人類社會(huì)的進(jìn)步離不開社會(huì)上各行各業(yè)的努力，各種各樣的電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代離不開我們的設(shè)計(jì)者的努力，其實(shí)很多人并不會(huì)去了解電子產(chǎn)品的組成，比如壓電薄膜傳感器。

壓電薄膜傳感器原理

壓電薄膜傳感器具有獨(dú)特的特性。作為一種動(dòng)態(tài)應(yīng)變傳感器，非常適用于監(jiān)測(cè)人體皮膚表面或植入人體的生命信號(hào)。一些薄膜元件足夠靈敏，可以通過夾克檢測(cè)人體脈搏。工財(cái)網(wǎng)將重點(diǎn)介紹幾種壓電薄膜在生命體征監(jiān)測(cè)中的典型應(yīng)用。

當(dāng)你拉伸或彎曲一塊壓電聚偏氟乙烯PVDF聚合物薄膜(壓電薄膜)時(shí)，薄膜上下電極表面之間會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)(電荷或電壓)，其變形與拉伸相同或彎曲。按比例。一般壓電材料對(duì)壓力敏感，但對(duì)于壓電薄膜來說，當(dāng)縱向施加很小的力時(shí)，橫向會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力，如果同樣的力作用在大面積的薄膜，它產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)小很多。因此，壓電薄膜對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)力非常敏感。28μm 厚 PVDF 的典型靈敏度為 10~15mV/微應(yīng)變(長(zhǎng)度變化的百萬分之一)。

使用術(shù)語“動(dòng)態(tài)應(yīng)力”是因?yàn)樽冃萎a(chǎn)生的電荷將從連接到薄膜的電路中丟失，因此壓電薄膜無法檢測(cè)靜態(tài)應(yīng)力。當(dāng)需要檢測(cè)不同水平的預(yù)應(yīng)力時(shí)，這就是壓電薄膜的優(yōu)勢(shì)。薄膜只感覺應(yīng)力變化量，最低響應(yīng)頻率可達(dá)0.1Hz。

壓電薄膜傳感器的應(yīng)用

接觸式傳感器

利用壓電薄膜的動(dòng)態(tài)應(yīng)變片特性，可以方便地將壓電薄膜直接固定在人體皮膚上(如手腕內(nèi)側(cè))。精良電子-美國MEAS傳感器產(chǎn)品型號(hào)1001777為通用型傳感器，傳感器一側(cè)涂有壓敏膠。但是，但這款膠未經(jīng)生物兼容性認(rèn)證。在短期測(cè)試中，可以將3M9842(聚氨酯膠帶)固定在皮膚上，然后將壓電薄膜傳感器粘貼在3M膠帶上。

壓電薄膜之所以能夠檢測(cè)到非常小的物理信號(hào)并感受到大量的活動(dòng)，是因?yàn)镻VDF薄膜的壓電響應(yīng)在相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)是線性的(大約14個(gè)數(shù)量級(jí))。在大多數(shù)情況下，只要能夠清楚地區(qū)分目標(biāo)信號(hào)的帶寬和噪聲，就可以通過濾波器收集到較小的目標(biāo)信號(hào)。類似的傳感器已用于睡眠障礙研究，以檢測(cè)胸部、腿部、眼部肌肉和皮膚的運(yùn)動(dòng)。此外，傳感器還可以作為指標(biāo)(神經(jīng)肌肉傳導(dǎo))，通過檢測(cè)肌肉(例如拇指和食指之間的肌肉)對(duì)電擊的反應(yīng)來測(cè)試麻醉效果。

病床監(jiān)護(hù)

可以在床墊上安裝壓電薄膜和壓電電纜，以檢測(cè)患者的心跳、呼吸和身體運(yùn)動(dòng)。Hoana Medical Inc.的監(jiān)控床警報(bào)系統(tǒng)在床墊和床單之間安裝了一組傳感器。當(dāng)患者坐在或躺在監(jiān)護(hù)床上時(shí)，傳感器可以通過衣服和床單準(zhǔn)確測(cè)量和收集患者的生命信息。靈活開關(guān)用于采集靜態(tài)信號(hào)。 所有病人的動(dòng)態(tài)信號(hào)都被壓電薄膜采集并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，顯示在床邊的監(jiān)視器上。當(dāng)患者心率、呼吸頻率異常，或患者擅自下床時(shí)，系統(tǒng)可提前報(bào)警。所有這一切都由傳感器完成，無需與患者直接接觸。

呼吸熱電監(jiān)測(cè)

PVDF 對(duì)溫度的動(dòng)態(tài)變化也非常敏感(28μm 厚的壓電薄膜的典型值為 8V/oC)。英國C-Lect醫(yī)療公司開發(fā)了一種監(jiān)測(cè)呼吸頻率的監(jiān)測(cè)器。一小片壓電薄膜元件用面罩固定在口鼻上，吸入和呼出的空氣的溫度變化產(chǎn)生強(qiáng)烈的電信號(hào)。即使吸入加熱的氧氣/空氣，測(cè)量結(jié)果仍然非常準(zhǔn)確。PIPPA 監(jiān)護(hù)儀由電池供電，LCD顯示每分鐘呼吸次數(shù)。

由壓電薄膜制成的唇部接觸傳感器使用相同的原理來檢測(cè)通過嘴巴或鼻子的氣流。與熱敏電阻相比，壓電薄膜具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、柔軟、檢測(cè)面積大等優(yōu)點(diǎn)。本文只能帶領(lǐng)大家對(duì)壓電薄膜傳感器有了初步的了解，對(duì)大家入門會(huì)有一定的幫助，同時(shí)需要不斷總結(jié)，這樣才能提高專業(yè)技能，也歡迎大家來討論文章的一些知識(shí)點(diǎn)。