几种常见生物医学传感器原理ppt课件.ppt

LOGO2.5 几种常见传感器原理LOGO2.5.1 RLC2.5.1 RLC传传传传感器感器感器感器 一、一、电阻阻应变式式传感器感器v位移或应变可以引起某些资料的电阻值变化，因此可用它们构成电阻应变式传感器v特点：分辨率高(<1m)，误差小(<±1%),v分量轻，量程大，尺寸小，价钱低，可用来测动态和静态量任务原理任务原理v电阻式阻式传感器丈量原理感器丈量原理: v被被测的非的非电量量 ΔR 电量量输出出 v其其根根本本原原理理为：：设有有一一根根长度度为L，，截截面面积为A，，电阻阻率率为ρ的的金金属属丝，，那那么么它它的的电阻阻值R可可用下式表示：用下式表示： 三个参数：三个参数：长长度度L L，截面，截面积积A A，，电电阻率阻率ρρ，假，假设发设发生生变变化，那么它的化，那么它的电电阻阻值值R R随之随之发发生生变变化，构成不同化，构成不同电电阻阻传传感器：感器：1 1、、长长度度L L发发生生变变化化————电电位器式位器式传传感器；感器；2 2、截面、截面积积A A、、长长度度L L发发生生变变化化————电电阻阻应变应变片片传传感器；感器；3 3、、电电阻率阻率ρρ发发生生变变化化————热热敏敏电电阻、光阻、光导导性光性光检测检测器等。

器等1.1.电位器式传感器电位器式传感器 Ø经经过过滑滑动动触触点点把把位位移移转转换换为为电电阻阻丝丝的的长长度度变变化化，，从从而而改改动动电电阻阻值值大大小小，，进进而而再再将将这这种种变变化化值值转转换成电压或电流的变化值换成电压或电流的变化值Ø电位器式传感器分为直线位移型、角位移型和非线性型等，如下图v电电位位器器式式传传感感器器普普通通采采用用电电阻阻分分压压电电路路，，将将电电参参量量R 转转换换为为电电压压输输出出给给后后续续电电路路，，如如下下图图当触头挪动时，输出电压为：当触头挪动时，输出电压为：2.电阻应变片电阻应变片v片状电阻元件贴在构件上构成v有丝绕式，短接式，泊式，半导体，还可用硅条做成产品 典型构造典型构造v康铜运用最广；v半导体电阻温度系数大，要进展温度补偿；v半导体有很高的压阻效应，灵敏度是康铜的70－90倍，但非线性也比较大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丈量电路 电桥电路按其所采用的激励电源类型 直流电桥交流电桥任务方式有两种：平衡电桥〔零检测器〕和不平衡电桥。

在传感器的运用中主要是不平衡电桥 3 传传感器丈量感器丈量电电路路直流直流电桥 直流直流电桥电桥桥路输出〔〔1〕平衡电桥：〕平衡电桥：IL=0时时 平衡条件平衡条件 :R1R4=R2R3 R1/R2=R3/R4 R1+⊿⊿R1R2R4R3UILRL〔〔2〕不平衡直流电桥〕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： 应变片任片任务时，其，其电阻阻变化化ΔR 采用等臂电桥，即采用等臂电桥，即R1= R2= R3=R4=R 此时有：此时有：当当ΔRi<< R ( i=1,2,3,4) 时，略去上式中的高，略去上式中的高阶微量，那么微量，那么 ① ΔRi<< R时，电桥的输出电压与应变成线性关系② 假设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；假设相邻两桥臂的应变极性不同，那么输出电压为两者之和③ 假设相对两桥臂应变的极性一致，输出电压为两者之和；反之那么为两者之差④ 电桥供电电压U越高，输出电压U0越大但是，当U大时，电阻应变片经过的电流也大，假设超越电阻应变片所允许经过的最大任务电流，传感器就会出现蠕变和零漂。

⑤ 增大电阻应变片的灵敏系数K，可提高电桥的输出电压略去分母中的ΔR1/R1项 ,假设ΔR1/R1<<1理想的线性关系： 实践输出电压：实践输出电压： 电桥的相对非线性误差：电桥的相对非线性误差： 单臂臂电桥：即：即R1R1桥臂臂变化化ΔRΔR半桥差动电桥半桥差动电桥 R1R2FU0R1＋＋⊿⊿R1R4R3UR2－－⊿⊿R2R1＝R2＝R3＝R4=R，ΔR1＝ΔR2=ΔR 严厉的线性关系电桥灵敏度比单臂时提高一倍温度补偿作用输出电压为：U0R1＋＋⊿⊿R1UR2－－⊿⊿R2R4＋＋⊿⊿R4R3－－⊿⊿R3全桥差动电路全桥差动电路恒流源供恒流源供电电桥假设ΔRT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，因此丈量不受温度的影响交流电桥交流电桥 假设电桥的供电电源为交流电压时，这种电桥称为交流电桥v为顺应电感、电容式传感器的需求 v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求思索分布电感和分布电容的影响 〔〔1〕交流电桥的平衡条件〕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 电阻交流电桥电阻交流电桥1、单臂电阻；2、等臂差动电桥 ；3、全桥交流电桥。

电感电桥电感电桥 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 假设设Z1、Z2为传感器阻抗 且那么有另有  由于电桥是双臂任务，所以接入的是差动电感式传感器的两差动电感，任务时： 电桥的输出电压为： 当ωL＞＞R' 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 电容电桥电容电桥 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 由于电桥是双臂任务，所以接入的是差动电容式传感器的两差动电容， 电桥的输出电压为： 当ωC＞＞R' 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交流电桥的输出电压与传感器的电容相对变化量成正比变压器电桥电路变压器电桥电路 Ø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 Ø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， (由于被丈量使传感器的阻抗发生变化) 电桥的输出电压为： v实践丈量中，4个阻抗难于到达真正平衡，为此常采用下面的电桥平衡电路进展调整。

各电位器值>10R，r25Rv实践运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4.运用实例－血管外血压传感器运用实例－血管外血压传感器v由插管技术将血液压力传到圆帽，膜片产生位移，带动活动元件挪动，使R1，R4以及R2, R3发生反方向应变，使衔接它们的全桥失去平衡，产生输出 5.运用实例－脉象传感器运用实例－脉象传感器v脉搏波经传感顶子作用于等强度悬臂梁的自在端，使之弯曲变形贴在梁上下面的应变片接入全桥或半桥，输出的电压即反响脉动规律侧视图上视图 6.水银－橡胶管应变仪传感器水银－橡胶管应变仪传感器v在一个可伸缩的橡胶管中充溢导电液体〔如KCl，水银〕，也可以是导电碳粒，可丈量心脏，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二、二、电容式容式传感器感器v1.任务原理v被丈量改动传感器的电容量，再转换成电量输出根本方式是平板电容器，电容量为v C=0rS/xv常经过极距x来实现丈量，也可以改动介电常数r和极板面积Sv上式微分得电容传感器的灵敏度v K=C/x=- 0rS/x2v 并得到 dC/C= -dx/xv阐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。

任务原理任务原理 S ——极板相对覆盖面积；    d ——极板间间隔；    εr——相对介电常数；    ε0——真空介电常数，；    ε ——电容极板间介质的介电常数 δSε变极距极距(δ〕型〕型: (a)、、(e) 变面面积型型(S)型型: (b)、、(c)、、(d)、、(f)、、(g) 〔〔h〕〕 变介介电常数常数(ε )型型: 〔〔i〕～〕～(l) 变极距型电容传感器变极距型电容传感器非线性关系 假设△d/d<<1时，那么上式可简化为 假设极距减少△d 最大位移应小于间距的1/10 差动式改善其非线性初始电容变面积型电容传感器变面积型电容传感器当动极板相对于定极板沿着长度方向平移时，其电容变化量化为△C与△x间呈线性关系 电容式角位移传感器电容式角位移传感器 当θ=0时 当θ≠0时传感器电容量C与角位移θ间呈线性关系 变介电常数型电容式传感器变介电常数型电容式传感器初始电容 电容式液位传感器 电容与液位的关系为： 2.丈量电路丈量电路1〕直流极化电压电路〕直流极化电压电路v这是最简单的丈量动态位移变化的电路，将传感器与直流电源V和大负载电阻R串接，在R上丈量输出电压V0 ，它与极距x间有关系：v X0是无位移时的电容极距，＝RC，R1Mv实践上是高通滤波器，增大R，C能降低fc，但会添加非线性，要求x/x0很小。

2〕变频电路〕变频电路vC被接入Hartley振荡器回路，信号频率为:v位移输入被转换成信号频率的改动，经过丈量f来了解位移量v能丈量的位移可以接近直流，但是存在非线性3〕运放丈量电路〕运放丈量电路vC是电容传感器v低端频响很好,接近直流v输出电压与位移成线性v关系v放大器增益等于反响阻抗与输入阻抗之比,故v输出是由位移x调制的调幅信号，用解调器和低通滤波器来得到正比与x的电压信号4〕电桥丈量电路〕电桥丈量电路v用差动三端电容丈量准确位移d0平衡位置，x向上正向位移，有v C1＝0rA/(d0-x),v C2＝0rA/(d0+x) v可采用电容电桥丈量，输出电压为 v也可采用变压器比率臂电桥，放大器电流正比于(C1-C2)=x(2A0r/(d02-x2))，通常x<

前者为电感传感器，后者称变压器式传感器1自感式自感式传感器感器 l i ——各段导磁体的长度； U i——各段导磁体的磁导率； S i ——各段导磁体的截面积；δ ——空气隙的厚度； U0 ——真空磁导率; S ——空气隙截面积线圈自感线圈自感 变气隙型传感器变截面型传感器 变间隙式电感传感器变间隙式电感传感器传感器由线圈、铁心和衔铁组传感器由线圈、铁心和衔铁组成任务时衔铁与被测物体衔成任务时衔铁与被测物体衔接，被测物体的位移将引起空接，被测物体的位移将引起空气隙的长度发生变化由于气气隙的长度发生变化由于气隙磁阻的变化，导致了线圈电隙磁阻的变化，导致了线圈电感量的变化感量的变化线圈电感：线圈电感： N N为线为线为线为线圈匝数，圈匝数，圈匝数，圈匝数，RmRm为为为为磁路磁路磁路磁路总总总总磁阻特点：灵敏度高，非线性误差特点：灵敏度高，非线性误差较大，制造装配比较困难较大，制造装配比较困难变面积型电感传感器变面积型电感传感器气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被丈量气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被丈量的变化面而改动，从而导致线圈的电感量发生变化。

灵的变化面而改动，从而导致线圈的电感量发生变化灵敏度低，线性较好，量程较大，运用比较广泛敏度低，线性较好，量程较大，运用比较广泛螺管型电感传感器螺管型电感传感器衔铁随被测对象挪动，线圈磁力线途径上的磁阻发生变化，线衔铁随被测对象挪动，线圈磁力线途径上的磁阻发生变化，线圈电感量也因此而变化线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的圈电感量也因此而变化线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关灵敏度较低，量程大，构造简单易于制造和批量消深度有关灵敏度较低，量程大，构造简单易于制造和批量消费，是运用最广泛的一种电感式传感器费，是运用最广泛的一种电感式传感器差动式电感传感器差动式电感传感器v为了改善线性在实践中大都采用差动式，为了改善线性在实践中大都采用差动式， 采用采用两个一样的传感线圈共用一个衔铁两个一样的传感线圈共用一个衔铁•要求两个导磁体的几何尺寸及资料完全一样，两个线圈的电要求两个导磁体的几何尺寸及资料完全一样，两个线圈的电气参数和几何尺寸完全一样气参数和几何尺寸完全一样差动式优点：差动式优点：1 1、线性好；、线性好；2 2、灵敏度提高一倍，即衔铁位移一、灵敏度提高一倍，即衔铁位移一样时，输出信号大一倍；样时，输出信号大一倍；3 3、温度变化、电源动摇、外界干扰、温度变化、电源动摇、外界干扰等对传感器的影响，由于可以相互抵等对传感器的影响，由于可以相互抵消而减小；消而减小；4 4、电磁吸力对测力变化的影响也由、电磁吸力对测力变化的影响也由于可以相互抵消而减小。

于可以相互抵消而减小 2 2 差动变压器传感器〔互感〕差动变压器传感器〔互感〕 互感式传感器本身是其互感系数可变的变压器，当一次侧线圈接入鼓励电压后，二次侧线圈将产生感应电压输出，互感变化时，输出电压将作相应变化 普通，这种传感器的二次侧线圈有两个，接线方式又是差动的，故常称之为差动变压器式传感器两个次级绕组的同名端那么反向串联两个次级绕组的同名端那么反向串联差动变压器输出电压特性曲线差动变压器输出电压特性曲线 差动变压器的构造类型差动变压器的构造类型 实例：差动电感加速度计实例：差动电感加速度计v丈量震颤麻木症病人手指的颤抖程度，诊断病情和了解疗效v弹簧所系的质量块的偏移正比于作用在上面的加速度v在10V电压下，具有83.36mVG-1的灵敏度，量程±30G，频响0－30Hz3.丈量电路丈量电路v除了差动电感和差动变压器外，单一电感传感器可以用交变的恒流源鼓励L来丈量其端压，它正比于电感量缺陷是高频时因寄生电容影响存在非线性误差v常把L接入电容三点式振荡回路，产生振荡频率为：v这种方法线性度好丈量出来的是频率变化，这有利于数字化 v差动电感传感器，可以将电感作为桥臂，如图a所示。

图中Ve表示交流鼓励电压v还可以采取图b所示紧耦合的电感固定臂电桥的构造方式，其灵敏度较高，电桥也容易平衡四、四、 电磁式磁式传感器感器v这是一类利用电磁感应定律设计的传感器，可丈量许多物理量，典型的产品有电磁血流计、电动式传感器v1.电动式传感器v也称动圈式传感器，利用电磁感应定律设计v机械系统的线圈架上绕N匝线圈，永久磁铁环，磁极环等 v外界输入作用力F驱动机械系统运动，线圈随之运动〔动圈〕，切割磁力线，圈中产生感应电势：v e＝Blvv l＝dN，d为线圈直径，N匝数B和导线长度l为常数，因此感应电动势e和运动速度v成正比v由此测出F作用下动圈的运动，用来构故意音传感器，声压传感器等v逆向运用：输入鼓励电流，产生推力使线圈运动，构成压力发生器，可以做电动式心脏推进安装等空气传导型电磁式心音传感器空气传导型电磁式心音传感器v圆柱形永久磁铁与导磁环组成E形截面构造v两者间有一气隙v气隙中套一个轻质线圈，它与上方的振动膜片衔接v与胸壁接触后，心音经过胸壁与膜片间的空气传导使膜片振动，带动线圈切割磁力线，感应出与线圈运动速度成正比的电动势来2.电磁血流计电磁血流计v原理：利用血管内流动的血液作为在磁场中运动的“导线〞，血液是碱性导电体，服从欧姆定律和麦克斯韦方程。

由法拉第电磁感应定律当血液以匀速v流动，在恒定磁场B中切割磁力线，感应出电动势：va为血管内壁半径vD为血管内壁直径电磁血流计电磁血流计v对于血流速度分布不均匀，但以管轴为对称轴分布的情况，感应电势为：v输出电压与血流的形状无关，磁通量和血管一定，仅决议于体积流速，即血液流量电磁血流计电磁血流计v环形封套式探头：v用带静电屏蔽的叠层坡莫合金的C型磁芯设计，漏磁少静电屏蔽层用高电阻率的铜镍膜以防止磁铁和线圈间的电容耦合，并减少屏蔽层中的涡流影响v在磁芯的每边上都相对绕了绕组，上部的开口可以滑过血管而不切伤血管探头尺寸做成系列，保证能适用于各种尺寸的血管LOGO 2.5.2 2.5.2 光光光光电传电传电传电传感器感器感器感器 光电传感器光电传感器把光信号电信号，可检测人体辐射信息，也可其他人体信息光信号特点：构造简单，非接触式，可靠性好，精度高，反响迅速在BME领域运用广泛，如光电脉搏传感器，脉搏血氧饱和度传感器，相机，热成像，光导纤维血压传感器等光电传感器光电传感器光电传感器由光电器件构成：光电管，光电倍增管，光电导元件，光电势元件，光敏管等物理根底：光电效应－光照射在物质上引起其特性〔如电子发射，电导率，电位电流等〕发生变化的景象。

光电效应包括：外光电效应：即光电发射效应内光电效应：光导伏打效应，光生伏打效应等一、一、 半导体光电元件半导体光电元件1.光导效应和光敏电阻光导效应和光敏电阻1〕光导效应：光照射在绝大多数高电阻率半导体资料上会引起该资料的电阻率下降而易于导电的景象用有光导效应资料制成的光敏器件成为光敏电阻或光导管具有显著的光导效应的半导体资料：硫化镉，硒化镉，硫化锌，红外波段的硫化铅，硒化铅等 2〕光敏电阻如图是硫化镉CdS光敏电阻光导资料上的电极成梳状，电极间为光导资料，以增大任务区域，提高灵敏度2.光生伏打效应和光电池光生伏打效应和光电池1〕光生伏打效应半导体受光照产生电势的景象叫光生伏打效应分为:Dember效应：外表强光照射后构成高浓度的电子与空穴，与内部构成浓度差而产生电势光电磁效应：外表受强光照射时，在垂直方向加磁场，会在垂直于光和磁场方向产生电势PN结光生伏打效应：光照射PN结会因本征激发产生自在电子和空穴，构成光电流，使P带正电，N带负电，从构成新的电位差贝克勒效应：电解质中的两个一样电极，当其中一个受光照后，会在电极间产生电势2)光电池光电池v一类为金属－半导体光电池，是在半导体资料上蒸发一层半透明的金属薄膜。

v例如氧化亚铜，硒光电池2〕光电池〕光电池v另一类是PN结型，在P型半导体外表上分散一层N型杂质〔或在N上分散P杂质〕构成PN结2〕光电池〕光电池v光电池资料：硒，氧化亚铜，硫化铊，硫化镉，锗，硅，砷化镓等波长0.45-1.1mv光电池的特点：性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，效率高，耐高温，耐辐射等，因此运用很广v其中，硒光电池，波长0.4-0.7 m，最大灵敏度0.55 m附近，与人眼的视觉灵敏度最大地对应，因此被运用在许多分析丈量仪器上2〕光电池〕光电池v短路电流ISC在很大光照范围内与辐照度成正比v开路电压VOC与辐照度成非线性关系，且随幅照度添加很快进入饱和v因此要利用光电池的ISC的线性，采用较小的负载电阻以满足“短路〞条件v光电池作电源时，RL要适当，使输出电压和电流的乘积最大3.光敏二极管光敏二极管v即PN结光电二极管构造与二极管类似，在N衬底上蒸镀P型Si薄层构成PN结，有受光窗特点是结面积大，深度浅，受光照面大，受光面上电阻极小v任务在负偏压形状，无光照时反向电阻很大，反向电流称为暗电流，很小v光照产生空穴－电子对，构成光电流，它与入射光照度成线性关系。

4.光敏三极管光敏三极管v把普通三极管的基极的PN结呵斥光敏二极管的外形就构成了光敏三极管它能对光电流放大，抗噪才干也强v由于基极电流就是光敏二极管的光电流，所以不用基极引线v恒定光照下VO＝IpRL，Ip是光生电流，因此输出电压与光照成线性关系5.光敏场效应管光敏场效应管v把光敏二极管与低噪声高增益场效应管结合而构成，光谱呼应宽，动态范围大，输出阻抗低v构造上两个P区短路，使两个PN结并联v任务时RG为栅极G加负压无光照时管子截止，RD上流反向电流，光照后光生电动势产生栅流IG，在RG上构成VG，在RL上产生输出电压 6.光电传感器的运用实例光电传感器的运用实例反射型光电式脉搏波传感器反射型光电式脉搏波传感器近近红红外外单单色色光光在在普普通通组组织织中中的的穿穿透透性性比比在在血血液液中中大大几几十十倍倍用用此此可可制制成成指指尖尖脉脉搏搏波波传传感感器器动动脉脉中中血血流流的的脉脉动动，，使使其其透透光光率率随随血血管管脉脉动动而而改改动动，，用用它它调调制制光光强强的的变变化化，再转换成光电信号再转换成光电信号右右面面为为反反射射型型：：光光经经过过指指尖尖组组织织和和血血液液反反射射，，到到达达同同侧侧窗窗口口的的光光电电元元件件，，实实现现脉脉搏搏波的无创检测。

波的无创检测 投投射射型型光光电电式式脉脉搏搏波波传感器传感器光光线线经经过过指指尖尖投投射射到到对对面面的的光光电电元元件件，，转转换成脉动的信号换成脉动的信号常常用用来来从从手手指指和和耳耳垂垂中丈量脉搏波信号中丈量脉搏波信号二、外光电效应和光电倍增管二、外光电效应和光电倍增管1.外光电效应金属外表受光照射后，外表和内部的电子吸收光能后逸出金属外表的景象，也叫外光电发射效应遵照两条定律：1〕斯托列夫定律：当入射光频率不变时，饱和光电流〔单位时间内发射的光电子数目的饱和值〕正比于入射光强2〕爱因斯坦定律：光电子的最大动能与入射光的频率成线性关系，而与入射光强无关2. 二次电子发射和电子倍增景象二次电子发射和电子倍增景象v具有足够动能的电子轰击任何物体使该物体发射电子的景象为二次电子发射v二次发射系数：v ＝ ns/np = is/ipv np，ns为发射的一、二次电子数，ip，is为一、二次电流v当>1时，就会发生空间电子数成倍增长景象，即电子倍增效应3.光电倍增管光电倍增管v它是真空器件，能把微弱的光转换成电子流，并使电子流获得放大v各倍增极之间存在100V的压差，当入射的微弱光线以一定速度打在阴极K上后，引发光电子的二次发射。

v发射的电子在100V电压作用下得到加速，以更高的速度打在D1倍增电极上；v再次激发出更多的二次电子，再在D2电压作用下得到进一步加速；…v最后到达阳极，并在RL上构成大约1a的电流v其呼应时间 < 10ns，电流放大倍数高达106－108构造构造vK－阴极，A－阳极，Di－倍增极〔打拿极〕vDi－Di＋1间压差100V 4.光电倍增管的运用光电倍增管的运用v放射性同位素丈量：v经过静脉注射或口服把同位素示踪药物投入体内，让其分布于特定部位利用光电倍增管设计的设备，可测定其剂量来确定它的分布或运动图像，对脏器的形状、部分缺陷和功能妨碍进展诊断 相机相机v如相机和单光子发射断层成像设备SPECT中，就采用它来放大由射线激发闪烁晶体发出的光信号，实现成像相机探头甲状腺功能测定甲状腺功能测定v经过测定甲状腺摄入碘的量来测定其功能甲状腺摄取131I后，用射线探测器丈量不同能量处的射线脉冲数，了解其功能妨碍v还可以进展肾功能放射性同位素检查ENDLOGO 2.5.3 2.5.3 压电传压电传压电传压电传感器感器感器感器 一、一、压电效效应v1.压电效应：v某些电介质〔晶体，极化的陶瓷，高分子聚合物和负合资料等〕，当在它的适当方向施加作用力时，内部会产生电极化形状的变化，同时在电介质的两端外表出现符号相反、与外力成正比的束缚电荷。

这种由外力作用而导致电介质带电的景象即为压电效应v假设在相对面上蒸发上金属电极，即可从中检测到电荷或者电位差，构成压电传感器逆压电效应逆压电效应:v压电效应是可逆的：在电极上加上电动势，电介质也会产生应变，即电场引起应变v压电资料是固体，而且各向异性石英和陶瓷是最典型的压电资料v压电体的介电性质和弹性性质之间的关系，可用压电关系式描画:二、二、压电传感器的任感器的任务原理原理v压电传感器是一种有源器件它能在外加机械鼓励下输出与鼓励成正比的电信号v广泛用来设计丈量心音的微音器、血压传感器、压电听诊器、胎儿心音和子宫收缩监视换能器、测微震颤的加速度计等v压电效应的方式分为纵向和横向两种1.纵向效应压电传感器纵向效应压电传感器vX切割石英的11方式或压电陶瓷的33方式，均为薄板厚度震动方式v石英晶体：v(a) X方向，F1压力v X面上出现＋电荷v 电量q1＝d11F1v(b)X方向拉力，上负v 压电陶瓷：v(c)Z向拉力，上负v(d)Z向压力，上正v 电量 q3=d33F3v d11等为压电应变常数2.横向效应压电传感器横向效应压电传感器vX切割石英晶体的12方式，或压电陶瓷的31方式，均为长棒纵向伸缩横向电场方式v石英：v(a)Y向压力，上负下正v(b)Y向拉力，上正下负v q1=d12F2A1/A2v =-d11F2A1/A2v A1-x方向的面积v A2-y方向的受力面积v A3-z方向的面积v陶瓷：v(c)Y向压力，上正下负v(d)Y向拉力，上负下正v q3=d31F2A3/A2 3.等效电路等效电路v可以等效为一个电荷发生器〔上〕v 也可等效为一个电压源发生器〔下〕v由于其构造特性很像电容，因此常用电容来等效压电传感器：v Ct＝A/hv A-电极面积v h-电极间距v -压电资料的介电常数4.丈量电路丈量电路v压电传感器内阻Rt很高，输出信号幅度很小，因此要求其负载RL尽能够大。

所以输入级应该是高输入阻抗的前置放大器，后面是电压放大，检波，功放等v前置级：v1〕电压放大器电压放大器等效电路电压放大器等效电路v可用电压源和电流源来等效压电传感器，简化为:根据等效电路列出电路方程：解为：Ks-压电灵敏度 Ks＝K/C-时间常数R-等效并联电阻C-等效并联电容 v频率特性：高通特性，fc＝1/2RCv 大多是低频信号，要求fc下降，可增大C，R，但会降低灵敏度，所以只需提高前放的输入电阻Rav电压放大器优点：电路简单，任务可靠，价钱廉价可做成超小型装进传感器外壳，减小电缆长度对精度的影响2 2〕电荷放大器〕电荷放大器v包含电容负反响的高增益运放v输入为传感器的等效输出电荷，放大器的输出正比于输入电荷v 假设满足Cf(1+K)>>Cc+Ca+Ctv输入阻抗：v 1010－12v 输出阻抗<100v 灵敏度与电缆长度无关5.运用实例运用实例 〔主要用于声学量的丈量〕〔主要用于声学量的丈量〕v1〕心内导管微音器v可采集心脏内血压的动态波形v压电陶瓷做悬臂梁双叠片，中间有金属片，压力作用在膜片上，经过顶子将作用力传到悬臂梁。

v50kPa时，输出6.27mVv放大器输入阻抗要>100M，呼应才干低于20Hz v2〕血压传感器v运用复合压电资料制造，包括：负荷压电资料换能元件、金属和镀金属的塑料外壳、低噪声引出线、维持薄膜张力的弹性体等v构造简单、体积小、可靠、耐冲击、灵敏度呼应好、再现性好 v由于薄膜的韧性好，易于贴紧皮肤，能稳定检测脉搏压、脉搏数和波形右面是在上腕部检测的动脉压波形v右下是实践运用的血压传感器它被安装在加压安装上，然后把加压安装放在上腕的动脉部位，经过橡胶囊进展空气压力调理 v3)加速度型心音传感器v这类传感器的构造方式很多，均根据惯性原理来丈量振动或者加速度，采用压电元件是常用的一种方法v构造上由〔质量块，弹簧，外壳构成的振动系统〕+〔压电元件〕两部分构成为获得适宜的阻尼，壳体内充硅油和橡胶硬弹簧和质量块一同向压电片施加静态预紧缩载荷，它要远大于丈量中能够接受的最大动应力v当传感器向上运动时，质量块产生的惯性力使压电元件上的压力添加；反之，那么压力减小压电元件将惯性质量的位移或振动加速度转换成电量来实现丈量丈量心音是一种典型的运用 4〕微震颤传感器这也是一个加速度传感器，压电元件作为振动接受器。

可用橡皮胶布把它贴在手指上〔通常为拇指球部〕当手震颤时，使质量块-弹性系统发生振动，压电片受力产生电荷，构成电信号 v5〕空气传导型脉搏波传感器v脉搏播引起空气振动，经过空气室传播到受压膜，使受压膜产生位移，作用到压电元件上，产生反映压力大小的电量，输出LOGO 2.5.4 2.5.4 压压压压阻阻阻阻传传传传感器感器感器感器  半导体晶体资料〔例如半导体硅〕在外力作用下电阻率发生改动的景象称为压阻效应据此原理制造的半导体压阻传感器,通常也称为半导体应变式传感器压阻传感器主要包括两类：1)体型压力传感器〔半导体应变式〕2)固态压阻式压力传感器〔分散型〕，它正与集成电路技术结合开展成为智能传感器，除了把电阻条、信号调理电路、补偿电路集成到硅片上，还把计算处置电路也集成到了一同特点：灵敏度高、呼应快、精度高、任务温度范围宽、稳定、容易小型化、智能化，运用方便，便于批量消费等，因此运用广泛，开展迅速各向同性资料的微观方式欧姆定律： E=ρJ E-电场强度， J-电流密度，ρ-电阻率对于各向异性的晶体，此关系要用张量表示： Ei =ρi j Jj (i, j = 1,2,3)脚标1,2,3表示x,y,z三个正交晶轴方向 i电场强度方向，j电流密度方向 ρij 表示i方向电场强度和j方向电流密度之间关系的电阻率1 压阻效应压阻效应 当应力作用于传感器时，其电阻率就发生改动，即产生压阻效应。

可同时遭到三个正应力和三个切应力普通，假设晶体同时遭到应力和电流的作用，从叠加原理可得： Ei = (ρij + πijmρm) Jj -πijm 压阻系数  - m 应力分量 - 正向电阻率， ρ=ρ11=ρ22=ρ33 - i=1,2,3电流强度方向 - j=1,2,3电流密度方向 - m=1,2,3,…,6应力的方向 对称性的各向异性资料可以简化应力关系，详细运用时的应力条件也可以用来简化方程例如，只受剪切应力，有1= 2=3=0例如，一块矩形板受液体压力p的作用，那么1= 2=3= - p，且4= 5=6= 0为简化符号,可对i，j进展如下合并： 11  1 22  2 33  3 23  4 13  5 12  6〔32  4 31  5 21  6〕 于是πijm 就成为πnm, n,m=1,2,3,…,6 单晶硅只需3个独立的压阻系数，因此其压阻系数矩阵就为： π11 π12 π12 0 0 0 π12 π11 π12 0 0 0 π12 π12 π11 0 0 0 0 0 0 π44 0 0 0 0 0 0 π44 0 0 0 0 0 0 π44 π11 – 纵向压阻系数 π12 – 横向压阻系数 π44 – 切向压阻系数指定晶面内的压阻系数随晶体的取向而变，因此在制造传感器，选取电阻条的方向时，应充分利用这个性质，以获得最正确的元件特性。

压阻效应的计算公式压阻效应的计算公式设长度为L、横截面为A的导体或半导体资料，其电阻为： R = L/A对此式微分得： dR/R = d/ +(1+2)dL/L = (E + 1 + 2)dL/L - 泊松比 E - 弹性模量，单位为Pa - 压阻系数 v半导体的E乘积可高达50-100，而〔1+2〕 2，所以可以以为v R/R = / = E · L/L v即 v E = / / L/L = m1 v m1称为弹性压阻系数v 例如，在[111]方向作长轴切割的P型半导体硅片，其m1 在100-175 影响压阻系数的要素影响压阻系数的要素一、与分散杂质的外表浓度有关 两者根本成反比关系，即浓度添加，压阻系数将减小二、温度升高，压阻系数下降浓度较低时，温度升高引起压阻系数下降快浓度较高时，温度升高引起压阻系数下降得慢杂质浓度很大时，温度对压阻系数几乎没影响 提高杂质浓度能减少温度变化的影响，但是会使压阻系数降低，并使得半导体资料的绝缘电阻降低，特性变差。

所以，要综合思索压电系数〔灵敏度〕，温度漂移，绝缘电阻等三个方面，合理确定分散杂质外表浓度2 半导体压阻器件半导体压阻器件l如前所述，半导体有应变系数高的显著优点，其缺陷是温度敏感性较大和非线性虽然这样，它们依然成为传感器领域中的重要成员，促进了传感技术的开展l方式上，半导体应变元件有粘贴型，非粘贴型，集成型等几种l集成型，可在P型基片上分散进相反的N型资料，或反过来，N基片分散进P型资料它们有相反符号的应变系数，再进展掺杂，可以获得大的应变系数但非线型和温度漂移也会增大l假设电路设计合理，例如c,d所示用8个分散压力应变电阻，对称布置构成的压阻应变传感器，再用惠斯顿电桥衔接，不仅有高灵敏度，还有很好的温度补偿效果典型的半导体应变传感器典型的半导体应变传感器 半半导体体应变仪的的非非线性性较大大，，例例如如对于于重重度度掺杂的的传感器，特性感器，特性为P型硅〔型硅〔 =210-2 ·cm 〕：〕：  R/R = 120( L/L)+ 4000( L/L)2N型硅〔型硅〔=3.110-4 ·cm〕：〕：  R/R = -110( L/L)+ 10000( L/L)2N型型非非线性性大大，，但但有有负的的应变灵灵敏敏度度，，因因此此本本身身就就有有温温度度补偿特特性性，，再再加加上上惠惠斯斯顿电桥可可以以有效消除平方有效消除平方项的非的非线性。

性3 丈量电路丈量电路 压阻式传感器最常用的丈量电路是惠斯顿电桥如图将四个用分散法经过在硅片上制造的压阻元件构成桥臂电阻，一个对边上是两个添加电阻，另一个对边上是两个减少的电阻供电：可用恒压源，或恒流源给电桥供电但是，恒压源供电时，输出电压除了与被丈量与供电电压成正比，还会与温度有关，不能消除温度的影响而恒流源供电时没有这个问题所以常采用恒流源为惠斯顿电桥供电图中，T1，T2构成的复合管与D1，D2和R1，R2，R3构成恒流源供电电路 l源极跟随器：由结型场效应管T5，T6与R4，R5构成高输入阻抗的源极跟随器，将丈量电桥与放大器A隔离，防止传感器的输出阻抗变化对放大器的闭环增益产生影响l放大器：可以用高输入阻抗，高共模抑制比，高增益的运算放大器构成，最好选用适宜的仪器放大器l为获得正确的丈量结果，常需求在压阻传感器〔以及其他一些半导体资料制造的传感器〕丈量电路中添加温度补偿电路和非线性补偿电路LOGO 2.5.5 2.5.5 热电传热电传热电传热电传感器感器感器感器 一、一、 金属热电偶传感器金属热电偶传感器1.温差电景象两种不同的金属组成回路时，假设两个接触点的温度不同，回路中就存在恒定的电势，会有电流流过，称为温差电景象，或者塞贝克效应。

假设把这个回路作为电源，就构成温差电偶或温差电池可以用此效应制成热敏传感器具有丈量范围宽，稳定，准确可靠等优点温差电景象温差电景象v温差电偶中的电势可表示为：v常用资料的很小，因此在温度不大时，电压V与温差成线性关系v热电灵敏度： 2. 2.热电偶的根本定那么热电偶的根本定那么v1〕均质回路定那么v由一样成分的资料组成回路，假设只受温度作用，那么不论其导体的直径和长度如何，均不产生热电势v即只需接触点温度T1和T2不变，即使存在温度T3，回路中的净电势也不会改动v或者说：沿一均匀导线的温度梯度不影响热电势2〕中间金属定那么〕中间金属定那么n在回路中接入第三种金属资料，只需它两端的温度一样，那么热电势坚持不变，即不受第三种资料接入的影响n因此有多根引线时，只需这些接点处于同一温度下，便不会影响丈量精度n假设在A，B间引入第三种金属C，而AC和BC处于同一温度，那么净电势也不变3〕中间温度定那么〕中间温度定那么n设两种金属A，B构成热电偶n 假设两端处在T1和T2时产生电势V1n 假设两端处在T2和T3时产生电势V2n 那么当两端的温度为T1和T3时，产生电动势为V1＋V2n由此，可用一个知的参考接触点温度所得到的校准曲线，去确定另一个参考接触点温度的校准温度曲线。

 4〕组成定那么〕组成定那么n三组不同金属A,B,C组成三对热电偶n 假设A和C产生电势V1，B和C产生电势V2n 那么由A和B组成的热电偶产生的电势为V1－V2n据此定那么，可用纯度很高的、理化性能极稳定的资料〔铂〕做成电极C，成为参考电极，作为确定各种资料的热电特性的基准3.热电偶温度计热电偶温度计v丈量温差电动势来确定两接触点的温度差运用时常把参考端固定在知温度，经过输出电压算出另一端温度针状热电偶铠装热电偶BME用热电偶的特点：用热电偶的特点：v受热点面积小，热容量小，可测任一点温度〔最小的直径<12m〕；v呼应时间小于1ms；v容易制造，可做在注射针管内；v采用在石英纤维上真空沉淀两种金属可制成能测细胞内瞬时温度的微型热电偶，时间常数s级；v缺陷：输出电压小，灵敏度低，需求准确的参考温度v改良：把多个热电偶串接，奇数点都测同一温度，而偶数点坚持在同一参考温度，构成热电堆能提高灵敏度和增大输出电压二二 半半导体温度体温度传感器感器1 1 二极管〔二极管〔PNPN结〕温度〕温度传感器感器 当当测温温范范围在在0 0～～150℃150℃时，，利利用用二二极极管管PNPN结的的结电压随随温温度度的的升升高高而而线性性下下降降的的根根本本原原理理制制成成二二极极管管温温度度传感感器。

器2 三极管温度传感器三极管温度传感器晶晶体体管管的的基基极极－－发发射射极极电电压压 与与集集电电极极电电流流IC随温度的关系满足下面公式：随温度的关系满足下面公式：UG0——三极管在绝对温度为273K时的硅禁带宽度电压，约为1.2V；α、r——由三极管构造决议，与温度无关坚持 Ic为定值时， 与温度T呈近似线性关系，利用这一特性可制成晶体管温度传感器晶体管传感器特点：体积小、稳定性好、晶体管传感器特点：体积小、稳定性好、价钱低廉价钱低廉 根据半导体的温度特性构成的温度传感器在医疗器械上得到了广泛的运用，其准确度主要由显示仪表的读数准确度决议，灵敏度也是其他类型的传感器难以到达的三、热释电传感器三、热释电传感器v1.热释电效应v某些晶体在温度变化时会发生电极化均匀加热晶体的某些方向上会产生等量异号的电荷冷却晶体时电荷变化与加热时相反这称为热释电效应v由于晶体构造在某些方向上正负电荷重心不重合，产生了自发极化v通常，自发极化产生的外表束缚电荷被空气中附集在晶体外表的自在电荷和晶体内部的自在电荷屏蔽，不显出电矩只需温度变化引起的电矩不能被补偿时，晶体两端才表现出电荷。

热释电效应热释电效应v晶体温度的微小变化T产生自发极化强度Ps的变化为v Ps＝PTv P是热释电系数矢量v晶体内部自在电荷的平均时间v ＝介电常数/电导率v 多数热释电晶体 ＝1~1000s2.热释电探测器热释电探测器v人体辐射的红外线经遮光盘的调制，产生调制频率为f的红外光v当f>1/时，晶体内的自在电荷来不及中和面束缚电荷的变化，在垂直于Ps的两端面间出现交流电压v在端面上安装电极，并接上负载电阻，就有电流流过热释电探测器热释电探测器v设温度变化为dT/dt，电极面积A，那么A(dPs/dt)便相当于电路上的电流，于是电压 pi是热释电系数矢量由此，电压v正比于温度变化率，而不取决于晶体对辐射能否到达热平衡丈量稳定不变的红外辐射时一定要用遮光盘，调制成周期脉冲红外信号后，才干被热释电晶体检测热释电探测器热释电探测器v特点：灵敏度高，光谱范围宽，高频呼应好，呼应速度快等，优于光敏器件和热敏器件v缺陷：容易受振动影响，不能对直流信号任务v热释电探测器的用途：v主要用来探测红外辐射，并广泛运用于各类辐射计、光谱仪、热成像。

v医疗仪器中将热释电探测器用于非接触测温暖热成像，曾经制成热光导摄像管v热像图法运用于诊断乳腺癌、皮肤癌、甲状腺癌、末梢血管闭塞或狭窄 四、热敏电阻温度传感器四、热敏电阻温度传感器v热敏电阻是对温度敏感，具有负电阻温度系数的热敏元件，由氧化锰、氧化镍、氧化钴等氧化物和陶瓷、半导体资料制成，电阻率比金属大得多vBME运用的热敏电阻，电阻率0.1-100m,常做成球状、圆盘状、薄片状、杆状和环状尺寸小(<0.5mm)，灵敏度高(-3%/C-5%/C)，长期稳定性好 (每年变化±0.2%)球状热敏电阻球状热敏电阻安装在注射针端的热敏电阻安装在注射针端的热敏电阻1.热敏电阻的性能热敏电阻的性能1〕电阻温度特性〕电阻温度特性常用的负温度系数热敏电阻的电阻－温度特常用的负温度系数热敏电阻的电阻－温度特性近似为：性近似为：性性 能能v一组典型的热敏电阻R－T特性曲线如右每条曲线代表一种资料v它们是在热敏电阻任务于很小的功率以致可略去自热情况下测出的，称为零功率电阻性性 能能2〕温度系数〕温度系数对上式微分后再除以对上式微分后再除以RT可得温度系数：可得温度系数：o可见，温度系数是温度T的非线性函数。

3〕伏安特性〕伏安特性v热敏电阻在水中和空气中的伏安特性lPA－线性段，低电流下呈线性电阻的性质,V随I添加而增大；lA点－没有自热时的最大电流值;lB点－电阻增量为0，这时,自热温度＝环境温度；lC点－空气中最大平安电流任务点；左下斜线为电阻坐标左下斜线为电阻坐标右下斜线是恒功率坐标右下斜线是恒功率坐标伏安特性伏安特性lBC段－B点之后有较大自热，V随I添加而减小,属于负阻特性区；l空气和水的热阻不同，因此自热区域也不同；l在P-B的阶段, 曲线与电阻坐标交点即它的线性电阻值；l过B点之后的负阻阶段,曲线与恒功率坐标的交点即为热敏电阻的热功率损耗4〕功率常数〕功率常数v在规定的环境温度下，由于自热而每上升1 C°所耗散的功率称为功率常数，单位mW/C°v在-55－150C°内，功率常数约为0.5-10 mW/C°v 5〕热时间常数v表示在零功率条件下，环境温度发生阶跃变化时,热敏电阻的阻值在初始温度和终止温度间变化63.2%所需求的时间v热敏电阻的热时间常数在1~50s之间2.热敏电阻的线性化热敏电阻的线性化v许多运用希望得到线性电阻－温度特性,或线性电导－温度特性v恒流源供电并需求丈量热敏电阻的端压时，要对其R－T特性进展补偿。

方法：用一个固定电阻RP与热敏电阻并联，其阻值为式中，RTm是在温度变量的中间标度Tm处的热敏电阻阻值, B是热敏电阻的资料常数(特征温度).v在恒压源供电并丈量流过热敏电阻的电流时，可用一个固定电导Gs与热敏电阻串联来实现补偿v串联的电导数值计算：Ø式中GTm是温度变量中间标度Tm处的热敏电阻的电导Ø留意：线性化后合成的有效电阻的温度系数会下降Ø并联和串联线性化电路的有效电阻温度系数：3.温度丈量电路温度丈量电路v体温丈量v 体温是一种重要的生理信息，被看成生命体征参数之一例如：v用体表温度鉴定休克，因循环休克而使血压降低，导致外周血流缺乏，体温下降如: 拇指温度下降可以早期预告休克v传染病，体温添加，皮肤发热潮红，体液损失v麻醉时，由于抑制了热调理中枢，使体温下降v关节炎的温度与部分发炎情况亲密相关，体温丈量可以了解由于关节炎和慢性炎症引起的血流添加v降低体温，可以减缓代谢和血液循环3.温度丈量电路温度丈量电路1〕 〕惠斯登惠斯登电桥电桥常用于差温常用于差温电桥电桥丈量丈量电电路，以丈量两个路，以丈量两个器官或同一器官上器官或同一器官上不同位置不同位置处处的微小的微小温差。

温差直流温差直流温差电桥电桥：两个：两个珠状配珠状配对对的的热热敏敏电电阻阻RT1和和RT2分分别别放置在两个相放置在两个相邻邻的的桥桥臂上，阻臂上，阻值值100 ，在，在25C°时误时误差小差小于于±1v交流温差电桥：测定细胞成分的反响热，灵敏度更高v 并联电容器补偿桥臂的电容失衡相敏检波器电桥输出的交流信号，使指示器指示温差大小和正负2〕直接丈量热敏电阻上电压或经过的电流〕直接丈量热敏电阻上电压或经过的电流v采用运放构成的线性化热敏电阻丈量电路：采用运放构成的线性化热敏电阻丈量电路：电路阐明：电路阐明：vRs使支路电导对温度的特性线性化；v仅用50mV电压对串联电路供电，可有效消除自热误差；vRF产生的电流反响在输入端产生一个虚地，使丈量时有电流流过热敏电阻Rt时不影响其端压；v假设放大器输入阻抗很大，那么流过反响电阻RF的电流将等于Rt的电流i减去补偿电流io，因此输出电流与Rt电流成线性关系，所以输出电压Vo也随温度作线性变化v系统在0－40C°范围内的最大偏向约为0.15 C°4.用热稀释法丈量心输出量用热稀释法丈量心输出量v指示剂稀释法是常用的丈量血流量的技术，其中热稀释法涉及到温度的丈量。

根据采用的指示剂不同，可以有三种方法：vO2〔浓度丈量〕v被试延续吸入纯氧，然后丈量动脉和静脉血液中的O2含量，就可根据菲克定理计算出血流量：vdm/dt: 氧的耗费vCa: 动脉血中的氧浓度vCv: 静脉血中的氧浓度l染料稀释法〔浓度丈量〕染料稀释法〔浓度丈量〕l这是临床上丈量心输出量的常用方法这是临床上丈量心输出量的常用方法 将有将有色染料靛青蓝绿经导管注入肺动脉，然后丈色染料靛青蓝绿经导管注入肺动脉，然后丈量股动脉〔或者肱动脉〕中的染料浓度，再量股动脉〔或者肱动脉〕中的染料浓度，再根据菲克定理确定心输出量根据菲克定理确定心输出量l热指示指示剂法〔即温度丈量法〕法〔即温度丈量法〕l由于由于热量没有毒性，和氧一量没有毒性，和氧一样，可以在血流，可以在血流流流过人体人体时被排除，称被排除，称为热稀稀释法l用一定量的冷生理用一定量的冷生理盐水水( (设其容其容积ViVi，比重，比重i i，比，比热CiCi，温度，温度Ti)Ti)，注入右心房，在右，注入右心房，在右心室内冷生理心室内冷生理盐水和血液完全混合，然后在水和血液完全混合，然后在肺肺动脉内丈量血液的温度脉内丈量血液的温度变化化T(t)T(t)，根据，根据热量的量的变化化规律丈量出血流量。

律丈量出血流量l设血液的比重血液的比重为B B，比，比热CBCB，温度，温度TBTB，那么，那么生理生理盐水从水从TiTi加加热到到TBTB所需求的所需求的热量量为l Q= Vi· Q= Vi· i· Ci· (TB - Ti)i· Ci· (TB - Ti)v设要测的血流量为F(l,升)，那么在温度丈量点调查dt时间内热量的变化量dQ:v dQ=FBCB(TB-T(t))dtv代入前面的Q，两边积分，可得到从Ti升温到TB所需的总热量Q，由Q可进一步计算出血流量F:v实践丈量系统是一个双导管安装一个导管端部装上热敏电阻，经过肱静脉导入，放置到肺动脉中的适当位置另一个导管也经过静脉放入到右心房中，用来注入冷的生理盐水v临床上常用这种热稀释法丈量血流量以确定心输出量丈量中，导管可以留在丈量部位大约24个小时，在这段时间里可以进展反复多次的丈量v优点：v不用刺破动脉v假设采用染料作指示剂，那么不能够实现如此长时间的延续丈量5.温度对流式速度传感器温度对流式速度传感器v丈量血流和呼吸气流速度丈量血流和呼吸气流速度v丈量原理：将一个热敏电阻置于流速场〔如血流，丈量原理：将一个热敏电阻置于流速场〔如血流，呼吸气流等〕中，在热敏电阻上经过电流，对其呼吸气流等〕中，在热敏电阻上经过电流，对其加热。

流体的流动使热敏电阻上的热量分发，分加热流体的流动使热敏电阻上的热量分发，分发掉的热量大小与流体的速度有关发掉的热量大小与流体的速度有关v设：流过热敏电阻的电流损耗功率为设：流过热敏电阻的电流损耗功率为 ，电阻的，电阻的温度变化为温度变化为 T，流速为，流速为v那么由实验测得：那么由实验测得：v a，，b为阅历常数为阅历常数. 可见流速可见流速v越大，温度变化越大，温度变化 T越小v因此，坚持所加的功率恒定因此，坚持所加的功率恒定,经过丈量出热敏电经过丈量出热敏电阻的阻值变化阻的阻值变化(它反映温度的变化它反映温度的变化),就可求出流就可求出流速v当然，也可以设法坚持温度不变，测出所需求施当然，也可以设法坚持温度不变，测出所需求施加的功率加的功率 的变化的变化,反映流速的大小反映流速的大小流速丈量传感器流速丈量传感器Ru丈量热敏传感器Rt温度补偿热敏电阻方式1：只能丈量流速方式2：区分方向方案之一方式3：区分方向方案之二。