传感器

利用物理性质和物理效应制成的传感器

用于测量血压、体温、血流量、生物磁场等，被测量都是物理量。按工作原理分为电阻式、电容式、电感式，光电式等

化学传感器

利用功能性膜对特定成分的选择性将被测成分筛选出来，再利用电化学装置转换为电学量的传感器

用于测量人体内某些化学成分、浓度、PH值等，被测量都属于化学量（被测物质分子量较小）

生物传感器

利用生物活性物质具有的选择识别待测生物化学物质的能力而制成的传感器

用于测量酶、抗原、抗体、激素、DNA、RNA等物质，被测量都属于化学量（被测物质分子量较大）。按生物识别器件分为酶传感器、细胞传感器、微生物传感器等。按二次传感器件分为生物电极、光生物传感器、半导体生物传感器、压电生物传感器等

3.2按构成原理分

物性型

根据材料本身性质（物质定律）设计

特点：该类传感器的性能随材料的不同而异。如光电传感器

结构型

根据物理场及相关的物理定律为原理设计

特点：该类传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性为基础。如电阻电容电感传感器

3.3按能量转换分

能量转换型

直接将被测量转换为电信号

能量控制型

先转换为电参量，再转换为电信号

4 传感器的改善途径

4.1差动技术

差动技术可以减小温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，抵消了共模误差，减小了非线性误差

4.2平均技术

用若干个传感单元同时检测被测量，输出为平均值，总误差将减小，灵敏度增大

4.3补偿与修正技术

针对环境和传感器本身特性对输出值进行补偿或修正

4.4屏蔽、隔离与干扰抑制

对于电磁干扰，可以采取屏蔽、隔离等措施，对于温度湿度带来的影响，可以采取隔热密封等措施

5传感器发展动向

5.1开发新型传感器

①采用新原理；②填补传感器空白；③仿生传感器

5.2开发新材料

①半导体敏感材料；②陶瓷材料；③磁性材料；④智能材料

5.3新工艺的采用⭐

①微机械加工技术；②光刻技术；③各向异性蚀刻技术

5.4集成化、多功能化⭐

①多参数：指传感器同时检测多个被测量
②多功能：指传感器可以反应系统的整体状态
③同功能并列：指同一类型的传感单元通过集成工艺在同一平面上排列起来
④一体化：指将运算，放大，及温度补偿集成一体

5.5智能化⭐

不仅具有传感和信号处理任务，还可以实现自恢复，自诊断，自适应等功能，降低CPU负担
特点：不存在非线性误差，精度高，高可靠性，高信噪比，高稳定性

6生物医学传感器的特殊性

6.1与工业传感器的显著区别

• 必须考虑到生物体因素的影响及生物信号的特殊性
• 必须考虑传感器的生物相容性（植入生物体内材料与生物体相互作用问题，或两者间相适应的问题，称为生物相容性）、可靠性、安全性
• 必须考虑使用对象的特殊性及复杂性

6.2特殊性⭐【18,19】

①对生物体内某部位进行就近直接测量时,整个生物体将产生各种应急反应，因此对人体测量时，应尽量避免传感器干扰人的正常生理、生化状态 ，尽量避免给人的正常活动带来负担或痛苦

②为了减轻对被测生物体的侵扰，尽量采用非接触与无损伤或低损伤的传感器

③为了既能准确检测到生物体内某个局部信息，又能使对生物体的侵扰减小到足够低程度，发展了体内传感器，对于植入体内使用的传感器应考虑其微型化、能量及信息的传输方式，植入或插入材料的生物相容性及植入装置的安全性等要求

④生物信号的特点是信号微弱、频率低、噪声及干扰大、随机性强、个体差异大，而且生物体内多种生理、生化过程同时进行。因此要求传感器应具有较高的灵敏度和较大的动态范围且信号不失真

⑤生物医学传感器的设计与应用，应充分考虑生物体的特性，选择传感器与人体间相匹配的材料

⑥生物医学传感器的使用对象极为广泛，使用环境多种多样，设计时应考虑适应各种对象和环境

总体上注重使用方便、舒适、稳定、可靠、安全、耐用、便捷