资源描述
气流传感器和温度传感器在对新生婴幼儿呼吸状况的检测作者： 系统主要用来检测未成年儿童的呼吸状况。系统包括了两种微型高性能指标传感器（湿度传感器和气流传感器）和 51单片机。系统能够检测到湿度，并将湿度值显示出来，也能检测到婴儿的呼吸率，并带有为用户设置的报警装置。关键字：气流传感器 , 湿度传感器 , 新生 , 呼吸状况的检测1. 绪论由于新生婴儿的呼吸缺乏稳定性、可靠性，并且对应用的传感器有微型性的要求，使得检测新生婴幼儿呼吸状况总是具有很大的困难和挑战。最新设计的呼吸检测系统应用了一些高性能的微型传感器（湿度传感器和气流传感器）和单处机处理器。在本文中我们描述了这些传感器、接口电路和处理器。新生婴幼儿呼吸状况的检测系统将给医生和护士提供一些必要的 和 。湿度传感器和气流传感器 在 提大 的微电传感器和微机 中 设计并 出来了。这些传感器可 到 的 ， 于 接 检测呼吸中的器 中，此 的 性在于了“单、并具有也为检测婴幼儿呼吸状况了新的 。此 一 了儿医 的 ”。2. 对传感器的描述我们了 性湿度传感器来 湿度检测。对应的湿度，这种传感器的电是的。这种传感器的 为 种传感器由一片片 成。 理在吸的 电的电的 1 示。我们可 到，电 是一些（5m 度的 和 10m 的 ） , 这些 是 在气中的，并和一 大的 成路，的电 1是一 的 ，这种 的 能够 的吸 并 的大 气， 于吸 传感器的 的。给出 公式： 33/113/122 1和 2 别是 和的 ， 的 。计算机仿真后，（考虑到几何 ，给 1和 2 别赋值， 1= 2=80 并参照 的理 ）这种设 对于的温度电 式 这里 2中画出了 。 的点是测的 据点，可 出实验 据和理 曲 是相一致的。位于相对湿度为 100% 处的三 点说明浓缩的 的影响 到了饱和。幸运的是 ，一 婴儿呼吸的气湿度的范围为 70%到 95%。这种设 具有良好的湿度稳定性。 报道过各种 对呼吸的浓缩是独立于温度和厚度的。 现 的 在 50 180的温度范围内是依赖于温度的。传感器的响应时 在 30s 内（吸 份的时 为6S， 份的时 比较长）。考虑到 吸 气 的范围 ，响应时 的影响是可 忽略计的。用到的另一种设 是微型单臂桥气流传感器 3 示。的集成导 微型机 。当前的电源）加热到超过周围温度。这种桥电路是对称的。在 理，对周围的任何温度余 值应是衡的，然而 ，桥周围的气流对桥臂 冷却，这些臂和气流是正交的。这时，把桥设置成恒定，并对应于气流的流 给出一 输出电压。为了当桥臂被流过的液氖流冷却时，增加电阻的 用了一种高度 物，代替了普的 导 中的轻度 物。我们知道 ，对于普的轻度 物，主要影响电阻温度 的素是载波迁移率。古典3/2 次幕指 臂电阻 示为 R 3/2。这里 。显然 ，电阻的湿度系 ，此对气流的敏感度也 ，对电阻湿度的问题的解决是用高度 物。这里高度 物包含离 式 就像轻度 物在液氖温度中一样）于2是，我们得到： R=E/。这里 ， 物的 征活跃能， 。在公式当中 ，T 3/2和指 比较起来，是可 忽略计的。这样就可 提高 100000%湿度敏感度。 被用作高度 物。热问题是过把具有 的电阻加 相 独立和用在桥臂周围 各 性的 来解决的。为了提高系统的响应 度，过在 片的 各 性的 来 桥 。最后，气流传感器的响应时 可 到微 范围内。 4画出了一 桥臂（ 片）在 电源 的响应 。度和 性度 是 好的， 于对婴儿的呼吸检测。3. 对检测系统的描述描述的两种传感器由于 性： 、温度稳定性高和 ，很 应用于婴儿的呼吸检测系统。为了检测呼吸气 的湿度，把湿度传感器 在一 器中（用的是 555定时器）输出 率相对于传感器的相对湿度。 验了的湿度计具有 3% 的 度，这很好的 到了我们的的。气流传感器被波电路和电路 处理（为了 于 1）。被处理了的 “是和输相对应的。单片机能够呼吸的湿度和呼吸率。当呼吸超过警。这样，就可 医生和护士们知道婴儿实的呼吸状况（或，或湿， 和另一些”状况）过问儿医，一系 参 被公式且 于中处理器中。这 参 包括正 的呼吸率，对有呼吸、 、的呼吸 报警，有湿度范围。这些系统也 用于给报警，报警点可 为设置来 要和医们的好。 5画出了检测系统的 。主要的设 是一片 51单片机。 据集， 值设定、比较、报警和显示。一 的 检测器用于 的 式实时显示实的湿度 和 报警显示 ： 、湿、到 和 到。 有的 “ 有的报警 。婴儿正 的呼吸率 为 44次。34. 结论我们 了一种 、 微 且具有生和护士可 把 的 问。系统用到了两种传感器。一 基传感器和一 气流传感器。系统 能 ：呼吸率、湿度值显示、 报警显示、 报警显示 基本了 新生婴儿的要求。 为用用户设计的 设置报警 能对医 实是 有用的。致谢作者感 作者设计此系统和给的和 。温度测量1. 概论温度可能是最 应用的物理。 1595年 明了一 温度计而给很高的 。好 年过 了，得到了提高。现在 有很 高 度和高可靠性的温度计。新的测 理出现了，现在的 理也在得到 的提高。这 ，给出了一些 温度测设 的基本知。然而， 器对使用者的 验 考虑是必要的。在过应用中，典型的温度测系统包含了热电 ，测物 ，一些 和一 温度 器（当 或 ）。温度测物 有一 机 ， 测物 的尖和筒的内得到 的连接。2. 安装好了的系统一 安装好了的系统包含了一些 物 。有：一 球状物， （被认为是毛细的）和一 。一 指示器连接在 用于指示温度，用风箱和来代替。此系统填充了液 或气 。随着球状物测得的温度的升高或 低，这些气 或液 会膨胀或 缩，这种膨胀或 缩转成了机械移 ，液 引起了 ，气 引起了压力 。应用这种类型的温度测 用于当 温度指示。 年过 了，低了，但现在仍旧有些应用。这种设 是充液式4温度计来的。要给单，坚固，是自封装的。并且在很窄的温度范围内是 的。但是球 大了， 至于能 现在的应用。一旦 球能作后， 系统必须重新换（这是昂贵的）。而且毛细被 制在 250 共英尺内（ 80米），此系统 来说响应，且相对来说贵。毛细周围温度的影响。并且 要对周围温度 ，为了，这些测装置必须自由泄漏。此 检测和测是必要的。毛细应该 维护和 护， 免损坏。再者，制作毛细的 应和周围的环境相一致。最后， 球必须充 的沉浸， 测到实温度。3. 热电偶1821年， 当两种的 连接在一起时，就会在热 和冷 （参考点）的连接处产生热电（例 100时，在两连接点产生了 40V）。温度 高，产生的热电高。 前，冷连接点实是浸泡在冰池里的，这样做是为了参考温度的稳定。现在，电路 代替了这种冰池。理论 ，任何两种的 可 制成热电 ， 而，基于温度 （即， 敏度）而只有一些被应用。典型的裸 的热电 的响应时 是 12s 。制造的热电 是用来连接的。往往比较贵。这样，在探测器本身。热电 的 应统一于热电 ， 或 器。现代的电 革命 制出了够 的 器。可 封装在热电 箱（或头）中，这样安排的好处是可 避免长 离的传 的热电。这样低的电 “ 受噪 扰。应用有三种基本类型的热电 陶制球状。绝缘的（塑 玻璃或陶制纤维）他们 是凸出的。壳矿物绝缘型。这种壳 是锈钢，绝缘矿物 是氧壳可 很好的 护热电 受 和机械的影响。然而由于壳是单片机 ， 对离和终止比难的。这种连接点应被焊接或5绝缘。热电 可 制成封装型或裸 型， 果是封装型的，接 或接 的。当接 时，为得到了良好的温度传递）然而，噪 的响应（由于电 “的波 影响）。当热电 接 时，但是电气隔离的。热电 应在热电 中安装 。 于尖端和筒连接。 良好的热传递。 果 在处就会获得最 的响应。但导 完全处于未 护状态。热电 是处于自激 的，单，坚固， 贵（是 ，能够 的物理式，提供 的温度范围。再者，产生 曲 。（要额处成本）且 交换，响应并测 点 。电 是在度 ，此 。然而，热电 的输出是 性的且输出的电压 “低。参考连接点。 敏度低，在 度有 制，要和型“匹配的 。再有，在恶劣环境 、使用当、时 对的 况 ，热电 就会 坏。热电 受 “波 的影响。要 大电路，然而， 大电路会错误指示热电 。像超 或超 指示。氧会对此类型热电 的应用产生影响。然而， 果测温元件用热电 来 护， 么这种影响是可 忽略的。6
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