醫(yī)用傳感器總復(fù)習(xí)題及答案

醫(yī)用傳感器總復(fù)習(xí)題及答案

一、填空題

1、通常希望傳感器的輸入和輸出之間具有一一對應(yīng)關(guān)系，這樣的傳感器才能

如實(shí)反映待測的信息。

2、直流電橋的補(bǔ)償包括零位補(bǔ)償、溫漂補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償、靈敏度溫漂補(bǔ)

償。

3、差動(dòng)式電感傳感器是利用位移的變化使線圈間互感量發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)

機(jī)電轉(zhuǎn)化的裝置。

4、醫(yī)用電極按工作性質(zhì)可分為檢測電極和刺激電極，心電圖儀所用電極屬于

檢測電極。

5、電容式傳感器根據(jù)其組成原理分為變面積型、變極距型和變介質(zhì)型。

6、金屬電阻應(yīng)變片敏感柵的形式和材料很多，其形式以箔式式應(yīng)變片用的多，

材料以卡碼合金和康銅用的最廣泛。

7、霍爾式傳感器是利用霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理而被測量，如電流、磁場、

位移、壓力等轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢輸出的一種傳感器。

8、生物醫(yī)學(xué)上常用的氣敏電極有氧電極和二氧化碳電極。

9、幾乎所有的物質(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)。

10、超聲換能頭主要利用壓電晶體作為換能元件。

11、在生物醫(yī)學(xué)中，測量血流量常用磁電式式傳感器。

12、作為金屬-半導(dǎo)體型的硒光電池，因?yàn)榫哂泄庾V峰值處于人的視覺范圍內(nèi)

的特點(diǎn)，且價(jià)格便宜，所以廣泛用于多種分析測量儀器中。

13、常見的壓電材料有石英晶體、壓電陶瓷和高分子壓電聚合材料。

14、電渦流式傳感器可以測量位移、厚度、加速度等物理量，其本身不與被

測對象接觸，適于生理測量工作。

15、傳感器就是通過敏感元件、傳感元件和電子線路把非電生物信息轉(zhuǎn)化成

電學(xué)量的裝置

16、在傳感器測量電路中，應(yīng)用電橋測量線路把電阻變化轉(zhuǎn)化成電流或電壓變

化的線路。

17、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(jī)電轉(zhuǎn)換

裝置

18、電化學(xué)傳感器不僅能監(jiān)測離子而且能測定溶解在生理液體中的氣體。

19、醫(yī)用電極按工作性質(zhì)可分為檢測電極和刺激電極。

20、電阻應(yīng)變效應(yīng)是指在一定的范圍內(nèi)，拉伸金屬導(dǎo)體，金屬導(dǎo)體的電阻變

化和應(yīng)變成正比。

21、電容式傳感器根據(jù)其組成原理分為變面積型、變極距型和變介質(zhì)型。

22、霍爾元件是N型半導(dǎo)體制成的扁平長方體，扁平邊緣的兩對側(cè)面各引出一對

電極。一對叫激勵(lì)電極用于引入控制電流；另一對叫霍爾電極，用于引出霍

爾電勢。

23、濕敏電阻是一種電阻隨環(huán)境溫度變化而變化的敏感元件。

24、測量血壓可以選擇電容式/壓電式式傳感器。

25、正壓電效應(yīng)是將壓力變化轉(zhuǎn)換為電變化，這種傳感器稱為非諧振式壓電傳

感器。

26、光電耦合器CCD的基本功能是將動(dòng)態(tài)（動(dòng)態(tài)/靜態(tài)）的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化成電

信號，該器件被廣泛應(yīng)用于各種光電信息處理系統(tǒng)。

27、化學(xué)傳感器是一種測量溶液中離子活度的微型固態(tài)電化學(xué)敏感器件，他的

輸入阻抗高，輸出阻抗低，信噪比高，響應(yīng)快，頗適用于醫(yī)學(xué)中檢測各種生理參

數(shù)。

28、生物醫(yī)學(xué)測量中常用珠狀或薄片狀的熱敏電阻作為溫度測量探頭。

二、選擇題

1、根據(jù)傳感器的性質(zhì)分類，以下屬于化學(xué)傳感器的是：

A.刺激電極B.微生物傳感器C.光電傳感器D.離子選擇電極

2、在傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)里，描述傳感器輸出變化量和輸入變化量比值的是：

A.測量范圍B.測量范圍C.線性度D.靈敏度

3、由于玻璃電極阻抗很高，因此要求電位測量電路為阻抗特點(diǎn)是：

A.阻抗低，電流低B.阻抗低，電流大

C.阻抗高，電流大D.阻抗高，電流小

4、基于外光電效應(yīng)的光電器件有：

A.光敏電阻B.光敏二極管C.光導(dǎo)管D.光電管。

5、傳感器的靈敏度是電橋測量技術(shù)的重要指標(biāo)，在同一輸入電壓的條件下，靈

敏度最高的電橋是：

A.單臂變化B.雙臂變化C.三臂變化D.四臂變化

6、通常用電阻應(yīng)變片傳感器測量。

A.電阻B.扭矩C.流量D.壓力

7、熱電偶中產(chǎn)生熱電勢的條件是：

A.兩接觸點(diǎn)材料相同B.兩接觸點(diǎn)材料不同

C.兩接觸點(diǎn)的溫度相同D.兩接觸點(diǎn)的溫度不同

8、壓電式傳感器目前多用于測量。

A.靜態(tài)的力或壓力B.加速度

C.速度D.動(dòng)態(tài)的力或壓力

9、醫(yī)學(xué)上通常用壓電式傳感器測量。

A.厚度B.心音C.溫度D.位移

10、在測量位置的傳感器中，較其他位置傳感器具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，線性度好，結(jié)

構(gòu)簡單，加工方便的傳感器是。

A.光電式位置傳感器B.霍爾式位置傳感器

C.電感式位置傳感器D.電容式位置傳感器

11、根據(jù)傳感器的性質(zhì)分類，以下屬于物理傳感器的是：

A氣敏電極B離子選擇電極C微生物傳感器D光電傳感器

12、以下不屬于傳感器靜態(tài)指標(biāo)的是：。

A.靈敏度B測量范圍C.線性度D.瞬態(tài)響應(yīng)

13、壓電傳感器的阻抗特點(diǎn)是：

A.低輸出阻抗，高輸出信號B.低輸出阻抗，低輸出信號

C.高輸出阻抗，高輸出信號D.高輸出阻抗，低輸出信號

14、下圖為電橋測量電路，靈敏度是電橋測量技術(shù)的重要指標(biāo)，在同一輸入電壓

的條件下，靈敏度最高的電橋是的電橋：

A.單臂變化B.雙臂變化C.三臂變化D.四臂變化

15、通常用熱敏電阻測量。

A.電阻B.扭矩C.壓力D.溫度

16、光電管的光電特性是指光電管上陽極電壓和入射光頻譜不變條件下。

A.入射光的頻譜與光電流的關(guān)系B.入射光的光通量與光強(qiáng)的關(guān)系

C.入射光的頻譜與光通量的關(guān)系D.入射光的光通量與光電流的關(guān)系

17、光敏三極管的結(jié)構(gòu)可以看成，用光敏二極管替代普通三極管中的。

A.集電極B.發(fā)射極C.其它D.基極

18、熱電偶中產(chǎn)生熱電勢的條件是：

A.兩接觸點(diǎn)的材料相同B.兩接觸點(diǎn)的材料不同

C.兩接觸點(diǎn)的溫度相同D.兩接觸點(diǎn)的溫度不同

19、固態(tài)壓敏電阻在某一方向上承受應(yīng)力時(shí)，它的電阻值發(fā)生顯著變化，這是由

哪些方面因素發(fā)生顯著變化引起的。

A.極化電荷B.幾何尺寸C.晶面上電荷D.電阻率

20通常用差動(dòng)變壓器傳感器測量。

A.厚度B.振動(dòng)C.加速度D.位移

三、綜合題

電阻傳感器的測量電路中常用到電橋測量線路：

（1）電阻傳感器測量電路中，電橋測量線路的作用是什么？（5分）

將電阻的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化，不僅電阻應(yīng)變片式傳感器，而其他電阻

傳感器也常常那個(gè)利用它進(jìn)行變化，以便進(jìn)一步進(jìn)行放大或記錄。

（2）畫出直流電橋的測量電路，并寫出電橋平衡條件的公式。（6分）

平衡條件：R1R4=R2R3

（3）在生物醫(yī)學(xué)中常用等臂電橋，若按橋臂工作方式不同，可分為哪幾種？寫

出各自的電壓靈敏度。（6分）

單臂變化，Su=0.25U

雙臂變化，Su=0.5U

四臂變化，Su=U

圖1測量流動(dòng)血液的氧電極

圖1是測量流動(dòng)血液的氧電極

（1）標(biāo)出圖中各字母代表電極的具體名稱及溶液的成分（每空2分，共8分）

A代表玻璃膜B代表KCL溶液

C代表鋁電極D代表AgCI電極（氯化銀電極）

（2）簡述氧電極測量血液中（Po2）氧氣的原理。（5分）

該電極被加熱后，電極下面的毛細(xì)血管擴(kuò)張，血流量增加提供多余的氧，擴(kuò)散到

皮膚表面，透過透氧膜進(jìn)入玻璃電極，通過測量玻璃電極和參比電極的電位差，

可以得到氧氣濃度和電壓的關(guān)系，從而測量氧的含量。

1據(jù)擴(kuò)散硅型脈搏計(jì)的工作原理圖完成填空（10分）

壓阻式傳感器的特點(diǎn)是體積小、精度高、頻響范圍廣，目前在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用日益

廣泛。圖1為擴(kuò)散硅型脈搏計(jì)的結(jié)構(gòu)圖。其核心為一擴(kuò)散硅膜片，硅膜片上擴(kuò)

散有4個(gè)接成全橋的電阻，隱線由導(dǎo)線引出，脈搏計(jì)的室內(nèi)充有硅油，以傳

遞由硅橡膠膜感受到的硅油變化，

壓阻效應(yīng)引起力敏電阻的變化，此變化經(jīng)測量電路產(chǎn)生輸出電壓。

圖1

2（共10分）

（1）何謂熱電阻效應(yīng)？（4分）

幾乎所有物質(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)。

（2）畫出熱敏電阻測溫電路（直流溫差電橋）。（6分）

3（10分）

（1）電極電位是怎樣產(chǎn)生的，其絕對值又是怎樣確定的？（5分）

當(dāng)將金屬M(fèi)浸于其離子M2的溶液時(shí)，在金屬與溶液的界面上發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電極

電位。

單個(gè)電極的電極電位絕對值至今無法測出，但是由兩個(gè)電極組成的電池，兩極之

間的電位差可測出，，若其中一個(gè)電極電位為零，則靈位一個(gè)電極的電極電位便

可測定。

（2）常用的參比電極有哪些？（5分）

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

醫(yī)用傳感器重點(diǎn)、習(xí)題解答、例題解答

第一章

***PPT重點(diǎn)：

1.傳感器的定義和組成

⑴定義：

傳感器：能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的

器件或裝置一一《傳感器通用術(shù)語》

生物醫(yī)學(xué)傳感器：能將各種被觀測的生物醫(yī)學(xué)中的非電量轉(zhuǎn)換為易觀測的電學(xué)量

的一類特殊的電子器件

⑵組成：

2.傳感器的作用

①提供信息

②監(jiān)護(hù)

③生化檢驗(yàn)

④自動(dòng)控制

⑤參與治療

3.醫(yī)用傳感器的特性和要求

⑴特性：

①足夠高的靈敏度

②盡可能高的信噪比

③良好的精確性

④良好的穩(wěn)定性

⑤足夠快的響應(yīng)速度

⑥較好的互換性

⑵要求：

①生物相容性

②物理適形性

③電的安全性

④使用方便性

***課后習(xí)題：

1.生物醫(yī)學(xué)信號有那些特點(diǎn)？由此對醫(yī)用傳感器有那些要求？

答：生物醫(yī)學(xué)信號的特點(diǎn)：非電量、信號微弱、信噪比低、頻率低；

對醫(yī)用傳感器的要求：高靈敏度、高信噪比、良好的精確性、足夠快的響應(yīng)速度、

良好的穩(wěn)定性和較好的互換性。

2.為什么說檢測類儀器的整體結(jié)構(gòu)中，傳感器起著關(guān)鍵性的作用？

答：由于生物醫(yī)學(xué)信號所具有的特點(diǎn)，使得僅僅依靠放大電路的模擬濾波和計(jì)算

機(jī)的數(shù)字濾波很難達(dá)到檢測的要求，而傳感器是將非電量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的器件，

決定著檢測的可能性和檢測儀器的精確性、可靠性和應(yīng)用范圍。

3.醫(yī)用傳感器有那些用途和分類方法？

答：

⑴用途：①提供信息②監(jiān)護(hù)③生化檢驗(yàn)④自動(dòng)控制⑤參與治療；

⑵分類方法：

㈠按工作原理分類：①物理傳感器②化學(xué)傳感器③生物傳感器

㈡按被測量的種類分類：①位移傳感器②流量傳感器③溫度傳感器④速度傳感器

⑤壓力傳感器

㈢按與人體感官相對應(yīng)的傳感器的功能分類：①視覺傳感器②聽覺傳感器③嗅覺

傳感器

4.醫(yī)用傳感器主要是用于人體的，與一般傳感器相比，還必須滿足那些條件

答：生物相容性；物理適形性；電的安全性；使用方便性。

第二章

PPT重點(diǎn)

1.傳感需的靜態(tài)特性

當(dāng)輸入量處于穩(wěn)定狀態(tài)或發(fā)生較為緩慢的變化時(shí)的輸入量與輸出量之間的關(guān)系。

通常由傳感器的物理、化學(xué)和生物的性質(zhì)來決定。

2.掌握靜態(tài)特性方程

⑴在不考慮遲滯、蠕變和不穩(wěn)定性等因素：

y是輸出信號

x是輸入信號

aO是無輸入時(shí)的輸出，零位輸出(即傳感器的零偏)

al：傳感器的線性靈敏度

a2、a3、…an：傳感器的非線性項(xiàng)系數(shù)

⑵不考慮零位輸出：

㈠理想線性特性，如圖2-1(a)

㈡非線性項(xiàng)次數(shù)為偶數(shù)，如圖2-1(b)

㈢非線性項(xiàng)次數(shù)為奇數(shù)，如圖2-1(c)

㈣一般情況，如圖2-1(d)

3.掌握靜態(tài)特性指標(biāo)

⑴測量范圍

①傳感元件測量范圍有限制

②變換電路工作范圍有限制

⑵靈敏度

傳感器達(dá)到穩(wěn)定后輸出變化量Ay對輸入變化量Ax的比值，通常用k表示：

⑶線性度

傳感器特性曲線與你和直線間最大偏差（△Y_max）與傳感器滿量程（FS）輸出

值（Y_fs）的百分比，用L代表線性度

⑷遲濡

對應(yīng)于統(tǒng)一大小的輸入信號，傳感器正反行程的輸出信號大小不等，這種現(xiàn)象稱

為遲滯。大小用正向和反向行程的輸出信號間的最大偏差（△H_max）與滿量程

輸出值（Y_fs）的百分比來表示

各種傳感元件材料的物理性質(zhì)是產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的原因

⑸穩(wěn)定性

傳感器輸入端加進(jìn)同樣大小的輸入時(shí)，最理想的情況是不管什么時(shí)候輸出值的大

小保持不變。

漂移：傳感器在連續(xù)使用過程中，即使輸入保持一定，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)輸出朝一個(gè)

方向偏移的現(xiàn)象。輸入值是零也會(huì)發(fā)生漂移。

漂移包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移。零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移又可分為時(shí)間漂移和

溫度漂移時(shí)間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化溫度漂

移為環(huán)境溫度變化而引起的零點(diǎn)或靈敏度漂移

習(xí)題：

1、傳感器的靜態(tài)特性是什么？有哪些性能指標(biāo)？如何計(jì)算和處理？

參考上面總結(jié)歸納的第二章重點(diǎn)1.2.3.

2、用傳感器靜態(tài)方程說明差動(dòng)測量方法的優(yōu)點(diǎn)。

例題：

第三章

***PPT重點(diǎn)

電阻式傳感器1.應(yīng)力和應(yīng)變參考課本P20

2.應(yīng)變片式傳感器：⑴金屬應(yīng)變效應(yīng)金屬導(dǎo)體的電阻值隨其機(jī)械變形而發(fā)生變化

的現(xiàn)象。

⑵性能指標(biāo)：

㈠靈敏系數(shù)

應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K恒小于線材的靈敏系數(shù)K0。原因主要是膠層傳遞變形失真

及橫向效應(yīng)。

金屬應(yīng)變片的電阻相對變化與應(yīng)變￡在很寬的范圍內(nèi)均為線性關(guān)系。

㈡橫向效應(yīng)

因彎折處應(yīng)變的變化使靈敏系數(shù)減小的現(xiàn)象稱之為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)

㈢溫度特性

應(yīng)變片電阻隨溫度變化，產(chǎn)生原因有二

①應(yīng)變感柵的金屬電阻本身隨溫度發(fā)生變化

②試件材料與應(yīng)變材料的線膨脹系數(shù)不同引起應(yīng)變片附加形變

△Rt/R0=a?AtK?(3s-Bg)?At

令at=aK?(3s-3g)貝IJARt=R0?at,At

Rt：溫度為t時(shí)的電阻值；RO：溫度為tO時(shí)的電阻值；a：電阻溫度系數(shù)

Bg:應(yīng)變片線膨脹系數(shù)

Bs:試件線膨脹系數(shù)

㈣最高工作頻率

①機(jī)械應(yīng)變以相同于聲波速度的應(yīng)變波形式在材料中傳播。

*垂直方向傳播：可忽略。*在敏感柵長度方向傳播：應(yīng)變片反映應(yīng)變片長度內(nèi)應(yīng)

變量的平均值。

②應(yīng)變片的最高工作頻率與應(yīng)變片線柵的長度(或稱基長)有關(guān)。

3.固態(tài)壓阻式傳感器半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料在機(jī)械應(yīng)力的作用下，材料

本身的電阻率會(huì)發(fā)生較大的變化

4.電阻式傳感器測量電路直流電橋

差動(dòng)電橋

⑴單臂uo=o.25U*AR/R

⑵雙臂U0=0.5U*AR/R

⑶四臂(全橋電路)U0=U*AR/R

習(xí)題：

P41

5、

8.解：根據(jù)靈敏系數(shù)的概念可知：

所以，

根據(jù)單臂變化的等臂電橋的輸出電壓公式：

9、

10、

第四章

**重點(diǎn)

一、電容式傳感器基本工作原理、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)二、電容式傳感器測量電路交流電

橋變壓器電容電橋差動(dòng)脈寬調(diào)制電路運(yùn)算放大器測試電路三、電容式傳感器的應(yīng)

用

**例題

置于某儲存罐的電容式液位傳感器由半徑為20mm和4mm的兩個(gè)同心圓柱體組成,

并于存儲罐等高。存儲罐也是圓柱體，半徑為25cm,高為1.2m,被儲存液體的

介電常數(shù)為2.1.試計(jì)算傳感器的最大電容和最小電容以及傳感器用在該存儲器

內(nèi)時(shí)的靈敏度。

**習(xí)題

1.已知：平板電容傳感器極板間介質(zhì)為空氣，極板面積，間隙。試求傳感器初始

電容值；若由于裝配關(guān)系，兩極板間不平行，一側(cè)間隙為，而另一側(cè)間隙為。求

此時(shí)傳感器電容值。

解：初始電容值

式中

如圖3-1所示兩極板不平行時(shí)求電容值

6.二極管環(huán)形檢波測量電路。C1和C2為差動(dòng)式電容傳感器，C3為濾波電容，

RL為負(fù)載電阻。R0為限流電阻。UP是正弦波信號源。設(shè)RL很大，并且

C3?C1,C3?C2O

（1）試分析此電路工作原理；

⑵畫出輸出端電壓UAB在C1=C2、C1〉C2、C1〈C2三種情況下波形圖；

⑶推導(dǎo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

解：⑴工作原理：UP是交流波信號源，在正、負(fù)半周內(nèi)電流的流程如下。

正半周F點(diǎn)

負(fù)半周B點(diǎn)

由以上分析可知：在一個(gè)周期內(nèi)，流經(jīng)負(fù)載電流RL的電流H與C1有關(guān)，

12與C2有關(guān)。因此每個(gè)周期內(nèi)流過負(fù)載對流H12的平均值，并隨C1和C2而

變化。輸出電壓UAB可以反映C1和C2的大小。

⑵UAB波形圖如圖3-5（b）所示。由波形圖可知

⑶，則

=（RL很大故可化簡，可忽略）

輸出電壓平均值，式中K為濾波系數(shù)。

第五章

**重點(diǎn)

一、電渦流式電感傳感器原理二、相敏檢波電路工作原理

第六章

**例題

一、已知某壓電式傳感器測量低信號頻率f=lHz,現(xiàn)要求在1Hz信號頻率時(shí)其

靈敏度下降不超過5%,若采用電壓前置放大器輸入回路總電容Cl=500pFo求

該前置放大器輸入總電阻Ri是多少？

二、如圖所示電荷前置放大器電路，已知Ca=lOOpF,Ra=℃,CF=10pFo若

考慮引線Cc的影響，當(dāng)A0=104時(shí)，要求輸出信號衰減小于1%。求使用90pF/m

的電纜其最大允許