TheAssigementsOfMedicalSensor第一章１.現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱？傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù).2．為什么要將各種非電量轉(zhuǎn)換成電信號〔傳感器的物理含義？〕這是因為電信號是最適合于處理、傳輸、轉(zhuǎn)換和定量運算。3．醫(yī)用傳感器的定義和主要用途？(1)ans:把人體的生理信息轉(zhuǎn)換成為與之有確定函數(shù)關(guān)系的電信息的變換裝置。(2)1)提供診斷用信息;2)監(jiān)護;3)疾病治療和控制;4〕臨床檢驗;4.傳感器按工作原理的如何分類？物理傳感器;化學(xué)傳感器;生物傳感器5．生物電信號有那些？生物非電量參數(shù)有那些？非電量物理參數(shù)有那些？(1)生物電信號：心電、腦電、肌電等。(2)非電量生物參數(shù)：體溫、血壓、呼吸、血流量、脈搏、心音等(3)非電量物理參數(shù)：溫度、壓力、流量、頻率、力、位移等6.醫(yī)用傳感器技術(shù)有哪些開展趨勢？智能化微型化多參數(shù)無創(chuàng)檢測遙控第二章1．傳感器的根本特性指什么？如何描述？ANS:傳感器的特性是它轉(zhuǎn)換信息的能力和性質(zhì)。這種能力和性質(zhì)常用傳感器的輸入和輸出的對應(yīng)關(guān)系來描述。傳感器的輸入量可分為靜態(tài)和動態(tài)兩大類，所以傳感器的特性由靜態(tài)特性和動態(tài)特性決定。2．傳感器靜態(tài)特性的定義？傳感器靜態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型？ANS:人體的各被測信息處于穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸入量在較長時間維持不變或發(fā)生極其緩慢的變化，這時傳感器的輸出量與輸入量間的關(guān)系就是傳感器的靜態(tài)特性。y=a0+a1x+a2x2+…+anxn3．描述傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)有那些？ANS:1)測量范圍2)靈敏度3)線性度4)遲滯5)穩(wěn)定性6)重復(fù)性7)環(huán)境特性4．傳感器靈敏度的定義和描述。ANS:定義是輸出量的變化Δy與輸入量的變化Δx之比。用k表示靈敏度，即靈敏度反映了傳感器對被測參數(shù)變化的靈敏程度，靈敏度k值越大，表示傳感器越靈敏。線性傳感器的靈敏度就是靜態(tài)特性曲線斜率。在整個測量范圍它是個定值。而非線性傳感器的靈敏度那么是其特性曲線某點切線的斜率。5．傳感器動態(tài)特性的定義？與靜態(tài)特性的區(qū)別？ANS:傳感器的動態(tài)特性是指輸入量隨時間變化時，其輸出與輸入的關(guān)系.區(qū)別:傳感器的輸入量在較長時間維持不變或發(fā)生極其緩慢的變化6．傳感器的根本動態(tài)特性方程：零階系統(tǒng)、一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)。7．一種溫度傳感器微分方程為,其中y為輸出電壓(mV)，x為輸入溫度〔?C〕。試求該傳感器的時間常數(shù)τ和靜態(tài)靈敏度k。第三章1.直流電橋的特征方程?直流電橋的平衡條件?電橋平衡條件:R1R4=R2R32.直流電橋假設(shè)為等臂電橋的條件是什么?R1=R2=R3=R4=R3.電橋靈敏度的表達式?應(yīng)變片的靈敏系數(shù)的定義式?電橋靈敏度的表達式：。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)的定義式：4.零漂的定義?零漂：對于已安裝好的應(yīng)變片，在一定溫度下，不承受機械應(yīng)變時，其指示應(yīng)變隨時間而變化的特性，稱為該應(yīng)變片的零漂。5.什么是應(yīng)變效應(yīng)?6.由金屬電阻絲的電阻公式,推導(dǎo)金屬材料的靈敏系數(shù)當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時，將伸長Δl，橫截面積相應(yīng)減小ΔA，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了Δρ，為研究電阻值的變化，將〔3-1〕式取自然對數(shù)：再對〔3-2〕式取全微分：式中：dL/L——長度相對變化量，用應(yīng)變ε表示為：dA/A——圓形電阻絲的截面積相對變化量，設(shè)r為電阻絲的半徑，微分后可得dA=2πrdr，那么由材料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長，沿徑向縮短，令dL/L=ε為金屬電阻絲的軸向應(yīng)變，那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為式中,μ為電阻絲材料的泊松比，負(fù)號表示應(yīng)變方向相反。將，代入得通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)，用k0表示。其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對變化量，其表達式為：7.試證明等臂電橋的4個橋臂電阻同時變化時，與兩個橋臂電阻同時變化相比，當(dāng)兩種情況下橋臂電阻變化相同時，前者的輸出電壓為后者的兩倍。8.假設(shè)用圓形膜片上粘貼應(yīng)變片來測量血壓，試說明如何取得最大輸出靈敏度？圓膜片的周邊如果按圖C中所示的方法作剛性固定時，膜片受到來自一側(cè)的血壓均勻作用將會發(fā)生彎曲變形，那么膜片另一側(cè)不同的點上所出現(xiàn)的應(yīng)變分布狀態(tài)如圖C中的曲線εr和ετ所示。εr稱之為徑向應(yīng)變曲線，也就是在膜片的平面內(nèi)沿半徑方向的應(yīng)變；ετ稱之為切向應(yīng)變曲線，也就是在膜片的平面內(nèi)以中心點為圓心的同心圓的切線方向的應(yīng)變。9.什么是壓阻效應(yīng)？壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料在機械應(yīng)力的作用下，使得材料本身的電阻率發(fā)生了較大的變化，這種現(xiàn)象叫做壓阻效應(yīng)。第四章1．簡述電容式傳感器的根本原理．由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為當(dāng)被測參數(shù)變化使得式〔4-1〕中的S、d或ε發(fā)生變化時，電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)，并且使該參數(shù)與被測量之間存在某種一一對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電壓、電流、頻率等電信號輸出，這就是電容式傳感器的根本原理。2．電容式傳感器可分為那些類型？變極距型——改變d變面積型——改變S變介電常數(shù)型——改變ε3．如何改善變間距型單電容式傳感器的非線性？為了提高傳感器的線性，在設(shè)計此類傳感器時，常設(shè)定Δd/d??1，為了克服非線性和提高靈敏度之間的矛盾，可采用圖4-4所示的差動式結(jié)構(gòu)。4．P47例題4-15．P54例題4-26．變間距型平板電容傳感器，當(dāng)d0=1mm時，假設(shè)要求測量非線性誤差為0.1%，求允許間距測量最大變化量是多少？第五章1．電感式傳感器主要有哪幾局部組成？線圈、鐵芯和銜鐵2.簡述自感式電感傳感器的工作原理。自感式傳感器是利用位移的變化使線圈的自感量發(fā)生變化的一種機電轉(zhuǎn)換裝置。利用位移變化而造成自感量變化的方法取決于自感傳感器的結(jié)構(gòu)，具體地說就是取決于其磁路結(jié)構(gòu)。3．什么是電渦流效應(yīng)？金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中，或者讓金屬導(dǎo)體在磁場中運動，即作切割磁力線運動時，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路，很像水的旋渦，因此，稱這種現(xiàn)象為電渦流效應(yīng)。4．畫出電感式傳感器結(jié)構(gòu)原理圖5．電感式傳感器測量電路的主要任務(wù)是什么？它的作用是將線圈電感的變化轉(zhuǎn)換成電橋電路的電壓或電流輸出。第六章1．什么叫正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？正壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個外表上便產(chǎn)生符號相反的電荷，并且電荷密度與力大小成比例，當(dāng)外力去掉后，介質(zhì)又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在電介質(zhì)兩個外表施加外電場，這些電介質(zhì)也會產(chǎn)生幾何變形，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”〔電致伸縮效應(yīng)〕。2．石英晶體x、y、z軸的名稱及特點是什么？Z軸：縱向軸，光軸，此方向不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。X軸：電軸，經(jīng)過六面體棱線并垂直于光軸。此方向的壓電效應(yīng)最明顯。一般把沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”Y軸：機械軸，與x和z軸同時垂直的軸。把沿機械軸y方向的力作用下產(chǎn)生電荷壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。3．簡述壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)和特性。壓電陶瓷是一種人工制造的各向同性多晶體，它是一種具有壓電效應(yīng)的功能陶瓷。與鐵磁性材料的磁疇結(jié)構(gòu)類似，原始的壓電陶瓷材料內(nèi)部具有無數(shù)自發(fā)極化的電疇。在無外電場作用時，電疇在晶體中雜亂分布，它們各自的極化效應(yīng)被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性，不具有壓電性質(zhì)。4．畫出壓電傳感器在理想狀態(tài)下的等效電路。5．比擬石英晶體和壓電陶瓷各自的特點。石英晶體：居里點溫度高〔高達573℃〕，穩(wěn)定性好，無熱釋電現(xiàn)象。但壓電常數(shù)小，本錢高。壓電陶瓷：壓電常數(shù)大，本錢低。但居里點溫度低，穩(wěn)定性不如石英晶體，有熱釋電現(xiàn)象，會給傳感器帶來熱干擾。利用熱釋電現(xiàn)象特性可以制作熱電傳感器，如紅外探測。6.能否用壓電傳感器測量靜態(tài)信號？試說明其理由。壓電式傳感器所積累的電荷不可能長期保存，因為使用時存在負(fù)載電阻泄漏電荷現(xiàn)象．所以壓電式傳感器不宜做靜態(tài)測量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補充，提供應(yīng)測量電路一定的電流，故壓電式傳感器只適宜做動態(tài)測量。為了對壓電式傳感器進行定量分析，必須建立壓電式傳感器的等效電路。第七章1.磁電式傳感器和電感式傳感器有那些不同，分別可以測量哪些參數(shù)。磁電式傳感器也稱為電動式傳感器或感應(yīng)式傳感器，它是利用電磁感應(yīng)原理將運動速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電勢輸出。利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量〔如位移、壓力、流量、振動等〕轉(zhuǎn)換成線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，這種裝置稱為電感式傳感器。2．簡述磁電式傳感器的工作原理。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體在穩(wěn)恒均勻磁場中，沿垂直磁場方向運動時，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為當(dāng)一個W匝線圈相對靜止地處于隨時間變化的磁場中時，設(shè)穿過線圈的磁通為φ，那么線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢e與磁通變化率dφ/dt有如下關(guān)系：圖7-1(a)作直線運動的磁電式傳感器。當(dāng)線圈在磁場中作直線運動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為3．簡述霍爾效應(yīng)、霍爾傳感器的工作原理。在磁感應(yīng)強度為B的磁場中，放入通有電流的導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄片，使薄片平面垂直于磁場方向，這時在垂直于電流和磁場的方向上產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。其原理在于：在薄片左右兩端通以電流I(稱為控制電流)，那么薄片中的電子將沿著與電流I相反的方向運動。由于外磁場B的作用，使電子受到磁場力FL(洛侖茲力)而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，從而在前后端面間形成電場。該電場產(chǎn)生的電場力FE阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，達動態(tài)平衡時FE與FL相等。這時，前后兩端面之間(即垂直于電流和磁場方向)建立的電場，稱為霍爾電場EH，相應(yīng)的電勢就稱為霍爾電勢UH。4．霍爾電勢的大小和方向與那些因數(shù)有關(guān)。5．描述〔畫出〕霍爾元件的外形、結(jié)構(gòu)和符號。6.磁敏元件有哪些？什么是磁阻效應(yīng)？磁敏電阻器磁敏二極管和磁敏三極管超導(dǎo)量子干預(yù)磁通計磁阻效應(yīng)：當(dāng)一載流導(dǎo)體置于磁場中，其電阻會隨磁場而變化，這種現(xiàn)象被稱為磁阻效應(yīng)。7.什么是生物磁效應(yīng)？什么是生物磁場？外磁場引起的生物效應(yīng)。生物磁場：生物本身會產(chǎn)生微弱的磁場，稱為生物磁場。第八章熱電式傳感器1．什么是熱電阻效應(yīng)？半導(dǎo)體熱敏電阻如何分類？其各類電阻的主要特點？絕大多數(shù)物質(zhì)的電阻率都隨其本身的溫度的變化而變化，這一物理現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。熱敏電阻的分類：正溫度系數(shù)熱敏電阻〔PTC〕〔電阻值隨溫度升高而增大〕；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻〔NTC〕〔電阻值隨溫度升高而下降〕臨界溫度系數(shù)熱敏電阻〔CTR〕〔電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3～4個數(shù)量級，也稱突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻〕。2．概述熱敏電阻的伏安特性。熱敏電阻的伏安特性表示在穩(wěn)定情況下，熱敏電阻兩端的電壓與流過電阻的電流之間的關(guān)系。3．什么是溫差電現(xiàn)象？熱電偶？溫差電動勢？將任意兩種不同材料的導(dǎo)體A和B首尾依次相接構(gòu)成一閉合回路，假設(shè)導(dǎo)體AB連接處溫度相同時回路中總電動勢為零。A和B的連接處溫度不同(設(shè)T＞T0),那么在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫做溫差電現(xiàn)象。這個電路稱為熱電偶。4．簡述熱電偶的根本定律。熱電偶的根本定律：均質(zhì)導(dǎo)體定那么、中間導(dǎo)體定那么、中間溫度定那么、標(biāo)準(zhǔn)電極定那么5．用一簡單電路說明熱電偶溫度計的原理。6．石英溫度傳感器的本質(zhì)和作用是什么？石英溫度傳感器本質(zhì)上是一種晶體振蕩器，它的作用就是將被測的溫度轉(zhuǎn)換成頻率的信號。7．什么是熱釋電效應(yīng)？熱釋電效應(yīng)：某些晶體在溫度變化時會發(fā)生電極化。均勻加熱晶體，那么在晶體的某些方向會產(chǎn)生等量異號的電荷。冷卻晶體時，電荷的變化與加熱時相反。8．臨床中對于溫度的測量主要可分那兩種方式？按測量方法又可分為：接觸式和非接觸式；第9章光學(xué)傳感器1、光學(xué)傳感器的作用？其工作的物理根底是什么？光學(xué)傳感器可用于檢測直接引起光學(xué)量變化的非電學(xué)量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等。也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成當(dāng)光信號的非電學(xué)量，如外表粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀等。其工作的物理根底是光電效應(yīng).2、光電器件有哪幾種類型？1)．光電傳感器2).輻射熱探測器3).光纖傳感器3、光電效應(yīng)可分幾類？說明原理并指出相應(yīng)的光電器件。光電效應(yīng)常分為內(nèi)、外光電效應(yīng)兩大類。原理：內(nèi)光電效應(yīng)：在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。光電池、光電二極管和光電三極管都是基于光生伏特效應(yīng)制成的光電轉(zhuǎn)換器件。外光電效應(yīng)：光電管和光電倍增管屬于外光電效應(yīng)器件4、紅外傳感器有哪些〔根據(jù)其探測機理〕？并說明它們的工作原理。紅外傳感器，是對光譜中長波段〔紅外光〕敏感的器件。根據(jù)其探測機理，可分為光子探測器和熱探測器。光子探測器的工作原理是利用入射紅外輻射的光子流與探測器材料中的電子相互作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起電學(xué)量變化。熱探測器的工作原理是吸收光輻射后所產(chǎn)生的強度變化能夠引起測量器件材料電阻的變化，而電阻的變化可以用來測量光輻射的大小。5、利用光纖傳導(dǎo)時，光線的入射角有何限制？數(shù)值孔徑的大小有何意義？在纖維內(nèi)，射向覆蓋層的入射角大于θ1的光線，全部在內(nèi)部反射后繼續(xù)前行。為滿足這一條件，要求從折射率為n0的介質(zhì)中入射的光線滿足某一角度的限制。入射光線的角度需滿足方程：數(shù)值孔徑NA反映了光纖對入射光的接收能力。NA越大，說明光纖能夠使光線全反的入射角范圍越大，即接收能力越強。第10章化學(xué)傳感器與醫(yī)用電極1.化學(xué)傳感器的分類及其定義？將被測的化學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量可用不同的方法進行。根據(jù)轉(zhuǎn)變方式和輸出電信號的不同，可將化學(xué)傳感器分為三種類型：電勢型、電流型和電導(dǎo)型2.化學(xué)傳感器中對鹽橋溶液有什么要求？鹽橋溶液要求正、負(fù)離子的遷移速度大致相等；電解質(zhì)濃度要高；不與電池溶液中的成分產(chǎn)生反響。鹽橋一般采用飽和電解質(zhì)溶液。3.何謂參比電極和指示電極？在測量電極電位時，用作基準(zhǔn)電位的電極稱為參比電極。常用的參比電極有：標(biāo)準(zhǔn)氫電極、甘汞電極、銀/氯化銀電極。根據(jù)電極電位的大小指示出物質(zhì)濃度的電極稱為指示電極。4.簡述電極的分類？〔一〕按工作性質(zhì)可分為檢測電極和刺激電極兩大類〔二〕按電極的大小又可將其分為宏電極和微電極兩大類四類.1．參比電極2．指示電極3.工作電極和輔助電極5.什么是極化電極和非極化電極？在給電極施加電壓，或通入電流時，在電極／電解溶液界面上無電荷通過，而有位移電流通過的電極，稱為極化電極。不需要能量、電流能自動通過電極／電解質(zhì)溶液界面的電極，稱為非極化電極。此種電極不存在超電壓。第十一章生物傳感器1.簡述生物傳感器工作原理和特點？生物傳感器工作原理:它