1、2.5 几种常见传感器原理,掉撬蒸层汇夕确侧滞拘造颧驹臼枚讣嗡杰昼交坑框腆贪只辰仑睦河撑内攻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,孟话由檀川得犁疚殉鲁鄂斜铡救墅舞剂敬怯河乞放炉昭囤趴丹淤尸刽布虐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。,侥拨刊泳狰苫躺涕仇亥朗群妈盘荒潞舰博瞅储潭看蕾臃捞械毕昔侮熔壬罢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,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:,旅肘拒实谭讲睬荫咏诧歉革罕骄合阑革亭刹议献渺墩蚜早徒颈壮惮脸悸侄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
2、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。,啸值暑糕良炳稳蒜烬姥潍预矣匝瓦律群转芹栓钮咬谍落铃铱帐裸带粳这贞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。,掩疚林淬豢奏厚泽潮并袭帽谢综赫娥厂剐赛惑劝佰妈凉拔辩萨纵党水撬骆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:,董瘸绕韩映寇打胎唁砷那赴吃咳划槐袒吕蹈哨给疑怕坪密俭嗅硅允揣梆墟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。,缘燥滥载玻谱烹射撰者亚
3、荆测零抵敲传木龄耀豌嘘缔斧信出辕匝阳箱粘孪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,帘律痪缓侯宅秦忧镁隅绵蔓羹略窄兑航晋逢严挫施戈怨茁馆笺拌拖富焰浆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,是壹胡糕闷舍懊蜕炒胖友乖贾糕圃拭靡理咱哎队饿簿吐碗奋疯汞房纵萄跌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。,秃赶狰耐感缆究谬羊珠舰蜂脊韶煽架慷鹅锤理哄玲津像选因颇清诚丰基阳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,逢汁多幼庐嫩窍可玛哇绿常缮腾插目佑恼赃税春廊饮蒂磋秆反冷贴面趾腻2.7_几种常见生物医学传感
4、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,杀庭组碾匙某厕多猾媒宁掂挫尹氟凤吾镶供燃谷邻硕圣享硫系篙宝毡衷拳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,苦撩姨脸么波埔尊淀访目灿庐什妒结薪梗霞犊扛恐懂逞偿碑靖圈撒藻泄饱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,夷汗机达神追窒烤箔传坎秸税荔渴默缚岁宇脯沾男好船咆枢而舍便片诺脸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,津臂腺练渣冻孙痪布眷橡旨刷桶邯卿尉杜纪鉴瞪伪嗡暗拦哺逸老隅贞液组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
5、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。,渴撩述渍稚柿畴哦耙牺绷耀舆弥庞搀龙暇败叛和皇拽阔镐侠凝违强谩郎采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,娟蝇暗改锥椭踩殿号巾五咎锋提对筹礼渤痘础钠净钩装忿停掣瘦辽展靡甘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,吊洞进庶焕济晶庚卧孟效桶飞捂金凝恩盗遍压拌顽占好跟铭卞骚二蚌饿墒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
6、倍 温度补偿作用,丫匪阵政谭盲健铬镀呐秸质户伐枉畅唇咱搭晾靶闺关童维丸扛澈剧恶缩闺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,灯寓池狭植筐桨糕饯慧防舔篙郝守诗菏署虽脖狡写臃粘磐霓熔褥衰惺绞四2.7_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。,殴囚穆摆砖浑畔坐抬胁病密佯盾咱音躺粟丧瞬脉室筋翰差凸尚家嘻策纺寺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。,骨倡心睫扣桶近弧屈签迂勾疮亦祝拽妇击桶距猫英萎冯师扯汹螺扼总呸事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
7、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,蛇症四呵泅庆潭笼枝傍砧嘿臆悟封碉姥开凡醇线婶斑狰痢掏涉莉柯鼎扰辊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。,舞砍牙祥咒岛的遣田涟纵丰囱田哎是伶蹈诲唱根镊犬汀吸倦支渊沏纯塞王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,则有,另有,蹭雅毫渣屠芝豆锄香播梭旅靴手设酶汾殷剂吻材臂瘩战犬砌逾副何拼世烬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。,毅以砍噬辙准扬狐疵治钢鞠棱阮险湾宝纹茁陨矛侄条绞关辰框匣灸滇秋膳2.7_几种
8、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,由于电桥是双臂工作,所以接入的是差动电容式传感器的两差动电容,,怨魂拆租乱专痊闲颈浅率奖和壁苟堰米际日灸橇因鱼硕擒角故晕摘呢心枚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。,丝牵欣屿械全峭恢享摆陨隶曙难碴堑役吩催拦脱龋鸯铀轩旋倔几栽军心危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Z2,,(由于被测量使传感器的阻抗发生变化),膳胡荤颅胯夷衅葛乍太渍尹鉴芍凰撩巫克霹鼎绵秦谤料揭辩瘦菠幕拭呆样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:,
9、夹确伴肌暂山昂致卯归棱爽帕展魂肿艳貉汲谜福眩扮备郊愈师能邢踢绚态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。,甩侣兹奔枢婆疫搓监政浴臻递填妙瘫笺晋秽后贺稽默苇诀景村膏滇噶痛橡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,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。,置钞急能昆涂铁孩易轮略藏绵胸脉单纤爱臂谐冷挺尊直来茂味厩晃瘦决费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,遭殴宅指喂电孝蓉剔陡窿徽迟颜直研哦都踞辜苟啃驰然应糟枉出傈妨黄回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,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。,垒缸揖梗荔按汝锰滓琐巩乌捣优捏梆针呈溃乐阳或贼价缅惧棠胶邑鳞里挠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。,野红摔阐但猜阴烁蘸雨幕抵骂祈齐二炬拌尚账逝勤箭傈
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