生物医学工程概论生医传感器及信号检测舒位光
生物医学传感器通用课件
稳定性与可靠性
生物医学传感器需要长时间稳定 运行，同时需要确保数据的可靠 性，以满足临床和科研的需求。
生物相容性与安全
性
生物医学传感器需要与人体相容， 同时不能对人体产生任何不良影 响，因此对传感器的材料和制作 工艺提出了更高的要求。
交叉学科融合与创新
01
生物学与医学的融 合
生物医学传感器需要结合生物学 和医学的知识，以更好地应用于 人体检测和诊断。
工作原理与特性
总结词
生物医学传感器的工作原理基于各种物理、化学效应 和生物学反应，将生物分子间的相互作用转化为可测 量的电信号。其特性包括选择性、灵敏度、线性范围 和稳定性等。
详细描述
生物医学传感器的工作原理基于各种物理、化学效应 和生物学反应，如电化学反应、光吸收、热效应、压 差等，将生物分子间的相互作用转化为可测量的电信 号。其选择性是指传感器对目标分子的识别能力，灵 敏度是指传感器对目标分子的响应程度，线性范围是 指传感器响应与目标分子浓度之间的线性关系范围， 稳定性则是指传感器在使用过程中性能的保持能力。
VS
详细描述
生物化学传感器通过检测生物体内的化学 物质来获取生理参数，如血糖、尿酸等。 这些传感器通常具有快速响应、高精度和 低成本等特点，广泛应用于临床检验和家 庭自测。
生物力学传感器
总结词
生物力学传感器是用于测量生物体运动和形变的传感器，如 压力、应变等。
详细描述
生物力学传感器通过测量生物体的运动和形变来获取生理参 数，如血压、呼吸等。这些传感器通常具有高精度、高稳定 性和低成本等特点，广泛应用于医疗诊断和康复治疗。
详细描述
这类传感器通常由识别元件（抗体或抗原）和转换元件 （如电化学或光学转换器）组成。通过识别元件与目标 分子的特异性结合，引发转换器产生可测信号，实现对 生物分子的定量检测。基于免疫识别的生物化学传感器 在生物毒素、病毒、蛋白质等检测中具有广泛的应用。
生物医学工程概论 生医传感器及信号检测 舒位光
2．9医用传感器的安全性
• 在研制和使用医学电子仪器时，既要考虑到 电子仪器在诊断或治疗中的有效性，又要考虑到 对人体的安全性。由于医疗仪器使用的对象是人 体，并且主要是病人，而病人往往处于脆弱状态， 甚至处于失去知觉状态，因而仪器的安全性就具 有重要的意义，因为涉及到生命安全。
• 生物医学传感器是用于生物体的，除了一般 测量对传感器的电气安全（绝缘性能）要求高外， 还必须考虑到生物体的解剖结构和生理功能，尤 其是材料的安全性问题更应特别重视。
或年稳定性表示；评估传感器接近理想传感器的特性，可用线性度表
示。此外，还有响应速度、重复、滞后、动态范围和准确度等的评估
指标。
•
应用或设计传感器时要尽量减小环境变量的影响。
2.3信号检测
• 传感器的输出有各种形式:如热电偶、pH电极等输 出为直流电压，光电二极管输出为直流电流，热敏 电阻或应变计(电阻型)、半导体气体传感器输出为 电阻值，电感式位移传感器输出为电感量,电容式位 移传感器输出为电容量。
•
Y﹦KX
(2．1)
• 这是理想的线性关系，只能近似成立。因为有避免不了的非线性(Y与 X的关系为单调的递增或递减函数)和零位输出(当X=0时：Y≠0)；
•
传感器在响应被测信号的同时，还受到各环境因素的影响。设各种
环境因素以综合变量N（干扰信号）表示，环境变量有时间、温度、
湿度、振动、加速度、空气情况等。则传感器的输出可改写为
• 另一方面，广义传感器的输出信号须转化成电压、 电流或数字量。信号处理(signal conditioning)就 是通过对信号进行转换、放大等调理方法，得到输 出是可识别的电信号。这是在测量中使用的共同技 术,称为信号检测。
生物医学工程中的生体信号检测技术
生物医学工程中的生体信号检测技术生物医学工程是一门交叉学科，它将生物学、医学和工程学的知识和技术相结合，以解决医学问题和改善医疗保健为主要目标。
生物医学工程领域中的生体信号检测技术，是实现医疗应用的重要一环。
本篇文章将介绍生物医学工程中的生体信号检测技术，包括常见的生体信号及其检测方法。
一、常见的生体信号生体信号是人体内产生的各种物理量的变化，可以传递很多关于身体功能的信息。
最常见的生体信号有以下几种：1.心电信号：心电信号是表示心肌电活动的产物，通常用于检测心脏病、心律失常等身体状况。
心电图机是心电信号检测的主要工具。
2.脑电信号：脑电信号是表示脑部神经元和突触活动的产物，用于检测失眠、癫痫等神经系统疾病。
脑电图机是检测脑电信号的主要工具。
3.肌电信号：肌电信号是表示肌肉电活动的产物，常用于检测肌肉病变、运动神经系统疾病等。
肌电图机是检测肌电信号的主要工具。
4.心率信号：心率信号是表示心脏节律的产物，通常用于检测心脏病、高血压等。
5.眼电信号：眼电信号是表示眼睛神经元和突触活动的产物，通常用于其他脑部信号联合检测。
二、生体信号检测方法1.医疗设备检测法医疗设备检测法是生体信号检测的一种常用方法，这种方法需要使用一些专门的医疗设备。
医疗设备通常包括心电图机、脑电图机、肌电图机等。
这些设备可以通过电极、电缆等方式来接收生体信号，并将信号转化为可视化的图像、图表等。
医疗设备检测法准确性高，但需要专业的医疗人员进行操作。
2.穿戴式设备检测法穿戴式设备检测法是现代生物医学工程领域较为流行的一种生体信号检测方法，它可以使生体信号的获取更加方便和灵活。
穿戴式设备通常包括手环、智能手表、智能眼镜等智能穿戴设备。
这些设备可以通过传感器或电极来接收生体信号，并将信号传输到智能手机或电脑等设备上进行处理和分析。
穿戴式设备检测法具有便携性好、价格适中等特点，但准确性不如医疗设备检测法。
3.无线设备检测法无线设备与穿戴式设备类似，也是一种生体信号检测的方法。
生物医学工程中的生物传感技术
生物医学工程中的生物传感技术生物医学工程是一门融合了生物学和工程学的学科，它的发展促进了医疗技术的创新和进步。
在这个领域中，生物传感技术扮演着重要的角色。
通过检测和测量生物体内的生理参数或分子信号，生物传感技术可以提供有关健康状态和疾病的关键信息。
它的应用范围非常广泛，包括生物分子检测、疾病诊断、药物递送和组织工程等领域。
生物传感技术的一个主要应用是生物分子检测。
通过利用特定的生物传感器，可以检测体液中的蛋白质、DNA、RNA等生物分子的存在和浓度。
这些检测可以用于疾病早期诊断和预测，例如乳腺癌标志物CA125的检测可以帮助医生确定患者的发病风险。
此外，生物分子检测还可以用于新药研发和基因工程等领域，为科学家提供有效的实验工具。
在疾病诊断方面，生物传感技术也发挥着重要作用。
通过将生物传感器结合到体外设备中，可以检测人体内的生理参数，并提供给医生用于诊断和治疗的依据。
例如，心脏病患者可以通过植入式心脏监测器进行24小时监测，医生可以根据这些数据来评估病情并制定相应的治疗方案。
此外，生物传感技术还可以用于血糖监测、呼吸监测等方面，提高疾病诊断的准确性和及时性。
药物递送是另一个生物传感技术的重要应用。
通过将药物与纳米传感器结合，可以实现精确的药物递送。
这种技术可以用于治疗癌症等疾病，通过靶向药物递送到肿瘤部位，减少对正常组织的损伤，并提高治疗效果。
此外，生物传感技术还可以监测药物在体内的浓度和代谢情况，为个体化的药物治疗提供支持。
生物传感技术在组织工程领域也有广泛的应用。
通过结合生物传感器和人工组织，可以实现组织修复和功能恢复。
例如，利用生物传感技术可以监测人工血管的生物相容性和功能完整性，并通过反馈控制来优化其性能。
此外，生物传感技术还可以用于启动干细胞增殖和分化，促进造血和组织再生。
然而，生物传感技术还面临着一些挑战和难题。
首先，为了实现更高的灵敏度和选择性，需要开发出更加高效的生物传感器。
其次，生物传感技术在临床应用中还需要克服与大规模生产和商业化相关的问题。
生物医学工程概论 第七章 生物医学信号
检测生理年龄
伴随着年龄的增长，交感、迷走神经的 压力感受器在血流动力系统调节中的作用随 之发生变化，频谱中的LF随年龄的增加而降 低，说明交感神经的张力降低；而老年人的 HF的降低更显著，说明迷走神经张力下降更 大。其他的 HRV指标，老年人较之年轻人也 明显降低。
关于RR间期
生命的基本节律之一 通过相关分析研究心血管系统 发展其它研究心脏调控功能的指标 。。。
第七章 生物医学信号
生物医学信号的特征 生物医学信号的提取与分析 心电信号 脑电信号
一、生物医学信号的特征
信号
信号：是运载消 息（状态、特性 等）的工具，在 数学上可以表示 为独立变量的函 数，变量可以是 生物特征、时间 、空间位置等。
化学上：反应物的浓度以及反应过程等
信号的分类
= − kx − cx m x
v + nx ) v + 2nvx + ω x = C exp(2 arctg ω0 ω0 x
2 2 2
n
ω0 = ω 2 − n2 n = c ω 2 = k
2
2m
m
信号之间的关系
相关性
线性相关
r= n∑ x − (∑ x )
2
n∑ xy − ∑ x ∑ y
模数转化(A/D)
量化电平 数码 数字信号 采样保持信号
量化电平
模拟信号
数字信号实现方法
采用计算机实现
优点：可适用于各种数字信号处理的应用场 合，很灵活。 优点：可根据不同环境配不同单片机，其能 达实时控制，但数据运算量不能太大。
用单片机实现
利用通用DSP芯片
DSP芯片较之单片机有着更为突出优点。 如内部带有乘法器，累加器，采用流水线 工作方式及并行结构，多总线速度快。配 有适于信号处理的指令(如FFT指令)等。 有适合不同用途的专用DSP
生物医学工程中的生物传感器和人工器官
生物医学工程中的生物传感器和人工器官生物医学工程是将工程学和医学紧密结合，利用工程技术手段研制出医用设备和技术，帮助人们更好地治疗疾病和维护健康。
生物传感器和人工器官是当前研究热点，不仅可以在医学上起到很好的应用价值，而且有望成为新的经济增长点。
生物传感器在生物医学工程中的应用生物传感器是指一种可以感知和检测生物学效应的智能化传感器。
生物传感器在生物医学工程中应用广泛，如在医学诊断、新药研发、生命体征监测等方面都有很大的作用。
在医学诊断方面，生物传感器可以用于检测血糖、血氧、体温等生命指标，对于糖尿病、心脏病等重大疾病的控制和治疗起到重要作用。
同时，生物传感器还可以用于检测疾病标志物、细胞肿瘤等，对于早期诊断和治疗疾病具有重要价值。
在新药研发方面，生物传感器可以用于筛选化合物药效，加速药物研发的过程，提高药效。
同时，生物传感器还可以用于检测药物浓度，及时调整剂量。
在生命体征监测方面，生物传感器可以用于心率、血压、脑电等多种生命体征的监测，对于病人的健康状况及时监测和调整起到重要作用。
人工器官在生物医学工程中的应用人工器官是指通过生物医学工程技术手段制造出的可以代替受损或失去功能的器官。
人工器官在生物医学工程中应用广泛，如在器官移植、医疗器械、生命维持等方面都有很大的作用。
在器官移植方面，人工器官可以用于替代受损的组织和器官，比如耳蜗植入术可以让听力丧失的人重获听力，人工心脏瓣膜等可以替代病变心脏瓣膜，提高患者生活质量。
在医疗器械方面，人工器官可以用于生产医用材料，比如人工骨、人工关节等，可以帮助骨折和关节疾病的治疗。
同时，人工器官还可以用于生产医用透析器、呼吸机等辅助器械，对于辅助患者进行治疗和维持生命起到重要作用。
在生命维持方面，人工器官可以用于生产人工心肺机、肝脏辅助装置等，对于维持病人生命起到重要作用。
与此同时，人工器官可以在器官捐献不足的情况下，解决器官移植的需求瓶颈。
结语生物传感器和人工器官的出现，让生物医学工程技术更加完善，也为医生和患者提供了更多方便。
生物医学工程技术的使用技巧与健康监测
生物医学工程技术的使用技巧与健康监测生物医学工程技术的快速发展为健康监测和疾病治疗提供了许多创新的解决方案。
无论是在临床医疗、健康管理还是个人健康监测领域，生物医学工程技术的应用已经成为一个重要的趋势。
本文将讨论一些常见的生物医学工程技术及其使用技巧，并探讨其在健康监测中的应用。
生物医学工程技术是一门应用工程技术和生物医学科学原理的跨学科领域。
它主要通过研发设备、工具和方法来改善医疗诊断、治疗和康复过程。
其中，传感器技术、图像处理技术、生物信号处理技术等都是生物医学工程中重要的研究方向。
首先，传感器技术在生物医学工程中的应用不可忽视。
传感器可以测量生物体内的各种参数，如心率、体温、血氧浓度等。
常见的生物传感器技术包括光传感器、电化学传感器和生物传感器。
这些传感器可以通过无线技术将收集到的数据传输到医疗设备或移动应用程序中，方便对健康状态进行监测和管理。
在使用传感器技术时，需要注意安装和使用传感器的正确方法，以确保数据的准确性和可靠性。
其次，图像处理技术在生物医学工程中也发挥着重要作用。
图像处理技术可以用于医学影像的处理和分析。
例如，计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）等医学影像可以通过图像处理技术进行三维重建和分析，有助于医生进行疾病诊断和治疗方案制定。
此外，图像处理技术还可以用于皮肤疾病的病变检测和肿瘤的早期识别。
在使用图像处理技术时，需要注意图像的质量和清晰度，以便获得准确的分析结果。
最后，生物信号处理技术是生物医学工程中的另一个重要领域。
生物信号处理技术可以处理和分析生物体内的信号，如脑电图（EEG）、心电图（ECG）和肌电图（EMG）等。
通过对这些信号的处理和分析，可以了解生物体的生理和病理状态。
例如，心电图可以用于监测心脏的节律和功能，EEG可以用于研究大脑的活动和睡眠质量。
在使用生物信号处理技术时，需要注意信号的采集和处理过程，以确保得到可靠的结果。
生物医学工程技术在健康监测中的应用越来越广泛。
浅谈生物医学信号及传感器
浅谈生物医学信号及传感器导论：人体存在高度精密而复杂的生物信号，每一种信号都在传递着身体的工作状态，器官机能是否正常，呼吸、循环系统是否健全，人体是否处于一种健康状态……随着信息科技的发展，在医学研究领域，产生了“高端”的医生，它们通过接收人体信号，对人体信息进行检测，实现疾病的诊断和防治。
生物医学传感器好比人的五官，人通过五官，即眼（视觉）、耳（听觉）、鼻（嗅觉）、舌（味觉）和四肢（触觉）感知和接受外界信息，然后通过神经系统传递给大脑进行加工处理。
传感器则是一个测量控制系统的“电五官”，他感测到外界的信息，然后送给系统的处理器进行加工处理。
如果一个系统没有传感器，就相当于人没有五官。
生物医学信号处理是生物医学工程学的一个重要研究领域，也是近年来迅速发展的数字信号处理技术的一个重要的应用方面，正是由于数字信号处理技术和生物医学工程的紧密结合，才使得我们在生物医学信号特征的检测、提取及临床应用上有了新的手段，因而也帮助我们加深了对人体自身的认识。
生物医学传感器的认识一、定义我们定义：传感器是能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。
传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路组成。
也可把传感器狭义地定义为：能把外界非电信号转换成电信号输出的器件或装置。
二、分类生物医学传感器是一类特殊的电子器件，它能把各种被观测的生物医学中的非电量转换为易观测的电量，扩大人地感官功能，是构成各种医疗分析和诊断仪器与设备的关键部件。
我们将生物医学传感技术中常用的传感器按被观测的量划分为以下三类：（1）物理传感器：用于测量和监护生物体的血压、呼吸、脉搏、体温、心音、心电、血液的粘度、流速和流量等物理量的检测。
（2）化学传感器：用于生物体中气味分子，体液（血液、汗液、尿液等）中的PH值，氧和二氧化碳含量（pO2、pCO2），Na+、K+、Ca2+、Cl-以及重金属离子等化学量的检测。
生物医学工程概论-(2)
• 特点：不会造成机体 的创伤，易被受试者 接受，但大部分方法 的准确度和稳定性较 差
有创测量
• 在体内测量，又称侵 入式测量，通常采用 直接测量的方法
• 由于探测部分侵入机 体，对机体会造成一 定程度的创伤，给患 者带来一定的痛苦，
但其原理明确、方法 可靠、测量数据精确， 因此也可用于手术过 程及术后的监测，以
• 目前，物理传感器已经实用化，化学传感器也多 已达到实用水平，生物传感器大多数尚处于试验 开发阶段。
生物医学信号检测技术已广泛应用于临床检查、 病人监护、医学实验、在体控制、人工器官和运动 医学等领域，并成为生物医学工程研究各领域的共 同性技术。
信息流向
测量
处理 结果
控制
五个发展趋向
• 发展新的以生物电、生物磁为代表的无创和微创 检测技术；
• 生物磁学 研究生物磁场，磁场与生命活动间的相互关系和 影响以及磁在生物医学中的应用等。
内容：生物磁信号的产生、检测技术（如超导量子 干涉仪）；磁场的生物效应及机制；应用（心磁 图、脑磁图、磁疗技术）
生物医学电子学基础
• 内容 测量、处理、控制
• 基本要求 数学：工程数学（高等数学、线性代数、复变函 数、概率与统计） 电学基础：电路分析、模拟/数字电路、信号与 系统 计算机基础：计算机原理、数据结构、计算机语 言（C/C++)
生物医学信号及传感监测的要求
生物医学信号的一般特点是信号微弱，随机性 强，噪声和干扰背景强，动态变化和个体差异大， 因此要求检测传感器和系统的灵敏度高，噪声小， 抗干扰能力强，分辨力强，动态特性好。
由于以人体为检测对象，故对检测传感器和系 统的可靠性和安全性有特别严格的要求。由于生物 体特别是人体的复杂性和特殊要求，所以生物医学 信号检测与传感器技术往往比一般工业检测技术要 求复杂而严格。
天津市考研生物医学工程复习资料生物信号处理重点解析
天津市考研生物医学工程复习资料生物信号处理重点解析生物医学工程是将工程学、生物学和医学交叉应用的学科，旨在解决医学领域中的各种问题。
其中，生物信号处理是生物医学工程中的重要研究领域之一。
本文将针对天津市考研生物医学工程复习资料中的生物信号处理部分进行重点解析。
一、生物信号处理的定义和作用：生物信号是指来自生物体内的信息，如心电信号、脑电信号等。
生物信号处理是将这些信号进行采集、传输、处理和分析的过程。
它的主要作用包括提取和分析生物信号中的有用信息，为医学诊断和治疗提供可靠依据。
二、生物信号的采集：生物信号的采集是生物信号处理的第一步，常用的信号采集方法有以下几种：1. 传感器：通过传感器可以将生物信号转化为电信号，如心电图仪、脑电图仪等。
2. 数据记录仪：用于记录传感器采集到的信号数据。
3. 信号放大器：对采集到的微弱信号进行放大以提高信噪比。
4. 滤波器：用于滤除采集到信号中的干扰成分。
三、常见的生物信号处理方法：1. 时域分析：时域分析是通过对信号波形进行直接观察和分析来研究信号特征。
常见的时域分析方法有平均化、相关分析等。
2. 频域分析：频域分析是将信号从时域转化为频域，以便更好地分析信号的频率特征。
常见的频域分析方法有傅里叶变换、小波变换等。
3. 滤波处理：滤波处理是对信号进行滤波以去除噪声或不需要的成分。
常用的滤波处理方法有低通滤波、高通滤波等。
4. 特征提取：特征提取是从信号中提取出具有代表性的特征，以便进一步的分析和处理。
常见的特征提取方法有峰值检测、变化率分析等。
5. 计算模型：计算模型是通过建立数学模型对信号进行处理和分析。
常用的计算模型有人工神经网络、支持向量机等。
四、生物信号处理的应用：生物信号处理在医学领域中有着广泛的应用。
以下是其中的一些应用领域：1. 医学诊断：通过对生物信号的处理和分析，可以帮助医生进行疾病的早期诊断和治疗。
2. 康复医学：通过对运动信号的处理和分析，可以帮助康复患者进行康复训练和评估。
生物医学工程概论 第六章 生物医学传感器
组织传感器
以动植物组织薄 片材料作为生物敏感 膜的生物传感器。 组织谷氨酰胺电极
谷氨酰胺谷氨酸 + H 2O →
谷氨酰胺水解酶
+ NH 3
微生物传感器
根据微生物在同化底物时消耗氧的
呼吸作用（好氧性微生物电极）或 不同微生物含有不同的酶或代谢产 物设计。 也可以通过微生物数量变化检测抗 生素或相关物质。
3）压电传感器的工作原理
压电传感器是一种有源器件。它能在外加 机械激励下输出与激励成正比的电信号。 广泛用来设计测量心音的微音器、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。 压电效应的模式分为纵向和横向两种。
压电传感器等效电路
可以等效为电荷发生器（上） 也可等效为电压源发生器（下） 由于其结构特性很像电容，因此 常用电容来等效压电传感器： Ct＝εA/h A-电极面积 h-电极间距 ε-压电材料的介电常数
体表生物电检测中最常用的电极是Ag／ AgCl电极。它的结构是在金属银的表面 覆盖一层难溶解的银的盐类AgCl，再浸 入含有氯离子的溶液中。电极可以用下 列符号表示：Ag|AgCl| C1Ag +ClAgCl + e-
Ag/Agcl 圆盘电极的导电膏充填在空腔内，结构稳 定，并且对于生物组织具有非常小和稳定的半电 池电位，而且是一种不可极化电极，所以常被用 作体表生物电测量电极。
酶、抗体、核酸、细胞 等。
转换器：
电化学电极、光学检测 元件、场效应晶体管、 压电石英晶体、表面等 离子共振。
酶
DNA 抗体
酶传感器
酶传感器是由固定化酶与传感元件两部分 组成的，其中酶是与适当的载体结合形成的 不溶于水的固定化酶膜。
生物医学工程中的信号分析与处理技术
生物医学工程中的信号分析与处理技术随着科技的不断发展，医疗行业也在不断地进步和改进。
生物医学工程作为一门集生物学、医学和工程学于一体的综合性学科，正在成为医疗行业中的重要力量。
信号分析与处理技术是生物医学工程领域中的重要内容，本文将从数据采集、信号预处理、特征提取和信号分类四个方面分析和介绍生物医学工程中的信号分析与处理技术。
一、数据采集数据采集是信号分析与处理技术的第一步，好的数据采集可以为后续的信号处理和分析提供准确的数据源。
在生物医学工程中，数据采集可以通过传感器获取体内特定位置的生理参数，如脑电图、心电图、血压、血氧饱和度等，这些数据的精确度和稳定性直接影响到后续的信号处理和分析结果。
当前，常见的生理参数数据采集设备有心电图记录仪、血压监测仪、脑电图采集器和生物可穿戴设备等。
这些设备不仅可以为临床医疗提供可靠的数据，而且可以对特定疾病的治疗和预防提供参考意见。
二、信号预处理信号预处理是信号分析与处理技术不可或缺的一环。
信号预处理的目的是去除噪声干扰，增强信号的可信度和准确度。
在生物医学工程领域中，信号预处理对于保证生理参数信号的准确性至关重要。
常见的信号预处理方法包括滤波、降噪和去伪影等。
其中，滤波是最基本的处理方法，常用滤波方法包括低通滤波、带通滤波和高通滤波等。
除此之外，还有脉冲耳模型（Pulse Coupled Neural Networks）等先进的降噪技术，可以有效地去除生理信号中的噪声和干扰。
三、特征提取特征提取是信号分析与处理技术中的重要环节。
在生物医学工程中，需要从生理参数信号中提取出与生理状态密切相关的特征信息，这些特征可以用来对疾病进行诊断和判断，也可以用来监测治疗效果。
常见的特征提取方法有时域分析、频域分析和小波分析等。
其中，时域分析是最简单的特征提取方法，可以直观地了解信号波形的变化趋势。
频域分析是根据信号在频域上的功率分布情况提取特征，通常用于识别振动和波形信号。
高等教育生物医学传感器-光电.ppt
40 50mW
30
20
10 10lx
20 40 60 80 100 U(V)
IΦ(mA)
8 6 4 2
20 40 60 80 100 E(lx)
Kr(%)
12 3 100 80 60 40 20
500 1000 1500 2000 2500 λ(nm)
图6-1-6 光敏电阻的伏安特性 图6-1-7 光敏电阻的光电特性 图6-1-8 光敏电阻的光谱特性
光电阴极
光窗 光
阳极
阳极
IΦ
阴极
E
RL
U0
光电管结构示意图
光电管测量电路图
主要特性
伏安特性
光通量一定时，光电器件电压与光电流之间
的关系，是应用光电传感器参数的主要依据。
IA/ μA
12
120μlm
10
100μlm
8
80μlm
6
60μlm
4
40μlm
20μlm 2
0
50
100 150 200
阳极与末级倍增极间的电压/V
10 20 40 60 80 2500lx
6-1-15 光敏晶体管的温度特性
1-输出电流 2-暗电流
100 80 60 40 20
1 10 100 1000 f(kHz)
图6-1-16 光敏晶体管的频率特性
光电池
Φ
N PN结
P E
a) 结构示意图
b) 图形符号
PN结类光电池
常见有硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池等。
-4 -8 -12 2500lx
图6-1-13 光敏晶体管的光谱特性
1-硅光敏晶体管 2-锗光敏晶体管
生物医学工程概论 生医传感器及信号检测 舒位光共22页
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
生物医学工程概论 生医传感器及信号 检测 舒位光
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
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•
用电阻式传感器为例来说明差动法的实现信号
检测的原理。电阻式传感器的输出假设为下列线
或年稳定性表示；评估传感器接近理想传感器的特性，可用线性度表
示。此外，还有响应速度、重复、滞后、动态范围和准确度等的评估
指标。
•
应用或设计传感器时要尽量减小环境变量的影响。
2.3信号检测
• 传感器的输出有各种形式:如热电偶、pH电极等输 出为直流电压，光电二极管输出为直流电流，热敏 电阻或应变计(电阻型)、半导体气体传感器输出为 电阻值，电感式位移传感器输出为电感量,电容式位 移传感器输出为电容量。
传感器的作用，就是替代人的五种感觉(视、听、触、嗅、味)器官的装置， 如图2.1所示。传感器像人的五官那样收集所需要的各种信息 ,这些信息输入 电脑或运算处理电路后,由电脑或运算处理电路进行判断运算,并输出各种控制 信号去控制执行机构或显示单元。
广义传感器的构成
广义的传感器（基本的测量仪器）一般如图2.2所 示。由信号检出器(敏感器件和转换器件)和信号处理(信 息的运算处理或称为信号的调理)两部分组成。信号检 出器件的任务是检测出测量环境下的被测信号。例如在 测量烘烤箱(测量环境)的温度(被测信号)时，将热敏电 阻(信号检出器件)插入烤箱中，热敏电阻的阻值便随着 温度的变化而变化。这种能感应被测量的变化并将其转 换为其它参数变化的器件，是狭义的传感器(Sensor)。 也就是说信号检出器就是传感器。
2.生物医学传感器及信号检测 （测量）
• 2.1 传感器的认识
• 2
• 2.4 信号放大 • 2.5 生物医学传感器的特殊性 • 2.6 人体信息的检测与传感器 • 2.7 生物医学传感器的地位和用途 • 2.8 生物医学传感器的干扰和噪声 • 2.9 医用传感器的安全性 • 2.10 传感器的标定
• 在生物医学工程领域，被测对象广泛，有人
体的心电、脑电波等体表电位的测量，有心音声
波的测量，有各种生理和病理信息的测量，还有 生物体的断面图像的测量等等。
2.2传感器的特性
传感器的输入设为X（被测信号），传感器的输出设为Y ，传感器的 灵敏度（比例系数）记为K；则它的特性用函数Y=f（X）的表达为
• 当KX＜＜R0时，结合RX=kX+R0式，就可 容易地证明(2．6)式可用下式替代。
性关系
• (2．4)
RX=kX+R0
• 式中，X为输入信号，k为比例系数（灵敏度）， RX为传感输出电阻；R0是当X为0时，Rx的初始 电阻；X可以是心音信号, 也可以是其它信号，如： 力、压力、加速度、温度等各种不同的被测信号。
• 需要注意的是对于各种各样的被测信号，采用电 阻式传感器时，必须根据被测信号的不同种类，
广义的传感器（测量仪器）所输出的信号形式一般为 直流电流、直流电压和数字信号等标准形式；信号处理部 分的作用就是将各种传感器的不同输出信号形式转换成所 希望的电信号形式。测量仪器也称为检测仪器，其输出可 用显示器显示或送至控制器用以调节控制，或送至计算机 作进一步的信息处理。所以从广义的角度来说，信号检出 器和信号处理部分总称为传感器。
2.1传感器认识
传感器(Sensor)曾称为换能器或变送器(Transducer)。国家标准“传
感器通用术语”中的定义：“传感器是能感受规定的被测量并按一定规律将 其转换为有用信号的器件或装置”。又指出：“传感器通常由敏感器件、转 换器件和电子线路组成”。生物医学传感器（Biomedical Sensors）是获取 人体或生物体的生理和病理信息的工具，是生物医学工程学中的重要领域和 分支，对于化验、诊断、监护、控制、治疗和保健等都有重要作用。
• 若增加抵消零位电压的电路，如图2．3(b)所示，输出电 压由式(2．6)表示。
•
U O R x
Rx
R1
R2
R3
R3 E
在输入X=0时：由于RX=R0（ RX=kX+R0），要使零位电压UO=0；
只需取:R0＝R1＝R2＝R3, 就可使下式
R0
R3
R0 R1
R2 R3
成立，在X=0时零位电压被抵消。
此处热敏电阻传感器的敏感器件和转换器件是合二为 一的 ，这是一种特例。在大多数狭义的传感器中，敏感 器件和转换器件通常是由两个器件构成的。
•
•
被测对象涉及的领域
• 最初的测量对象是长度、体积、质量和时间。 18世纪以来科学技术取得飞速发展．被测对象范 围迅速扩大，力学领域有速度、加速度、力、功 和能量等．电磁学领域中有电流、电压、电阻、 电容、磁场等，化学领域中有浓度、成分、pH值 等．工业领域中除上所述之外，还有流量、压力、 温度等被测量。
•
Y﹦KX
(2．1)
• 这是理想的线性关系，只能近似成立。因为有避免不了的非线性(Y与 X的关系为单调的递增或递减函数)和零位输出(当X=0时：Y≠0)；
•
传感器在响应被测信号的同时，还受到各环境因素的影响。设各种
环境因素以综合变量N（干扰信号）表示，环境变量有时间、温度、
湿度、振动、加速度、空气情况等。则传感器的输出可改写为
•
Y ﹦f（X ，N）
(2．2)
• 由于环境是变动的，因此这种变化将影响传感器的输出。
•
变量N引起零位输出的变化，称为漂移（drift）。由于漂移与传感
器本身的输出无法区分，因此应尽量抑制。
•
传感器的灵敏度，也随环境而发生变化。
•
环境变量中的时间是重要参数，它影响传感器的稳定性(灵敏度的
变化或漂移)。评估传感器输出随时间变化的特性，可用小时稳定性
选用或设计制造与被测信号相对应结构的电阻式 传感器。
• 电阻（ RX=kX+R0）转换为电压的简单电路如图 2.3(a)所示，输出电压由式(2．5)表示。
•
UO=ERX/(R1+RX)
（2.5）
• 图2.3(a)所示的检测方法：在输入信号X=0时，
由于RX=R0，因此，输出就存在零位电压：
•
ER0／(R1+R0) ；