2.生物医学传感-第2章1.ppt

第2章 传感器基本知识; 传感器定义: 能感受规定的被测量并按一定规律将其转换成有用信号输出的器件或装置。;第2章 传感器基本知识;*;§2-1 传感器的静态特性;(2-1);有以下四种情况：; (2)非线性项仅有奇次项（图b）;(3) 非线性项仅有偶次项（图c）;(4)奇偶次项都有的非线性(图d); 在设计传感器时，应将测量范围选取在静态特性最接近直线的一小段，静态特性可近似线性。此时原点可能不在零点，以图(c)为例，如取ab段，则其原点在c点。;传感器的静态特性是在静态标准条件下校准的.;2. 衡量传感器静态特性的指标;采用拟合直线的方法不同，则其拟合后所得到的基准直线不同，计算出的线性度也会不一样。; a)理论直线拟合（理论线性度） 利用静态方程的第一种情况：;b） 端基法 把传感器校准数据的零点输出平均值a0和满量程输出平均值b0连成的直线ab作为传感器特性的拟合直线。 ;c）最小二乘法;x;d)差动测量方法 ;二、迟滞 ; 迟滞的另一名称叫回程误差。回程误差常用绝对误差表示。检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。 ;三、重复性;标准偏差? 用贝塞尔公式计算：;四、灵敏度K ;五、精密度和正确度;2）正确度;六、准确度 ;精度等级，用A来表示。A定义为：仪表在规定工作条件下，其最大绝对允许误差值相对仪表测量范围的百分数，即：; 2.在实际应用中，并不是说A越小就越好，应当要根据测量时的具体情况来选择具有合适的测量精确度的传感器或仪器。 ;另注意：被测值及其误差必须用一致的数值表示。也即，测量的数值结果的有效数字不应超过考虑到结果的不确定性而确定的可靠测量结果的有效数字。 ;七、灵敏限 ;八、零点漂移（稳定性/长时间工作稳定性） ;九、温漂;十、测量范围;§1-2 传感器的动态特性; 所谓动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。对于任何传感器只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数，其间的关系要用动态特性来说明。 ;动态测温 ; 造成热电偶输出波形失真和产生动态误差的原因， 是温度传感器有热惯性（由???感器的比热容和质量大小 决定）和传热热阻，使得在动态测温时传感器输出总是 滞后于被测介质的温度变化。如带有套管热电偶其热惯 性要比裸热电偶大得多。这种热惯性是热电偶固有的， 它决定了热电偶测量快速变化的温度时会产生动态误差。 影响动态特性的“固有因素” 任何传感器都有，只不过它 们的表现形式和作用程度不同而已。 ; 为了分析传感器的动态特性，必须建立数学模型， 用数学中的逻辑推理和运算方法来研究系统的动态响 应。 实际测量中，输入信号随时间的变化形式多种多 样，无法统一研究，所以通常只分析传感器在标准输 入信号作用下的输出。标准输入信号包括正弦输入信 号、阶跃输入信号和线性输入信号等，其中前两种最 常用。 ; 要精确的建立传感器的数学模型是很困难的。在工程 上总是采用一些近似方法，略去一些影响不大的因素。通 常把传感器看成线性系统。 对于线性系统的动态响应研究，最广泛使用的数学模 型是线性常系数微分方程式。只要对微分方程求解，就可以得到动态特征指标。 用线性常系数微分方程来描述其输出量 Y 与输入量 X 之间的关系。 ;对于线性定常（时间不变）系统，其数学模型为高阶常系数线性微分方程，即;若用算子D表示 ; 因此, 传感器动态特性的研究可归纳为零阶传感器、一阶传感器和二阶传感器等三种基本类型。 这不仅因为绝大多数医用传感器的传递函数或数学模型具有这三种典型的形式，而且更复杂、更高阶的传感器的特性也能用这三种类型近似表示。;零阶传感器;1、零阶传感器;2、一阶传感器;图2-8 温度计的物理模型 ;3、二阶传感器;图2-9 液体耦合导管-压力传感器; 许多医用传感器都是二阶传感器，如测血压及其它生理压力的弹性压力传感器，加速度型心音传感器，微震颤传感器等振动型传感器，它们都含有质量m和弹簧k以及阻尼器c，其物理模型均可表示图2-10所示的弹簧－质量－阻尼系统。其动态特性都可用二阶微分方程来描述： ;1. 传感器的静态特性方程;二、传递函数; 引入传递函数概念，为了解一个复杂的系统传递信息创造了方便，这时不需要了解复杂系统的具体内容，只要给系统一个输入X(t)，得到系统对X(t)的响应Y(t)，传感器的特性就可确定。; 同样，如果用拉氏变换法， 传感器的传递函数用H（s）表示，把输出的拉氏变换 Y(s) 与输入 的拉氏变换