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  • 【知识科普】医学领域常用的传感器应用盘点大全(二)

  • 更新时间:2018/6/19 | 来源:炜盛科技 | 打印 打印页面
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            上篇我们整理了医学领域常用传感器的组成分类及生物传感器的应用,本篇内容主要是关于光纤传感器和温度传感器的原理及应用,希望能够给您提供一些学习和帮助。

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    光纤传感器的应用

    传播光并不是光纤的唯一用途,还可以用来交换信息。光纤可以将各种参数和待测量结合起来,得到被测信号的状态,将其转换为光信号输出。相对于传统传感器,光纤传感器反应速度更快、灵敏度高,在使用过程中不会产生电磁干扰,光纤密度小、保密性佳并且便于保存,因此光纤传感器在很多领域都有应用。

     

    3.1 原理和分类

    基本原理就是光经过光纤进入调制区,然后和被测参数发生作用,被测参数会使光的频率、强度和相位等发生变化,变化后的光经过光纤通过调制器输出被测物理量。按照传感原理,光纤传感器可以分为两类,即传感型传感器和传光型传感器 ;按照测量对象可以分为流量传感器、位置传感器、温度传感器、图像传感器等,医学领域现今应用较多的是传光型传感器。

     

    3.2 传光传感器的应用

    传光传感器有很多优点,例如绝缘、体积小、不受微波和射频干扰等,在法国、日本、美国等国家都有大量应用。

    3.2.1 测量pH值

    采用光传感器测量 pH 值的原理,是利用透射光和发射光的强度随波长分布光哭进行测定的,在纤维素膜盒中插入两条光纤,然后将针头插入血管或者组织中,试剂会和体液混合,吸收特定波长的光,然后使用分析仪将测量这种变化,分析后即可得到组织或者血液的 pH 值。

    3.2.2 测量温度

    现在国内外普遍采用微波加热疗法治疗癌症,但是加热的温度难以控制,如果温度太低,癌细胞可能杀不死,而如果温度太高,正常细胞会被一起杀死,对人体有不良影响,适宜的温度为42.5℃到 45℃,因此需要采取措施监测加热温度,我们可以使用光传感器达到这个目的,已经开发出的一种就是使用钽酸锂晶体制作的,由于晶体的双折射特性因而对温度非常敏感,虽然目前用于测量温度的光纤传感器仍然处于研究阶段,但是需求量较大。

    3.2.3 传输图像

    原理是将多根光纤组成光纤束达到图像传输的效果,将其应用于内窥镜上能够极大的增加内窥镜应用范围,这种内窥镜具有自由度大、柔软、直径小的优点,因此在使用过程中病人基本不会感受到痛苦,光内窥镜还可以用于息肉切除等正常的医学领域。

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    温度传感器的应用

    温度指标在医学中非常重要,医生可以依靠各个部位的温度来诊断疾病,例如在诊断休克病人时就需要获取其体表温度,而一个人体表温度升高则可能是得了感染性疾病,又如恰当的调节保温箱,能够给新生儿营造舒适的环境等。这些例子都说明温度在医学领域中的应用是很广泛的,因此温度传感器在医学中的应用同样重要。

     

    4.1 温度传感器的种类及应用

    4.1.1 热电偶式

    回路由两种不同的金属组成,如果触电温度不同,那么就会有电流通过回路,这就是热电偶式传感器的原理。这种传感器的优点是可靠准确、范围广、测量稳定,在医学领域有广泛应用。例如在肿瘤治疗中,如果精确的控制温度就能强化放疗的效果,因此使用热电偶传感器将肿瘤周围温度控制在43℃,提高了治疗肿瘤的疗效。

     

    4.1.2 热电阻式

    主要是使用热敏电阻,这是一种对温度很敏感的元件,可以使用热敏电阻来制作探头,例如半导体热电阻和金属热电阻等。热电阻传感器的优点是价格便宜、反应快,并且工艺较为成熟,我国工业使用热敏电阻非常广泛,由于热敏电阻灵敏、体积小的特点,在医学中同样得到了大量应用。例如在玻璃或者塑料中封装热敏电阻,可以用来测量直肠、口腔等部位的温度,而薄片热敏电阻则用来测量体表温度。热电阻传感器有广阔的发展前景。

     

    4.1.3 热辐射式

    实际上是一种热电变换器,使用黑色表面的元件将辐射量吸收进来,转化为热量后经过其他元件转换,成为参数或者电量,常见的就是非接触式温度传感器,例如在非典期间使用广泛的红外线测温仪。

     

    4.2 PN结温度传感器

    温度会对 PN 结的伏安特性产生影响,因此可以利用这个特性制作温度传感器,例如常见的有集成电路传感器、二极管和三极管温度传感器等。其中集成电路传感器应用较多,是在一片芯片上集成外围电路和温闽三极管。和热敏传感器相比,集成模拟传感器响应速度更快、灵敏度更高,并且体积较小,携带和使用都很方便。

     

    4.3 数字温度传感器

    将温度转换为振荡频率的变化是数字温度传感器的原理,数字温度传感器可以分为智能温度传感器和逻辑输出传感器。其中智能温度传感器也叫智能温度控制器,发明于上世纪九十年代,现在国际上已经有多种智能温度传感器,这是计算机技术和微电子技术结合的产物。智能温度传感器是一种软硬件结合的产品,其智能程度也受到软件水平的影响。智能温度传感器体积小、抗干扰并且精度较好,可以采用智能温度传感器建设病房多路温度测控系统,批量测量体温,还具备报警功能。逻辑输出温度传感器就是温度开关,在很多时候我们只关心温度是否超出了范围,如果有这种需求则可以采用逻辑输出温度传感器。

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