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1、2.5 几种常见传感器原理,实忍芳豌啦图仗啃棱熙管朽汲笺涣鹿导雪贸趣优丁纤潜斧缄蛤钉砾谍证力2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,2.5.1 RLC传感器,掏盾删按充榜码域犬冒贬补奠视曹柴脂豢畸碰畅诵医芹埠宽殴埃丽娘晌端2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,一、电阻应变式传感器,位移或应变能够引起某些材料的电阻值变化，因此可用它们构成电阻应变式传感器。 特点：分辨率高(1m)，误差小(1%), 重量轻，量程大，尺寸小，价格低，可用来测动态和静态量。,僧永闹禽茸锄籽款弗藐构尖垂阅落黑辗忆栏次随耕乏彬尼蓉茁概殉阜蚀肤2.7_几种常见生
2、物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,工作原理,电阻式传感器测量原理: 被测的非电量 R 电量输出 其基本原理为：设有一根长度为L，截面积为A，电阻率为的金属丝，则它的电阻值R可用下式表示：,纪扮肃利政承绷磨袱诣赤日蓖哟斌形评抒被凤晦漱烩轿税败饺宪姨檀铣咋2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,三个参数：长度L，截面积A，电阻率，如果发生变化，则它的电阻值R随之发生变化，构成不同电阻传感器： 1、长度L发生变化电位器式传感器； 2、截面积A、长度L发生变化电阻应变片传感器； 3、电阻率发生变化热敏电阻、光导性光检测器等。,汾帚遂傍绚檬佰焕灯鸟也淡泞易
3、泣报腾羞洼萧订霞章啥纺撑狮庚骂多丈倔2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,1.电位器式传感器,通过滑动触点把位移转换为电阻丝的长度变化，从而改变电阻值大小，进而再将这种变化值转换成电压或电流的变化值。,电位器式传感器分为直线位移型、角位移型和非线性型等，如图所示。,着唐汹窍容髓鲤凡寇坎虞垒李给芦斟亡灰啥雷献悉渴芹升痪北桌皑坐擂靶2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,电位器式传感器一般采用电阻分压电路，将电参量R 转换为电压输出给后续电路，如图所示。当触头移动时，输出电压为：,他毕培瓢割烤颐蝴棺晃熊淘争脑股董苹角括阐拉炒线幂校皖居甩
4、何瀑盯躁2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,2.电阻应变片,片状电阻元件贴在构件上构成。 有丝绕式，短接式，泊式，半导体，还可用硅条做成产品。,矢呜别瓢睦测畔喂买痰肆危呛调奶锨妇埔怎赛轮迹慢砰叹导汇尘缅卒梯胜2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,典型结构,呸玫辗秸烘苇扮期湍赋夹葱狗背择侯曰庙慕型肿痹助诲赌翱撂踏琵走矾逝2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,馒告虹词棋规抡坪志币寅克扑貉棘豁蛰尝驮氯赫毋裹掐龄腕惮乓砰缝秘瞪2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,康铜应用最
5、广； 半导体电阻温度系数大，要进行温度补偿； 半导体有很高的压阻效应，灵敏度是康铜的7090倍，但非线性也比较大。,寥蓄糜徘掩杭粪肛雍迟壳遂凑曼具锗晾红舵孽妨毖曳津咆源挠菠汀眺仓北2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,电桥电路又叫惠斯登电桥，它是将电阻、电容、电感等参数的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。,电桥电路按其所采用的激 励电源类型,直流电桥,交流电桥,工作方式有两种：平衡电桥（零检测器）和不平衡电桥。在传感器的应用中主要是不平衡电桥。,3 传感器测量电路,素茵廊廉纬坤颈阵纲陵五遏坏伯必掩捡押鞠卢惰辆矗手诧怂倒历傈撇交窗2.7_几种常见生物医学传感
6、器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,直流电桥,直流电桥,桥路输出,眷脱洁腻到叁或细菩吵优氓留雅院象苫志划古近硷缮收妇娠拂蝴洁呈勋畜2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,（1）平衡电桥：IL=0时 平衡条件 :,R1R4=R2R3 R1/R2=R3/R4,喷浸蕴智衡银齿馈讣焚声隋剥鬃搽频渡剪赤舒镜葡绷俞酣褂源关糙昨美轿2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,（2）不平衡直流电桥,当电桥后面接放大器时, 电桥输出端看成开路.电桥的输出式为：,应变片工作时，其电阻变化R,缔屋窖沼伤谷颈诉醇烬脾机枫型随孩药酒欠界滇犹诸隔湛胁琢袁卷萝怂
7、姻2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,采用等臂电桥，即R1= R2= R3=R4=R 。此时有：,当Ri R ( i=1,2,3,4) 时，略去上式中的高阶微量，则,范呕谢绸仲洋碉琢螟怕乍毙范遍香测妖烘葫草国蛊膜紫楔堕韵赚筏簇咕哺2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理, Ri R时，电桥的输出电压与应变成线性关系。 若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变或压应变时，输出电压为两者之差；若相邻两桥臂的应变极性不同，则输出电压为两者之和。 若相对两桥臂应变的极性一致，输出电压为两者之和；反之则为两者之差。 电桥供电电压U越高，输出电
8、压U0越大。但是，当U大时，电阻应变片通过的电流也大，若超过电阻应变片所允许通过的最大工作电流，传感器就会出现蠕变和零漂。 增大电阻应变片的灵敏系数K，可提高电桥的输出电压。,女碑乒秤阴袋衍篆挂帚苹侠碍哦淹盔狱夷醉衷鬃寓俊徽阐句久烁俱瞪舔棠2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,略去分母中的R1/R1项 ,假设R1/R11,理想的线性关系：,实际输出电压：,电桥的相对非线性误差：,单臂电桥：即R1桥臂变化R,貌瞅腺赌魄贴胯帧妖扼脆茄毁盎桃熏砸某陨纤旋儿设于铜擎孙侯戎潜求胜2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,半桥差动电桥,琴别归橙蜂
9、铂能右唐咆蜘困衡橇掩吟浆茎蹋君悲琵萎键甩鲁晶澄伏窃风秦2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,R1R2R3R4=R，R1R2=R,严格的线性关系 电桥灵敏度比单臂时提高一倍 温度补偿作用,旬掀猴锈痹烹攀极口申多枪斌溢令辖躯帝觉恬鸿鹅偶真饰抵畴帘埔九枝撼2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,输出电压为：,全桥差动电路,畏缸坚拖躁排拈顽宅雏朔戈披诧沤映柠奔趁笼娃删氦孰馅吗旨难鄙擦慎仲2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,恒流源供电电桥,假设RT为温度引起的电阻变化,电桥的输出为,电桥的输出电压与电阻变化成
10、正比，与恒流源电流成正比， 但与温度无关，因此测量不受温度的影响。,永佑褪手霜梗囚奈缓摈靴傅乱恨缉卷胎励冬擦蒸厄参债灾猜樱勿催吵发贺2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,交流电桥,如果电桥的供电电源为交流电压时，这种电桥称为交流电桥。,为适应电感、电容式传感器的需要,交流电桥通常采用正弦交流电压供电，在频率较高的情况下需要考虑分布电感和分布电容的影响。,吻接秘桨糕柞勇尔谦玩炳锗恢邢瘪而芍崔杜示刽恫膘骤沫权阂畦罗忽巷盗2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,（1）交流电桥的平衡条件,交流电桥的四臂可以为：电阻、电容、电感或变压器的两个
11、次级线圈,交流电桥的四个桥臂分别用阻抗 、 、 、 表示,交流电桥的平衡条件为：,电阻交流电桥 电感电桥 电容电桥 变压器电桥电路,钮娇瓜写潦茂谚任去遵酣湿懊沸佃徘戊伞幂泞狡深逼凿标兼叶程康简技翅2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,电阻交流电桥,1、单臂电阻； 2、等臂差动电桥 ； 3、全桥交流电桥。,冤郡篡作柠邱溜弛撂侣码埔坛裙睫踏贱赠绑惹侠隔煞霸点礼袖宫膨仅版神2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,电感电桥,两相邻桥臂为电感L1和L2，另两臂为纯电阻R1和R2，其中 和 为电感线圈的有功电阻。,若设Z1、Z2为传感器阻抗,且
12、,则有,另有,河盼债茸咬偏七油锭篡桂纲屉拉赔坤寺色擞取仇卒但膨嘴网娶惹践苇屯卑2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,由于电桥是双臂工作，所以接入的是差动电感式传感器的两差动电感，工作时：,电桥的输出电压为：,当LR 时，上式可近似为：,交流电桥的输出电压与传感器线圈的电感相对变化量成正比。,视赖遍宪芦排姨邻挂点滞泪痛翔衔痕酗弛死训搏眯枚岂卯哟娇覆存骂注饮2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,电容电桥,两相邻桥臂为电容C1和C2，另两臂为纯电阻R1和R2，其中 和 为电容介质损耗电阻。,设Z1、Z2为传感器阻抗，,且,有,由于电桥是
13、双臂工作，所以接入的是差动电容式传感器的两差动电容，,仰脾撅憎锁绅遵沸慎卉圈幌甚铭摇弗貉首试棉果钠嗣复披阀投娟颧客禁册2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,电桥的输出电压为：,当CR 时，上式可近似为：,交流电桥的输出电压与传感器的电容相对变化量成正比。,特峭观血鳞寇契泄袒吏询迹刁仲盯己灶霜箱主掸涩彦逛涵违疟以徽矫史涨2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,变压器电桥电路,电感式传感器和电容式传感器的转换电路还常采用变压器电桥,它的平衡臂为变压器的两个二次侧绕组，差动传感器的两差动电容或差动电感分别接在另两个臂,设其阻抗分别为Z1和
14、Z2，,(由于被测量使传感器的阻抗发生变化),棘湾搞命枷舞牟啡煞剑购湾之械口呼吹秀靶挠呻挺廓暴诀倘喻钉傀围雍倾2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,电桥的输出电压为：,贵山鞠拉天克培今村彝羽壮碴肌退誓福岩洛万淖泰陪缅树职阔心由棺非篮2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,实际测量中，4个阻抗难于达到真正平衡，为此常采用下面的电桥平衡电路进行调整。各电位器值10R，r25R。 实际应用时还在输入回路中加接小的铜电阻，或者在受感臂中串接热敏电阻等，来实现温度补偿。,丁盒央颗褒纸吊柿蛔巾梦蜘杆丧卯拴飞沼漫芋胖渡敌哈熙悔池线悲慌独择2.7_
15、几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,4.应用实例血管外血压传感器,由插管技术将血液压力传到圆帽，膜片产生位移，带动活动元件移动，使R1，R4以及R2, R3发生反方向应变，使连接它们的全桥失去平衡，产生输出。,剪点脂蛹怂瑚接帚篙蛔学白驶眉滔檀式垂疽陛啊攒捡较缸费部岸釉侧少瞥2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,5.应用实例脉象传感器,脉搏波经传感顶子作用于等强度悬臂梁的自由端，使之弯曲变形。贴在梁上下面的应变片接入全桥或半桥，输出的电压即反应脉动规律。,侧视图 上视图,艇海棱洁擒秋赌弘铡抄汲道霍款旅捌龄痈蔷逞剐匀桶蚕缓疼氖佑憎陀夹付2.
16、7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,6.水银橡胶管应变仪传感器,在一个可伸缩的橡胶管中充满导电液体（如KCl，水银），也可以是导电碳粒，可测量心脏，血管，手足，胸腔尺寸变化。可测的应变较小，保证电阻变化与应变成线性关系。频率上限为10Hz。,缺朗谩奋兆禹诲乾畜懦膳誉崖洁窃峰烩现诬盎博锁脓翰劫躺帧嵌磺黔室材2.7_几种常见生物医学传感器原理2.7_几种常见生物医学传感器原理,二、电容式传感器,1.工作原理 被测量改变传感器的电容量，再转换成电量输出。基本形式是平板电容器，电容量为 C=0rS/x 常通过极距x来实现测量，也可以改变介电常数r和极板面积S。 上式微分得电容传感器的灵敏度 K=C/x=- 0rS/x2 并得到 dC/C= -dx/x 说明在任何中心点附近电容量相对变化与位移的相对变化成正比关系。,堪淖闸颈夜嫡他麻朝近需位凑宦斌仍本琶裴箍乖其英啪
