生物医学传感器原理与应用实验指导书.doc

生物医学传感器及其应用实验指导书生物医学工程教学部生物医学传感器原理与应用实验指导书 （第一版）生物信息学院生物医学工程教学部版权所有2004.816前 言实验教学是工科院校三大教学环节之一，通过实验不仅可以巩固、加深对基础理论知识的理解，而且可以培养学生独立分析问题、解决问题的能力和严谨的工作作风，以适应未来工作的需要。由于知识更新周期大大地缩短，为了顺应生物医学工程学科的快速发展，必须深化教学改革，加强实践性教学环节，加强对学生动手能力的培养。结合本专业要求，以及实验独立设课的特点，我们编写适合重庆邮电学院生物医学工程专业实验教学的系列专业实验教学指导书。这套指导书加强了现代信息技术在生物医学中的应用，注重实验内容的典型性、实用性、设计性和新颖性。力求在原理阐述上深入浅出，通过对仪器、仪表操作、电路器件设计制作、数据测试和软件编写，达到培养学生分析问题和解决实际问题的能力。同时注重设计性，综合性实验的教学与指导，希望学生能够自己设计实验达到教学要求。本实验指导书为生物医学工程专业生物医学传感器原理及应用一门课程配套的实验，实验学时为8学时，每个实验为2学时，本指导书共6个实验可以结合需要选择其中4个。 本书在编写过程中参考了许多同行的研究成果，编者在此表示感谢。由于编者水平有限和时间仓促，难免有不足之处，希望读者提出宝贵意见，批评指正。 编 者2004年8月目录前 言1目录2实验须知3实验一、压力传感器静态特性测试5实验二、压力传感器动态特性测试7实验三、心音传感器特性测试9实验四、温度传感器特性测试11实验五、心电、脉搏信号拾取和时相分析13实验六、液位报警传感器电路实现151.生物医学传感器及应用（2002级，8学时）压力传感器静态特性测试22.压力传感器动态特性测试23.心音传感器特性测试24.心电、心音和脉搏信号拾取和时相分析25.温度传感器特性测试6.液位检测器电路实验须知一、学生实验守则实验教学是对学生进行最佳智能结构培养的必要教学环节，也是培养合格人才的重要环节。学生应通过科学实验努力培养自己的独立工作能力、动手能力、观察能力、分析能力和创造能力；培养严肃认真的科学态度，理论联系实际和求真务实的作风；努力通过实验教学深化对所学理论知识的认识。为了严肃认真地完成教学所规定的全部任务，特作如下规定，必须认真执行。1 实验前认真预习，经指导教师质疑不合格者不应盲目进行实验操作。2 学生在实验室工作必须严肃认真、提倡创新，听从教师指导。严格按操作规程进行操作，认真观察分析实验现象，如实记录实验数据，不得捏造数据或抄袭他人结果。3 不得迟到，保持环境安静、整洁，严禁吸烟、随地吐痰和丢弃垃圾废弃物。4 爱护公共财物，未经许可，不得随意动用别组的仪器、工具、材料。损坏公物，照价赔偿。5 注意安全，如遇异常情况，应立即切断电源、熄灭火源、关闭水源，防止事故蔓延扩大。并保持现场，及时报告指导老师作好善后处理。6 实验结束，应切断仪器电源、数据交教师评阅合格后，整理好仪器设备、工具、器材、桌椅等。7 认真完成实验报告，按时交指导教师评阅。二、 验报告要求实验报告是实验工作的全面总结和最终成果，要能完整和真实地反映实验结果。编写实验报告也是一种基本训练，必须以严肃认真的态度来对待。撰写实验报告要遵守一定的规范和要求。实验报告应书写简洁、文理通顺、数据、图表齐全。报告主要内容应包括： 1 有设计性的实验先要作好预设计工作。2 实验名称。3 实验目的。4 实验设备与器件。（实际使用的设备、器件名称及型号）5 对设计性的实验，要求有设计的整个过程。6 记录实验数据，填写表格、画出图形。原始数据必须用铅笔填写，由指导教师签字，否则实验无效。7 故障现象、分析及解决方案。8 原始数据不能代替报告数据。实验报告没有按时上交及报告中的原始数据没有指导教师签字或伪造指导教师签字，都无效。 实验一、压力传感器静态特性测试【实验目的】学习利用生理信号采集系统测试压力传感器的静态特性，加深对压力传感器的工作原理的理解，巩固压力传感器相关的基础知识和理论知识。【实验器材】微型计算机、生理信号采集系统、压力传感器、自制砝码。【实验原理】压力传感器随着受外力的大小不同，压力敏感元件因压阻效应或压电效应等因素的影响下电磁性能发生改变，从而导致传感器输出的电信号也发生改变。通过生理信号采集系统把这电信号采集显示出来，就可直观方便地观察压力传感器随着受外力大小变化而变化的情形。【实验内容】1 设备的安装、连接；2 开机，启动检测系统；3 安装传感器；4 实验演示；5 学生动手实验；6 改变压力传感器所受压力（通过添加不同的自制砝码），观察波形和波峰变化与所加压力的变化的关系；7 记录实验数据、实验现象；8 关机、拆卸传感器和整理设备仪器；9 撰写实验报告。思考题： 根据本实验现象，谈谈你对压力传感器静态特性的理解。【实验记录】实验名称： 实验者姓名：指导教师：实验时间：评语：图形记录：结论：讨论：实验二、压力传感器动态特性测试【实验目的】学习利用生理信号采集系统测试压力传感器的动态特性，加深对压力传感器的工作原理的理解，巩固压力传感器相关的基础知识和理论知识。【实验器材】微型计算机、生理信号采集系统、指端脉搏传感器。【实验原理】压力传感器随着受外力的大小不同，压力敏感元件因压阻效应或压电效应等因素的影响下电磁性能发生改变，从而导致传感器输出的电信号也发生改变。通过生理信号采集系统把这电信号采集显示出来，就可直观方便地观察压力传感器随着受外力大小动态变化而变化的动态情形。【实验内容】1 设备的安装、连接；2 开机，启动检测系统；3 安装传感器；4 实验演示；5 学生动手实验；6 手指戴上指端脉搏传感器，观察波形和波峰变化与指端脉搏变化的关系；7 记录实验数据、实验现象；8 关机、拆卸传感器和整理设备仪器；9 撰写实验报告。思考题： 根据本实验现象，谈谈你对压力传感器动态特性的理解。【实验记录】实验名称： 实验者姓名：指导教师：实验时间：评语：图形记录：结论：讨论：实验三、心音传感器特性测试【实验目的】学习利用生理信号采集系统测试心音传感器的特性，加深对心音传感器的工作原理的理解，巩固心音传感器相关的基础知识和理论知识。【实验器材】微型计算机、生理信号采集系统、心音传感器。【实验原理】心音传感器随着受心波的强弱不同，其敏感元件因压阻效应或压电效应等因素的影响下电磁性能、介电性能等发生改变，从而导致心音传感器输出的电信号也发生改变。通过生理信号采集系统把这电信号采集显示出来，就可直观方便地观察心音传感器随着受心波强度变化而变化的情形。【实验内容】1 设备的安装、连接； 2 开机，启动检测系统；3 安装传感器；4 实验演示；5 学生动手实验；6 实验者以心波施加于心音传感器，同时观察波形和波峰变化与心波的关系；7 记录实验数据、实验现象；8 关机、拆卸温度传感器和整理设备仪器；9 撰写实验报。思考题： 根据本实验现象，谈谈你对心音传感器特性的理解。【实验记录】实验名称： 实验者姓名：指导教师：实验时间：评语：图形记录：结论：讨论：实验四、温度传感器特性测试【实验目的】学习利用生理信号采集系统测试温度传感器的特性，加深对温度传感器的工作原理的理解，巩固压力传感器相关的基础知识和理论知识。【实验器材】微型计算机、生理信号采集系统、温度传感器、水恒温槽、玻璃温度计（200度量程）。【实验原理】温度传感器随着外界的温度高低不同，温度敏感元件因热敏效应等因素的影响下电磁性能、介电性能等发生改变，从而导致温度传感器输出的电信号也发生改变。通过生理信号采集系统把这电信号采集显示出来，就可直观方便地观察温度传感器随着外界温度变化而变化的情形。【实验内容】1 设备的安装、连接； 2 开机，启动检测系统；3 安装传感器；4 实验演示；5 学生动手实验；6 改变温度传感器的外界温度大小（通过浸入不同温度的水中），观察波形和波峰变化与外界温度的变化的关系；7 记录实验数据、实验现象；8 关机、拆卸温度传感器和整理设备仪器；9 撰写实验报。思考题： 根据本实验现象，谈谈你对温度传感器特性的理解。【实验记录】实验名称： 实验者姓名：指导教师：实验时间：评语：图形记录：结论：讨论：实验五、心电、脉搏信号拾取和时相分析【实验目的】 掌握人体普通生理信号的传感器拾取方法，主要包括心电信号和脉搏信号；分析同一受试者的心电和脉搏时相关系。【实验器材】 微计算机系统，RM6240C型生理信号采集系统，心电传感器、指端脉搏传感器，无水酒精，脱脂棉球，打印机系统。【实验原理】1 心电的拾取采用任选一信号比较强的导联，拾取人体心电信号，下图为正常CM5导联心电信号。图4-1 心电信号2 脉搏拾取 通过指端拾取脉搏信号。（指端脉搏信号提取参考实验3）3 心电和脉搏的时间位相分析 【实验内容】1 观察心电传感器和脉搏传感器，分析它们的传递信号原理。2 使用RM6240C型生理信号分析采集系统。3 打印一段采集的心电和脉搏信号。4 分析讨论心电和脉搏的时间位相关系，书写试验报告。思考题：1 心电和脉搏的时相关系。【实验记录】实验名称： 实验者姓名：指导教师：实验时间：评语：图形记录：结论：讨论：实验六、液位报警传