现代测试技术论文.doc

现代测试技术 课程考核论文 姓名: 许 振 班级: N机自09-2F 学号:24091900309 序号: 2 2 2012 年 5 月 26 日非电信号传感器包括超声波传感器、气敏传感器、热敏传感器、光纤传感器、生物传感器等等，下面仔细介绍生物医学信号和生物传感器。一.关于生物医学信号的研究摘要：生物医学信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，同时也是一种非电信号，它是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，从信号本身特征、检测方法到处理技术，都不同于一般的信号。关键字：特点、分类、检测方法、信号处理1.生物医学信号的特点：生物医学信号由于受到人体诸多因素的影响，因而有着一般信号所没有的特点。信号弱，例如从母体腹部取到的胎儿心电信号1050V。脑干听觉诱发响应信号小于1V。噪声强，由于人体自身信号弱，加之人体又是一个复杂的整体，因此信号易受噪声的干扰。如胎儿心电混有很强噪声，它一方面来自肌电、工频等干扰，另一方面，在胎儿心电中不可避免地含有母亲心电，母亲心电相对我们要提取的胎儿心电则变成了噪声。频率范围一般较低，除心音信号频谱成份稍高外，其他电生理信号频谱一般较低。随机性强，生物医学信号不但是随机的，而且是非平稳的。正是因为生物医学信号的这些特点，使得生物医学信号处理成为当代信号处理技术最可发挥其威力的一个重要领域。2.生物医学信号的分类： 生物信号如从电的性质来讲，可以分成电信号和非电信号，如心电、肌电、脑电等属于电信号；其它如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于非电信号，非电信号又可分为：机械量，如振动（心音、脉搏、心冲击等）、压力（血压、气血和消化道内压等）、力（心肌张力等）；热学量，如体温；光学量，如光透射性（光电脉波、血氧饱和度等）；化学量，如血液的pH值、血气、呼吸气体等。如从处理的维数来看，可以分成一维信号和二维信号，如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于一维信号；而脑电图、心电图、肌电图、X光片、超声图片、CT图片、核磁共振（MRI）图像等则属于二维信号。3.生物医学信号的检测方法： 生物医学信号检测是对生物体中包含生命现象、状态、性质、变量和成份等信息的信号进行检测和量化的技术。生物医学信号处理的研究，是根据生物医学信号的特点，对所采集到的生物医学信号进行分析、解释、分类、显示、存贮和传输，其研究目的一是对生物体系结构与功能的研究，二是协助对疾病进行诊断和治疗。生物医学信号检测技术是生物医学工程学科研究中的一个先导技术，由于研究者所站的立场、目的以及采用的检测方法不同，使生物医学信号的检测技术的分类呈现多样化，具体介绍如下：无创检测、微创检测、有创检测；在体检测、离体检测；直接检测、间接检测；非接触检测、体表检测、体内检测；生物电检测、生物非电量检测；形态检测、功能检测；处于拘束状态下的生物体检测、处于自然状态下的生物体检测；透射法检测、反射法检测；一维信号检测、多 维信号检测；遥感法检测、多 维信号检测；一次量检测、二次量分析检测；分子级检测、细胞级检测、系统级检测。4.生物医学信号的处理：在自然界中广泛的生物医学信号是连续的，人们处理生物医学信号的程序一般是先经A/D转换，将其转换成数字信号，然后送到计算机中进行处理。本文对一维信号的处理方法进行探讨。4.1 时域方法：AEV方法AEV方法原是通信研究中用于提高信噪比的一种叠加平均法，在医学研究中也叫平均诱发反应法，简称AEV方法。4.2 频域滤波方法：频域滤波是数字滤波中常用的一种方法，是消除生物医学信号中噪声的另一种有效方法。4.3 自适应滤波方法：自适应滤波器能够跟踪和适应系统或环境的动态变化，它不需要事先知道信号或噪声的特性，通过采用期望值和负反馈值进行综合判断的方法来改变滤波器的参数。4.4 混沌和分形方法：混沌和分形理论是一种非线性动力学课题，混沌系统的最大特点是初值敏感性和参数敏感性，即所谓的蝴蝶效应。4.5 小波分析方法：小波分析是传统傅里叶变换的继承和发展。4.6 人工神经网络分析方法：人工神经网络是一种模仿生物神经元结构和神经信息传递机理的信号处理方法，是由大量简单的基本单元（神经元）相互广泛联接构成的自适应非线性动态系统。二. 关于生物传感器的研究摘要：生物传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。生物传感器在二十一世纪的应用越来越广泛。关键字：简介、解释、定义与分类、结构和原理、应用领域1.简介：生物传感器(biosensor)是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。生物传感器具有接受器与转换器的功能。生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。2.解释：传感器是一种可以获取并处理信息的特殊装置，如人体的感觉器官就是一套完美的传感系统通过眼、耳、皮肤来感知外界的光、声、温度、压力等物理信息，通过鼻、舌感知气味和味道这样的化学刺激。而生物传感器是一类特殊的传感器，它以生物活性单元（如酶、抗体、核酸、细胞等）作为生物敏感单元，对目标测物具有高度选择性的检测器。生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术。因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、在复杂的体系中进行在线连续监测，特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点，使其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。特别是分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合，正改变着传统医学、环境科学动植物学的面貌。生物传感器的研究开发，已成为世界科技发展的新热点，形成21世纪新兴的高技术产业的重要组成部分，具有重要的战略意义。3.定义与分类：用固定化生物成分或生物体作为敏感元件的传感器称为生物传感器。生物传感器并不专指用于生物技术领域的传感器，它的应用领域还包括环境监测、医疗卫生和食品检验等。生物传感器主要有下面三种分类命名方式： 1根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传感器，微生物传感器，细胞传感器，组织传感器和免疫传感器。显而易见，所应用的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。 2根据生物传感器的换能器即信号转换器分类有：生物电极传感器，半导体生物传感器，光生物传感器，热生物传感器，压电晶体生物传感器等，换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。 3以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲合型生物传感器。 以上三种分类方法之间实际互相交叉使用。4.结构和原理：为了使用方便，通常把这些生物或生物物质固化在高分子、陶瓷、半导体、金属电极、压电体等固态基体上。换能器的作用是把识别物质部位的变化转换成为电信号。电化学测量装置、热敏装置、场效应晶体管、光电二极管、光导纤维、压电元件、表面波器件等均可完成这一转换功能。当被测物质与生物功能膜接触时，二者即发生物理、化学反应，形成复合体。在反应过程中，识别物质部位通常产生光、热或物质的增减，通过换能器即可将识别物质部位的反应转换成电信号输出。这就是生物传感器的基本原理。关于换能器的选择设备，应具体情况具体分析，如当反应产生电极活性物质增减时，用电极或半导体元件检测；当反应伴随发光时，用光电器件检测；当反应伴随热变化时，用热敏电阻检测。生物传感器的原理图如下所示： 5.应用领域：1.食品工业生物传感器在食品分析中的应用包括食品成分、食品添加剂、有害毒物及食品鲜度等的测定分析。 2.环境监测近年来，环境污染问题日益严重，人们迫切希望拥有一种能对污染物进行连续、快速、在线监测的仪器，生物传感器满足了人们的要求。目前，已有相当部分的生物传感器应用于环境监测中。 3.发酵工业在各种生物传感器中，微生物传感器具有成本低、设备简单、不受发酵液混浊程度的限制、可能消除发酵过程中干扰物质的干扰等特点。因此，在发酵工业中广泛地采用微生物传感器作为一种有效的测量工具。 4.医学医学领域的生物传感器发挥着越来越大的作用。生物传感技术不仅为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方