生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)第一章概念

生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)第一章概念第一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日歷史時(shí)代：手工化機(jī)械化自動(dòng)化信息化生產(chǎn)方式：人與簡(jiǎn)單工具動(dòng)力機(jī)與機(jī)械自動(dòng)測(cè)量控制智能機(jī)械裝置…信息流獲取傳輸處理控制…第二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日測(cè)量單位被測(cè)量基準(zhǔn)量避免混亂----國(guó)際單位制（SI）：實(shí)物單位----千克標(biāo)準(zhǔn)原器米----光在真空中1s時(shí)間內(nèi)傳播距離的1/299792485能量（J）=力距離大得多/小得多----詞頭：mm、m、nm（10-9m）；

kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）單位測(cè)量：比較SI基本單位：倍數(shù)（結(jié)果）SI

組合單位：七個(gè)物理量單位---相互獨(dú)立由基本單位導(dǎo)出=質(zhì)量

加速度距離J=kg（m/s2）m=m2·kg/s2能量---焦（耳）：長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（科學(xué)家）（cd）第三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日生物檢測(cè)在臨床應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、生理醫(yī)學(xué)研究等諸多領(lǐng)域中起著十分重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出大量的、新穎的檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)設(shè)備。生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)是運(yùn)用工程的方法去測(cè)量生物體的形態(tài)、生理機(jī)能及其他狀態(tài)變化的生理參數(shù)。第一章生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的基本概念

第四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日在用生物醫(yī)學(xué)技術(shù)進(jìn)行生命體測(cè)量時(shí)遇到的問題：1、生命之間有高度的相關(guān)性；2、有很多重要的生理參數(shù)對(duì)測(cè)量裝置是不容易接近的；3、對(duì)生命體進(jìn)行檢測(cè)必須確保人身安全。第五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的組成生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)儀器分為兩大類：一、生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)儀器分類：1、臨床用的檢測(cè)儀器：用于疾病的診斷、監(jiān)護(hù)。要求便于醫(yī)護(hù)人員操作、使用，結(jié)構(gòu)牢固可靠。2、醫(yī)學(xué)研究用：要求較高的精度、分辨率，有一些是介于二者之間。第六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日二、生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)人體測(cè)量大致分類1、活體測(cè)量（invivo）：人體處于機(jī)能狀態(tài)下的臨床檢查或體內(nèi)測(cè)量。2、離體測(cè)量（invitro）：處理血液、尿之類的標(biāo)本化驗(yàn)。三、生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)包括信息的檢測(cè)（采集）、傳播、存儲(chǔ)、加工處理和監(jiān)視讀出。第七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日接口總線存儲(chǔ)顯示分析監(jiān)控判斷決策信號(hào)檢出┇信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換處理顯示處理顯示處理顯示信號(hào)檢出：功能---將被測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化（detection）器件---傳感器（sensor,transducer）信號(hào)轉(zhuǎn)換：功能---將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理的形式conversion）器件---信號(hào)調(diào)理電路（signalconditioningcircuit）處理顯示：功能---分析（analysis）、處理（processing）、顯示（display）通訊接口/總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)其它環(huán)節(jié)：存儲(chǔ)、監(jiān)控、決策

常用工業(yè)檢測(cè)過程第八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日信號(hào)檢出部分傳感器（Sensor）----檢出功能的器件信號(hào)提?。ū粶y(cè)量）、傳輸（信號(hào)變換部分）特點(diǎn)：1）輸出量為電壓、電流、頻率2）輸出的電信號(hào)一般較微弱：電壓----毫伏級(jí)、微伏級(jí)；電流----毫安級(jí)、納安級(jí)3）輸出信號(hào)與噪聲混雜在一起----傳感器內(nèi)部噪聲傳感器的信噪比小、輸出信號(hào)弱----信號(hào)淹沒在噪聲中4）傳感器的輸出特性呈線性或非線性選擇：測(cè)量精度要求、被測(cè)量變化范圍、被測(cè)對(duì)象所處的環(huán)境條件以及對(duì)傳感器體積和整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的成本等的限制電阻、電容、電感兩種：數(shù)字量、模擬量5）外界環(huán)境的變化會(huì)影響傳感器的輸出特性檢測(cè)系統(tǒng)中形式最多樣、與被測(cè)對(duì)象關(guān)聯(lián)最密切的部分第九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日信號(hào)轉(zhuǎn)換部分檢出信號(hào)適合于分析和處理的信號(hào)信號(hào)調(diào)理電路阻抗變換----輸出阻抗很高時(shí)；電壓/電流（V/A）轉(zhuǎn)換----需要電流輸出時(shí)；目的：4）簡(jiǎn)化后續(xù)系統(tǒng)的組成2）消除或抑制傳感器輸出量中的無用信號(hào)3）提高測(cè)量、分析的準(zhǔn)確度信號(hào)放大----輸出信號(hào)微弱時(shí)；噪聲抑制----信號(hào)淹沒在噪聲中；模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換----需要輸出數(shù)字信號(hào)時(shí)1）對(duì)傳感器的輸出量變換成易于處理或放大的量第十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日3、分析處理部分功能：管理不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的傳輸和交換不斷注入新內(nèi)容----檢測(cè)系統(tǒng)的研究中心通用標(biāo)準(zhǔn)接口---不同的系統(tǒng)尤其是不同廠家的產(chǎn)品能夠互聯(lián)4、通信接口與總線部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)----強(qiáng)大問題分析能力、復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制自動(dòng)化、智能化USB、IEEE-488、RS-232（串行）、并行總線：傳送數(shù)字信號(hào)的公共通道----信號(hào)線的集合RS-232C、VXI、Centronics（并行）（硬件系統(tǒng)）（規(guī)范、結(jié)構(gòu)形式）接口---分系統(tǒng)和上位機(jī)之間/分系統(tǒng)之間交換信息第十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日第十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日在許多醫(yī)學(xué)測(cè)量中，要求對(duì)某種形式的外部刺激作出反應(yīng)。用以產(chǎn)生提供刺激給被測(cè)對(duì)象的設(shè)備是生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。第十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日刺激可以是視覺、聽覺、觸覺。也可以是對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)某些部位的電刺激。系統(tǒng)人體生理系統(tǒng)要做出反應(yīng)。返回第十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日主要是人體的生理系統(tǒng)。它提供了系統(tǒng)要測(cè)量的各種生理的物理量。醫(yī)學(xué)上主要測(cè)量的有生物電位、壓力、流量、位移、速度、溫度、化學(xué)濃度、阻抗等。返回第十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日傳感器把來自生物體的能或信息轉(zhuǎn)換成電的形式，把電信號(hào)加到電子設(shè)備上。醫(yī)用傳感器轉(zhuǎn)換的最主要量包括溫度、壓力、流量、位移、速度和力等非電量。第十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日生物醫(yī)學(xué)電極是直接感知人體生物電位的元件。這是系統(tǒng)的采集部分。返回第十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、整理或作其他變換的單元稱為信號(hào)調(diào)節(jié)器（或稱為信號(hào)處理器）第十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日它把采集到并已轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的信息進(jìn)行放大整理或做其他變換以滿足系統(tǒng)的功能需要。返回第十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日將處理后的生物信息變?yōu)榭晒┤藗冎苯佑^察的形式。第二十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日醫(yī)學(xué)儀器對(duì)記錄顯示系統(tǒng)的要求是記錄顯示的效果明顯、清晰，便于觀察和分析，正確反映輸入信號(hào)的變化情況，故障少、壽命長(zhǎng)，與其他部分有較好的連接。第二十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日記錄與顯示設(shè)備按其工作原理，可以分為三種：（1）直接描記式記錄裝置直接記錄各種生理參數(shù)隨時(shí)間變化的模擬量?？煞譃槊韫P偏轉(zhuǎn)式和自動(dòng)平衡式：第二十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日描筆偏轉(zhuǎn)式記錄器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，在心電圖機(jī)、腦電圖機(jī)及心音圖機(jī)中得到廣泛使用。自動(dòng)平衡式記錄器的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頻響范圍窄。優(yōu)點(diǎn)是記錄幅度大、精度高，可與計(jì)算機(jī)連接。一般用于記錄體溫、血壓、脈搏等監(jiān)護(hù)儀器上第二十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（2）磁帶記錄器它在生理測(cè)量和病人監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用日益增多。其工作原理基本與磁帶錄音原理相同。按對(duì)被記錄信號(hào)的處理方法可分為模擬式和數(shù)字式兩種。

把輸入的被記信號(hào)按原樣進(jìn)行磁化記錄的稱為模擬式磁帶記錄器，它類似一部錄音機(jī)。第二十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日磁帶記錄裝置的優(yōu)點(diǎn)：1）頻率響應(yīng)寬，記錄的信息可以反復(fù)重放，便于分析處理和保存。2）信號(hào)失真度低，適宜于作準(zhǔn)確測(cè)量。3）一條磁帶可同時(shí)記錄多個(gè)生理量適宜于長(zhǎng)間連續(xù)記錄和大量資料存貯。4）記錄信息可擦除，可多次使用，成本低。第二十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（3）數(shù)字式顯示器顯示器接受信號(hào)處理后的信息，并以操作人員所能感知的形式顯示結(jié)果。顯示形式可以是數(shù)字的或圖像的，也可以是連續(xù)的或離散的。多數(shù)是依靠使用者的視覺，但也有采用聽覺感知的辦法。數(shù)字式顯示器是一種將信號(hào)以數(shù)字形式顯示供觀察的器件，一般由計(jì)數(shù)器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和數(shù)碼管等組成。其中顯示器分熒光數(shù)碼管和液晶顯示兩種。返回第二十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日從人體采得的信息具有二個(gè)特點(diǎn)：（1）信號(hào)很微弱，各種干擾很大，信噪比低，有用信號(hào)淹沒在強(qiáng)干擾背景中。第二十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（2）需要用各種統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行疊加、相關(guān)處理、頻譜分析、直方圖等數(shù)據(jù)處理。第二十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)傳輸：是異地診斷。返回第二十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日把部分輸出信號(hào)反饋到輸入部分，以使系統(tǒng)按某一方式工作，如控制刺激量的大小、控制傳感器或儀器系統(tǒng)中其他任何部分?？刂坪头答伩梢允亲詣?dòng)的或手動(dòng)的。返回第三十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日人體中每時(shí)每刻都存在著大量的生命信息。由于我們的身體整個(gè)生命過程中都在不斷地實(shí)現(xiàn)著物理的、化學(xué)的及生物的變化，因此所產(chǎn)生的信息是極其復(fù)雜的。我們可以把生命信號(hào)概括分為二大類： 化學(xué)信息 物理信息第三十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日化學(xué)信息是指組成人體的有機(jī)物在發(fā)生變化時(shí)所給出的信息，它屬于生物化學(xué)所研究的范疇。物理信息是指人體各器官運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的信息。物理信息所表現(xiàn)出來的信號(hào)又可分為電信號(hào)和非電信號(hào)兩大類。人體電信號(hào)，如體表心電（ECG）信號(hào)、腦電（EEG）、肌電（EMG）、眼電（EOG）、胃電（EGG）等在臨床上取得了不同程度的應(yīng)用。人體磁場(chǎng)信號(hào)檢測(cè)近年來也引起了國(guó)內(nèi)外研究者和臨床的高度重視，我們把磁場(chǎng)信號(hào)也可歸為人體電信號(hào)。人體非電信號(hào)，如體溫、血壓、心音、心輸出量及肺潮氣量等，通過相應(yīng)的傳感器，即可轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。電信號(hào)是最便于檢測(cè)、提取和處理的信號(hào)。第三十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日上述信號(hào)是由人體自發(fā)生產(chǎn)的，稱為“主動(dòng)性”信號(hào)。另外，還有一種“被動(dòng)性”信號(hào)，即人體在外界施加某種刺激或某種物質(zhì)時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)。如誘發(fā)響應(yīng)信號(hào)，即是在刺激下所產(chǎn)生的電信號(hào)，在超聲波及X射線作用下所產(chǎn)生的人體各部位的超聲圖象、X射線圖象等也是一種被動(dòng)信號(hào)。這些信號(hào)是我們進(jìn)行臨床診斷的重要工具。第三十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日我們這里所研究的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)即是上述的包括主動(dòng)的、被動(dòng)的、電的和非電的人體物理信息。第三十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日力位移

速度

加速度

壓力流量溫度電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式磁電式電橋

放大器濾波器調(diào)制器解調(diào)器運(yùn)算器

阻抗變換器

筆式記錄儀光線示波器磁帶記錄儀電子示波器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器顯示器磁卡數(shù)據(jù)處理器

頻譜分析儀

FFT

實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀

電子計(jì)算機(jī)

被測(cè)對(duì)象

傳感器

中間變換測(cè)量裝置

顯示及記錄裝置

實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理裝置

第三十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日信號(hào)源信號(hào)檢測(cè)信號(hào)傳輸信號(hào)顯示信號(hào)處理被測(cè)物體生物電極傳感器中間變換裝置顯示、記錄裝置數(shù)據(jù)處理裝置血壓呼吸體溫心跳血流量脈搏位移壓力成份生物電極電阻傳感器電容傳感器電感傳感器光電傳感器磁電傳感器熱電傳感器壓電傳感器壓電傳感器直流電橋交流電橋運(yùn)算放大器濾波器阻抗變換器調(diào)制器電流表光線示波器筆式記錄儀磁帶記錄儀電子示波器電壓表電流表頻譜分析儀電子計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理器典型生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖第三十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日檢測(cè)方法分類1.

直接測(cè)量（絕對(duì)測(cè)量、相對(duì)測(cè)量）間接測(cè)量2.

開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量3.偏差法、零位法、微差法第三十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日1、直接測(cè)量與間接測(cè)量直接測(cè)量：直接將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位（如米尺、光柵尺、激光、……）

絕對(duì)測(cè)量定值標(biāo)準(zhǔn)量（如某一固定尺寸）

相對(duì)測(cè)量第三十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日--絕對(duì)測(cè)量：采用儀器、設(shè)備、手段測(cè)量被測(cè)量，直接得到測(cè)量值測(cè)量結(jié)果：20.1mm--相對(duì)測(cè)量：將被測(cè)量直接與基準(zhǔn)量比較，得到偏差值特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀、明了；測(cè)量精度不高基準(zhǔn)量：20.00mm測(cè)量值：+0.08mm結(jié)果：20.08mm特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高第三十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

間接測(cè)量如測(cè)導(dǎo)線的導(dǎo)電率ρ：測(cè)量與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，被測(cè)量由計(jì)算獲得第四十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2、開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量開環(huán)測(cè)量：反饋測(cè)量：特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀、明了；測(cè)量精度不高特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高傳感器輸入量x輸出量y傳感器輸入量x輸出量y放大反響傳感器第四十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日3、偏差法、零位法和微差法偏差法：零位法：利用測(cè)量?jī)x表的指針相對(duì)于刻度的偏差位移直接表示測(cè)量的數(shù)值利用指零機(jī)構(gòu)的作用，使用被測(cè)量和已知標(biāo)準(zhǔn)量?jī)烧哌_(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來確定被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量值微差法：偏差法和零位法的結(jié)合被償測(cè)量被測(cè)量余數(shù)被償測(cè)量大值與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡第四十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)檢測(cè)技術(shù)重要手段相關(guān)學(xué)科：物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等等新的檢測(cè)理論、方法和技術(shù)手段1、傳感器水平的提高光纖傳感器、液晶傳感器、壓敏傳感器（以高分子有機(jī)材料為敏感元件）化學(xué)傳感器、微生物傳感器、仿生傳感器（代替視覺、嗅覺、味覺和聽覺）以及檢測(cè)超高溫、超高壓、超低溫和超高真空等極端參數(shù)的新型傳感器1）新原理、新材料、新工藝新功能傳感器2）新領(lǐng)域、新需求新型傳感器科學(xué)研究形成推動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究和發(fā)展第四十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日3）傳感器向著高精度小型化和集成化方向發(fā)展微電子技術(shù)---多個(gè)同類型傳感器集成在一個(gè)芯片或陣列上②一體化：將傳感器和后續(xù)的處理電路集成一體③微型化：微米/納米技術(shù)、MEMS技術(shù)體積微小、重量輕微特點(diǎn)：點(diǎn)測(cè)量平面/空間測(cè)量例：電荷耦合器件（CCD）----光敏元陣列數(shù)碼相機(jī)多功能傳感----不同功能的傳感器集成化①集成化：特點(diǎn)：一個(gè)傳感器可以同時(shí)測(cè)量不同種類的多個(gè)參數(shù)例：測(cè)量血液中各種成分的多功能傳感器特點(diǎn)：減少干擾，提高靈敏度，方便使用；可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理（傳感器和數(shù)據(jù)處理電路集成）2、檢測(cè)系統(tǒng)由模擬式、數(shù)字式向智能化方向發(fā)展以計(jì)算機(jī)為中心的檢測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜對(duì)象或系統(tǒng)的多路、多參數(shù)檢測(cè)；數(shù)據(jù)存貯、傳輸、處理或復(fù)雜分析加工；故障診斷第四十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日心電電極、心音傳感器、導(dǎo)聯(lián)線第四十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日心電、心音信號(hào)放大器第四十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)采集卡（A/D轉(zhuǎn)換卡）第四十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日第二節(jié)生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的特殊性醫(yī)學(xué)儀器測(cè)量的主要目的是獲得與臨床診斷和治療有關(guān)的人體生理參數(shù)。醫(yī)學(xué)測(cè)量與普通物理參數(shù)測(cè)量相比，兩者既有共同之處，又有區(qū)別。它們的不同之處主要在于測(cè)量對(duì)象不同。普通物理測(cè)量的被測(cè)對(duì)象是物（如設(shè)備、機(jī)器、化學(xué)物品、工程系統(tǒng)、環(huán)境等），而醫(yī)學(xué)測(cè)量的對(duì)象是人體復(fù)雜的生理系統(tǒng)。第四十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日醫(yī)學(xué)測(cè)量遇到的一些特殊問題：一、被測(cè)值難以獲得對(duì)生命系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，遇到的最大困難是難以獲得被測(cè)值。為了解決被測(cè)量不可接近的困難，必須采用間接測(cè)量。注意:在測(cè)量過程中應(yīng)保持兩個(gè)變量之間關(guān)系不變，并且應(yīng)在兩者關(guān)系失效時(shí)及時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果加以修正。第四十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日二、數(shù)據(jù)的易變性從人體測(cè)得的量是易變的，即使所有可控制的因素都固定，但大多數(shù)被測(cè)參數(shù)還是隨時(shí)間變化，每次測(cè)量會(huì)有不同結(jié)果。在完全相同的條件下，各次測(cè)量結(jié)果與正常值總會(huì)有偏差。因此，生理量不能認(rèn)為是嚴(yán)格的定值，而應(yīng)該用統(tǒng)計(jì)的或概率分布的方式來處理。第五十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日三，生理系統(tǒng)間的相互作用人體各生理系統(tǒng)之間存在復(fù)雜的相互作用和大量反饋環(huán)路。如對(duì)某系統(tǒng)中一部分進(jìn)行刺激，結(jié)果該系統(tǒng)的其他部分和其他系統(tǒng)也會(huì)有反應(yīng)。甚至當(dāng)打開反饋回路時(shí)，會(huì)出現(xiàn)旁系環(huán)路，而原始反饋環(huán)路的某些性質(zhì)依然存在，使因果關(guān)系很難分清。如能了解一些生理系統(tǒng)之間互相關(guān)系，則有利于做好生物醫(yī)學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和生理學(xué)系統(tǒng)之間的結(jié)合工作。第五十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日四、傳感器對(duì)測(cè)量狀態(tài)的影響由于傳感器的存在，使任何形式的測(cè)量幾乎都受到不同程度的影響，表現(xiàn)為：1、顯著地改變了測(cè)量讀數(shù)，特別是對(duì)活體的測(cè)量。2、影響另外系統(tǒng)的測(cè)量。因此在設(shè)計(jì)生物醫(yī)學(xué)測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，必須盡力做到使測(cè)量裝置的影響減到最小。第五十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日五、能量的限制生物醫(yī)學(xué)測(cè)量，一種是依靠被測(cè)活體本身發(fā)出的能量，例如生物電位測(cè)量；另一種是利用傳感器工作時(shí)產(chǎn)生的能量作用于被測(cè)活體。當(dāng)電流流過人體組織時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，而對(duì)組織加熱是一種必須加以限制的現(xiàn)象。此外，因?yàn)樯韰?shù)在人體內(nèi)可用的能量有限，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免生物醫(yī)學(xué)測(cè)量系統(tǒng)成為被測(cè)信號(hào)源的負(fù)載。第五十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日六、偽跡和干擾在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)上，被測(cè)信號(hào)以外的任何信號(hào)成分稱為偽跡。生物醫(yī)學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中引起偽跡和干擾的一個(gè)重要原因：1、被測(cè)對(duì)象的移動(dòng)而導(dǎo)致測(cè)量?jī)x器移動(dòng)。2、測(cè)量?jī)x器本機(jī)噪聲、人體感應(yīng)的交流干擾等。第五十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日七、安全性在醫(yī)學(xué)測(cè)量中，為了保證安全，必須做到：1、必須保證不危及人體生命和損害正常功能。2、不容許輕易地試驗(yàn)尚不可靠的測(cè)量方法。3、生物醫(yī)學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要重視安全可靠。4、生物醫(yī)學(xué)測(cè)量不使被測(cè)者太疼痛、外傷或不舒服。5、設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)儀器時(shí)還要考慮輻射、化學(xué)腐蝕、毒物、有害氣體、交叉感染等因素。第五十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的主要特點(diǎn)1．信號(hào)弱2．噪聲強(qiáng)3．頻率范圍一般較低4．隨機(jī)性強(qiáng)第五十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日1．信號(hào)弱：直接從人體中檢測(cè)到的生理電信號(hào)其幅值一般比較小。如從母體腹部取到的胎兒心電信號(hào)僅為10～50μV，腦干聽覺誘發(fā)響應(yīng)信號(hào)小于1μV，自發(fā)腦電信號(hào)約5～150μV，體表心電信號(hào)相對(duì)較大，最大可達(dá)5mV。因此，在處理各種生理信號(hào)之前要配置各種高性能的放大器。第五十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2．噪聲強(qiáng)：噪聲是指其它信號(hào)對(duì)所研究對(duì)象信號(hào)的干擾。如電生理信號(hào)總是伴隨著由于肢體動(dòng)作、精神緊張等帶來的干擾，而且?；煊休^強(qiáng)的工頻干擾；誘發(fā)腦電信號(hào)中總是伴隨著較強(qiáng)的自發(fā)腦電；從母腹取到的胎兒心電信號(hào)常被較強(qiáng)的母親心電所淹沒。這給信號(hào)的檢測(cè)與處理帶來了困難。因此要求采用一系列的有效的去除噪聲的算法。第五十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日3．頻率范圍一般較低：經(jīng)頻譜分析可知，除聲音信號(hào)（如心音）頻譜成分較高外，其它電生理信號(hào)的頻譜一般較低。如心電的頻譜為0.01～35Hz，腦電的頻譜分布在l～30Hz之間。因此在信號(hào)的獲取、放大、處理時(shí)要充分考慮對(duì)信號(hào)的頻率響應(yīng)特性。第五十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日4．隨機(jī)性強(qiáng)：生物醫(yī)學(xué)信號(hào)是隨機(jī)信號(hào)，一般不能用確定的數(shù)學(xué)函數(shù)來描述，它的規(guī)律主要從大量統(tǒng)計(jì)結(jié)果中呈現(xiàn)出來，必須借助統(tǒng)計(jì)處理技術(shù)來檢測(cè)、辨識(shí)隨機(jī)信號(hào)和估計(jì)它的特征。而且它往往是非平穩(wěn)的，即信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征（如均值、方差等）隨時(shí)間的變化而改變。這給生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理帶來了困難。因此在信號(hào)處理時(shí)往往進(jìn)行相應(yīng)的理想化和簡(jiǎn)化。當(dāng)信號(hào)非平穩(wěn)性變化不太快時(shí)，可以把它作為分段平穩(wěn)的準(zhǔn)平穩(wěn)信號(hào)來處理；如果信號(hào)具有周期重復(fù)的節(jié)律性，只是周期和各周期的波形有一定程度的隨機(jī)變異，則可以作為周期平穩(wěn)的重復(fù)性信號(hào)來處理。更一般性的方法是采用自適應(yīng)處理技術(shù)，使處理的參數(shù)自動(dòng)跟隨信號(hào)的非平穩(wěn)性而改變。第六十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)第六十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日生物醫(yī)學(xué)傳感器是獲取生物醫(yī)學(xué)信息并將其轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量和處理的信號(hào)的關(guān)鍵器件。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的研究已涉及生物體各層次的廣泛的生物信息。應(yīng)用電極可檢測(cè)心電、腦電、肌電、眼電和神經(jīng)電等各種生物電信號(hào)；物理傳感器已用于血壓、血流、體溫，心音、脈搏、呼吸等各種生理量的測(cè)量；應(yīng)用化學(xué)傳感器可檢測(cè)血、尿等體液中多種離子濃度；用于檢測(cè)酶、抗原、抗體、神經(jīng)遞質(zhì)、激素、受體、DNA和RNA等生物活性物質(zhì)的生物傳感器亦在研究及迅速發(fā)展之中；心磁、腦磁等生物磁信號(hào)的檢測(cè)方法的研究正在受到重視。第六十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究、臨床檢查、病人監(jiān)護(hù)、治療控制、以及人工器官和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，是一種基礎(chǔ)性技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)的發(fā)展趨向是：發(fā)展微型化、多參數(shù)生物醫(yī)學(xué)傳感器，特別是加強(qiáng)化學(xué)傳感器和生物傳感器的實(shí)用化研究；發(fā)展以生物電和生物磁為代表的無創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)；發(fā)展植入式、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)式技術(shù)和生物遙測(cè)技術(shù)；發(fā)展細(xì)胞和分子水平的檢測(cè)技術(shù)。第六十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日第三節(jié)生物醫(yī)學(xué)測(cè)量范圍為了正確地選擇和使用醫(yī)用檢測(cè)儀器，使用前應(yīng)該清楚了解待測(cè)參數(shù)的指標(biāo)范圍。下表列出了常用的生理參數(shù)的測(cè)量范圍。這些指標(biāo)在不同的資料上的報(bào)道不盡相同。有時(shí)測(cè)量目的不同，或被測(cè)試者處于不同狀態(tài)，則對(duì)同一生理指標(biāo)所要求的范圍也不相同。第六十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日參數(shù)幅度范圍頻率范圍（Hz）心電皮膚電極10μV～5mV(典型值1mV)0.05～80心臟電極10μV～5mV(典型值50mV)0.05～80胎兒心電10μV～5mV(典型值10μV)2～100腦電頭皮電極10～200μV(典型值50μV)0.5～100顱內(nèi)電極10～100mV(典型值50μV)0.5～100肌肉電位20μV～1mV10～5000（或10～2500）細(xì)胞內(nèi)電位-100～+200μV(典型值100μV)DC～2000（或1～2000）細(xì)胞外電位-100～+200μV(典型值50μV)DC～1000（或1～1000）視網(wǎng)膜電位0～1mV(典型值100μV)DC～25（或0.051～20）眼電位0.05～5mV(典型值100μV)DC～25胃電位0.05～5mV（典型值20mV）0.05～20平滑肌電位0.5～100mVDC～1第六十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日第四節(jié)生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征為了評(píng)價(jià)一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)性能的品質(zhì)優(yōu)劣，需要有鑒別檢測(cè)系統(tǒng)性能的定量標(biāo)準(zhǔn)。通常按照檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)頻率的響應(yīng)，分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性二大類。靜態(tài)特性是掃描儀器對(duì)輸入信號(hào)為直流或很低頻率時(shí)的性能。它表示系統(tǒng)在輸入量穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)輸出和輸入的關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性則需要用微積分來描述。第六十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

Y——輸出量；X——輸人量；

a0——零位輸出；

a1——系統(tǒng)的靈敏度，常用K表示；

a2,a3,…，an——非線性項(xiàng)待定常數(shù)。一、靜態(tài)特性通常，要求在靜態(tài)情況下的輸出——輸入關(guān)系保持線性。實(shí)際上，其輸出量和輸入量之間的關(guān)系(不考慮遲滯及蠕變效應(yīng))可由下列方程式確定。第六十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日由上式可見，如果，表示靜態(tài)特性通過原點(diǎn)。此時(shí)靜態(tài)特性是由線性項(xiàng)(a1X)和非線性項(xiàng)(a2X2，…，anXn)疊加而成，一般可分為以下四種典型情況。第六十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日(a)(b)(c)(d)靜態(tài)特性的四種典型情況：第六十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日(a)(b)(c)(d)1、理想線性返回第七十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2、具有X奇次階項(xiàng)的非線性返回第七十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日返回3、具有X偶次階項(xiàng)的非線性第七十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日4、具有X奇、偶次階項(xiàng)的非線性返回第七十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日(a)(b)(c)(d)由此可見，除圖(a)為理想線性關(guān)系外，其余均為非線性關(guān)系。其中具有X奇次項(xiàng)的曲線圖(b)，在原點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)基本上是線性特性。第七十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日實(shí)際應(yīng)用中，若非線性項(xiàng)的方次不高，則在輸入量變化不大的范圍內(nèi)，用切線或割線代替實(shí)際的靜態(tài)特性曲線的某一段，使系統(tǒng)的靜態(tài)特性接近于線性，這稱為系統(tǒng)靜態(tài)特性的線性化。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將測(cè)量范圍選取在靜態(tài)特性最接近直線的一小段，此時(shí)原點(diǎn)可能不在零點(diǎn)。以上圖(d)為例，如取ab段，則原點(diǎn)在c點(diǎn)。系統(tǒng)靜態(tài)特性的非線性，使其輸出不能成比例地反映被測(cè)量的變化情況。而且，對(duì)動(dòng)態(tài)特性也有一定影響。第七十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日系統(tǒng)的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定的，在標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)下，利用一定精度等級(jí)的校準(zhǔn)設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行往復(fù)循環(huán)測(cè)試，即可得到輸出——輸人數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)列成表格，再畫出各被測(cè)量值(正行程和反行程)對(duì)應(yīng)輸出平均值的連線，即為系統(tǒng)的靜態(tài)校準(zhǔn)曲線。第七十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要指標(biāo):（一）線性度(非線性誤差)在規(guī)定條件下，系統(tǒng)校準(zhǔn)曲線與擬合直線間最大偏差與滿量程(F·S)輸出值的百分比稱為線性度.第七十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日用δL代表線性度，則ΔYmax——校準(zhǔn)曲線與擬合直線間的最大偏差；

YF·S——系統(tǒng)滿量程輸出；第七十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日由于定標(biāo)曲線成線性的檢測(cè)系統(tǒng)是理想系統(tǒng)而實(shí)際的系統(tǒng)則往往是非線性的。因此常用實(shí)際的定標(biāo)曲線與理想直線的吻合程度，來作為衡量實(shí)際檢測(cè)系統(tǒng)的線性度。由此可知，非線性誤差是以一定的擬合直線或理想直線為基準(zhǔn)直線算出來的。因而，基準(zhǔn)直線不同，所得線性度也不同。第七十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)同一系統(tǒng)，在相同條件下做校準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí)得出的非線性誤差不會(huì)完全一樣。因而不能籠統(tǒng)地說線性度或非線性誤差，必須同時(shí)說明所依據(jù)的基準(zhǔn)直線。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于擬合直線的計(jì)算方法不盡相同。第八十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日擬合直線建立常用方法：1、絕對(duì)法：把零點(diǎn)和滿量程輸出點(diǎn)連接的直線作為理論擬合直線。2、獨(dú)立法：在實(shí)際測(cè)量點(diǎn)中取一條最佳直線，使直線兩側(cè)的最大實(shí)測(cè)偏差基本相等作為擬合直線第八十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日3、端基點(diǎn)法：把實(shí)測(cè)平均曲線的起始點(diǎn)和最終點(diǎn)的連線作為擬合直線。4、平均選點(diǎn)法：把實(shí)測(cè)點(diǎn)按輸入量的大小分為前半部和后半部?jī)山M，并使兩組的點(diǎn)數(shù)相等。分別求出各自輸入量和輸出量的“平均點(diǎn)”，將其連成直線就得到擬合直線。5、最小二乘法：采用最小二乘法原則求得最佳擬合直線方程。以此作為理想直線。第八十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日兩種常用的擬合基準(zhǔn)直線方法：1、端基法把傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的零點(diǎn)輸出平均值a0和滿量程輸出平均值b0連成的直線a0b0作為系統(tǒng)特性的擬合直線。

Y——輸出量；

X——輸入量；

a0——Y軸上截距；

K——直線a0b0的斜率。第八十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2、最小二乘法用最小二乘法原則擬合直線，可使擬合精度最高。其計(jì)算方法如下：令擬合直線方程為。假定實(shí)際校準(zhǔn)點(diǎn)有n個(gè)，在n個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中，任一個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)Yi與擬合直線上對(duì)應(yīng)的理想值Y間線差為：第八十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日最小二乘法擬合直線的擬合原則就是使為最小值，亦即使對(duì)K和a0的一階偏導(dǎo)數(shù)等于零，從而求出K和a0的表達(dá)式。第八十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日聯(lián)立求解以上二式，可得：n——校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)。第八十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日通常采用差動(dòng)測(cè)量方法來減小系統(tǒng)的非線性誤差。例如，某位移測(cè)量系統(tǒng)特性方程式為：

另一個(gè)與之完全相同的位移測(cè)量系統(tǒng)，但是它感受相反方向位移，則特性方程式為：在差動(dòng)輸出情況下，其特性方程式可寫成：第八十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日可見采用此方法后，由于消除了X偶次項(xiàng)而使非線性誤差大大減小，靈敏度提高一倍，零點(diǎn)偏移也消除了。因此差動(dòng)式系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用。第八十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（二）靈敏度靈敏度——系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定時(shí)，輸出量的變化量與引起此變化的輸入變化量之比。線性傳感器校準(zhǔn)曲線的斜率就是靜態(tài)靈敏度K。其的計(jì)算方法為：第八十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日非線性傳感器的靈敏度用dY／dX表示，其數(shù)值等于所對(duì)應(yīng)的最小二乘法擬合直線的斜率。第九十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（三）精確度(精度)說明精確度的指標(biāo)有三個(gè)：精密度、正確度和精確度。1、精密度δ

它說明測(cè)量結(jié)果的分散性。即對(duì)某一穩(wěn)定的對(duì)象(被測(cè)量)由同一測(cè)量者用同一系統(tǒng)在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測(cè)量多次(等精度測(cè)量)，其測(cè)量結(jié)果的分散程度。δ愈小則說明測(cè)量愈精密(對(duì)應(yīng)隨機(jī)誤差)。第九十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2、正確度ε

它說明測(cè)量結(jié)果偏離真值大小的程度，即示值有規(guī)則偏離真值的程度。指所測(cè)值與真值的符合程度(對(duì)應(yīng)系統(tǒng)誤差)。3、精確度τ

它含有精密度與正確度兩者之和的意思，即測(cè)量的綜合優(yōu)良程度。在最簡(jiǎn)單的場(chǎng)合下可取兩者的代數(shù)和，即。通常精確度是以測(cè)量誤差的相對(duì)值來表示的。第九十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日系統(tǒng)精確度等級(jí)A——系統(tǒng)在規(guī)定條件下，其允許的最大絕對(duì)誤差值相對(duì)于其測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù)。它可以表示為：ΔA——測(cè)量范圍內(nèi)允許的最大絕對(duì)誤差；YF·S——滿量程輸出。系統(tǒng)精確度等級(jí)A以—系列標(biāo)準(zhǔn)百分?jǐn)?shù)值(0.001，0.005，0.02，0.05，…，1.5，2.5，4.0…)分檔。它代表的誤差指系統(tǒng)測(cè)量的最大允許誤差。第九十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（四）最小檢測(cè)量和分辨率最小檢測(cè)量——指系統(tǒng)能確切反映被測(cè)量的最低極限量。最小檢測(cè)量愈小，表示系統(tǒng)檢測(cè)微量的能力愈高。由于系統(tǒng)的最小檢測(cè)量易受噪聲的影響，所以一般用相當(dāng)于噪聲電子若干倍的被測(cè)量為最小檢測(cè)量。第九十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

C——系數(shù)(一般取1～5)；N——噪聲電平；

K——傳感器的靈敏度。例如系統(tǒng)的噪聲電平為0.2mV，靈敏度K為5mV／mmH20，若取C=2，根據(jù)上式計(jì)算得最小檢測(cè)量為0.08mmH2O。

數(shù)字式系統(tǒng)一般用分辨率表示，即輸出數(shù)字指示值最后一位數(shù)字所代表的輸入量。最小檢測(cè)量：第九十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（五）遲滯遲滯——指在相同工作條件下作全測(cè)量范圍校準(zhǔn)時(shí)，在同一次校準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)同一輸人量的正行程和反行程其輸出值間的最大偏差。其數(shù)值用最大偏差或最大偏差的一半與滿量程輸出值的百分比表示。第九十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日δH——系統(tǒng)的遲滯；ΔHmax——輸出值在正反行程間最大偏差。遲滯現(xiàn)象反映了系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)和制造工藝上的缺陷。遲滯量：或第九十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（六）重復(fù)性重復(fù)——必指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變動(dòng)多次所得特性曲線的不一致性。第九十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日重復(fù)性在數(shù)值上用各測(cè)量值正、反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值的兩倍或三倍與滿量程YF·S的百分比表示。

δk——表示重復(fù)性；σ——標(biāo)準(zhǔn)偏差。當(dāng)用貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差σ時(shí)，則有：Yi——測(cè)量值；n——測(cè)量次數(shù)；

——測(cè)量值的算術(shù)平均值；第九十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日重復(fù)性所反映的是測(cè)量結(jié)果偶然誤差的大小，而不表示與真值之間的差別。有時(shí)重復(fù)性雖然很好，但可能遠(yuǎn)離真值。第一百頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（七）零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移——系統(tǒng)無輸入信號(hào)（或輸入值不變）時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值（或原指示值）。

ΔY0——最大零點(diǎn)偏差(或相應(yīng)偏差)；

YF·S——滿量程輸出。第一百零一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（八）溫漂溫漂——溫度變化時(shí)，系統(tǒng)輸出值的偏離程度。一般以溫度變化1℃輸出最大偏差與滿量程的百分比來表示。

Δmax——輸出最大偏差；ΔT——溫度變化范圍；

YF·S——滿量程輸出。第一百零二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日二、動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性——指系統(tǒng)對(duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。系統(tǒng)所檢測(cè)的非電量信號(hào)大多數(shù)是時(shí)間的函數(shù)。為了使系統(tǒng)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)隨時(shí)問的變化曲線一致或相近，我們要求系統(tǒng)不僅應(yīng)有良好的靜態(tài)特性，而且還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是傳感器的輸出值能夠真實(shí)地再現(xiàn)變化著的輸入量能力的反映。第一百零三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（一）動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性區(qū)別靜態(tài)特性是它的輸入不隨時(shí)間變化。由于系統(tǒng)被認(rèn)為是線性的，線性系統(tǒng)的頻率不變性決定了它的輸出量也不隨時(shí)間而變化。因此靜態(tài)特性的輸入輸出量之比是一個(gè)常數(shù)。而動(dòng)態(tài)特性，由于它的輸入隨時(shí)間變化，它的輸出也隨頻率變化而變化。是一個(gè)自變量為頻率（輸入頻率）的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)稱為傳遞函數(shù)。第一百零四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日可用線性時(shí)不變系統(tǒng)理論來分析疊加性當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)有n個(gè)激勵(lì)同時(shí)作用，那么它的響應(yīng)等于這n個(gè)激勵(lì)單獨(dú)作用之和頻率不變性

當(dāng)線性系統(tǒng)的輸入頻率為某一頻率時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)也為同一頻率的信號(hào)第一百零五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（二）動(dòng)態(tài)特性描述方法1、動(dòng)態(tài)特性的一般數(shù)學(xué)模型檢測(cè)系統(tǒng)可用一個(gè)常微分方程表示，輸出信號(hào)y(t)與輸入信號(hào)x(t)的關(guān)系如下：第一百零六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日引入微分算子：將上式改寫成：第一百零七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日當(dāng)系統(tǒng)是線性時(shí)，an、an-1、……a0和bm、bm-1、……b0都是不隨信號(hào)輸入量而變化的數(shù)。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性可用傳遞函數(shù)來描述：第一百零八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日對(duì)于穩(wěn)定的常系數(shù)線性系統(tǒng)，對(duì)微分方程進(jìn)行傅里葉變換，它的傳遞函數(shù)稱為頻率響應(yīng)函數(shù)（頻率特性）。其形式為：它的模表征幅頻特性，相角表征相頻特性。

第一百零九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日1）零階系統(tǒng)儀器傳遞函數(shù)方程中除a0、b0外，其余所有a、b均為零。微分方程形式：K——靜態(tài)靈敏度第一百一十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日USC——輸出電壓；USR——輸入電壓；x——電刷位移。例如，右圖所示線性電位器就是一個(gè)零階傳感器。設(shè)電位器的阻值沿長(zhǎng)度L是線性分布的，則輸出電壓USC和電刷位移之間的關(guān)系為。第一百一十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日由上式可知，