壓電薄膜傳感器原理_壓電薄膜傳感器應(yīng)用

壓電薄膜傳感器簡介

壓電薄膜傳感器擁有獨一無二的特性，作為一種動態(tài)應(yīng)變傳感器，非常適合應(yīng)用于人體皮膚表面或植入人體內(nèi)部的生命信號監(jiān)測。一些薄膜元件靈敏到足以隔著外套探測出人體脈搏。

壓電薄膜傳感器原理

當(dāng)你拉伸或彎曲一片壓電聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（壓電薄膜），薄膜上下電極表面之間就會產(chǎn)生一個電信號（電荷或電壓），并且同拉伸或彎曲的形變成比例。一般的壓電材料都對壓力敏感，但對于壓電薄膜來說，在縱向施加一個很小的力時，橫向上會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而如果對薄膜大面積施加同樣的力時，產(chǎn)生的應(yīng)力會小很多。因此，壓電薄膜對動態(tài)應(yīng)力非常敏感，28μm厚的PVDF的靈敏度典型值為10~15mV/微應(yīng)變（長度的百萬分率變化）。

使用‘動態(tài)應(yīng)力’這個術(shù)語是因為形變產(chǎn)生的電荷會從與薄膜連接的電路流失，所以壓電薄膜并不能探測靜態(tài)應(yīng)力。當(dāng)需要探測不同水平的預(yù)應(yīng)力時，這反而成為壓電薄膜的優(yōu)勢所在。薄膜只感受到應(yīng)力的變化量，最低響應(yīng)頻率可達(dá)0.1Hz。

壓電薄膜傳感器在電子聽診器和生命體征方面的應(yīng)用

壓電薄膜傳感器是一種無源可產(chǎn)生電信號的傳感器，應(yīng)用于多種領(lǐng)域，同時作為一種動態(tài)應(yīng)變類的傳感器，應(yīng)用于人體皮膚表面或植入人體內(nèi)部作為生命體征信號監(jiān)測有很好的效果。線目前來說主要應(yīng)用于體外測試，考慮到材料親膚性。也有一些薄膜元件靈敏到足以隔著外套探測出人體脈搏。本文將著重介紹幾種壓電薄膜在生命特征監(jiān)護和聽診器方面的典型應(yīng)用。壓電薄膜學(xué)名叫壓電聚偏氟乙烯 PVDF 高分子膜 當(dāng)你拉伸或彎曲一片壓電薄膜，薄膜上下電極表面之間就會產(chǎn)生一個電信號（電荷或電壓），并且同拉伸或彎曲的形變成比例。一般的壓電材料都對壓力敏感，但對于壓電薄膜來說，在縱向施加一個很小的力時，橫向上會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而如果對薄膜大面積施加同樣的力時，產(chǎn)生的應(yīng)力會小很多。因此，壓電薄膜對動態(tài)應(yīng)力非常敏感，28μm厚的 PVDF 的靈敏度典型值為10 ~ 15mV /微應(yīng)變（長度的百萬分率變化）。 如圖：

圖 1壓電薄膜傳感器取得脈搏信號圖壓電薄膜很薄，質(zhì)輕，非常柔軟，可以無源工作，因此可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)用傳感器，尤其是需要探測細(xì)微的信號時。顯然，該材料的特點在供電受限的情況下尤為突出（在某些結(jié)構(gòu)中，甚至還可以產(chǎn)生少量的能量）。而且壓電薄膜極其耐用，可以經(jīng)受數(shù)百萬次的彎曲和振動。應(yīng)用方面：

聽診器

很多電子聽診器都采用了壓電薄膜作為傳感器元件，因為它耐用，靈敏度高，帶寬范圍寬。在該應(yīng)用中，傳感器元件通常都封裝在傳統(tǒng)的金屬聽診頭中，因為傳感器需要與身體形成“作用力”。一旦動態(tài)的壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，就可以有選擇性的過濾或放大、作為音頻信號回放、運用更復(fù)雜的運算方法判斷出具體的狀況、或傳輸?shù)竭h(yuǎn)程基站進行進一步 分析存儲等。深圳工采網(wǎng)提供的CM-01B式壓電薄膜傳感器

它采用金屬化塑料封裝，接觸性麥克風(fēng) ，有著40V/mm的超高靈敏度，8~2200Hz的寬頻范圍，專為電子聽診器而準(zhǔn)備！

生命體征監(jiān)測用壓電薄膜的動態(tài)應(yīng)變片特性，可以輕松的將壓電薄膜直接固定在人體皮膚上（例如手腕內(nèi)側(cè)）。精量電子—美國MEAS傳感器的產(chǎn)品型號1001777是一款通用傳感器，傳感器的一側(cè)涂有壓力敏感膠。但這款膠未經(jīng)生物兼容性認(rèn)證，在短期試驗中可以將3M9842（聚亞安酯膠帶）固定在皮膚上，再將壓電薄膜傳感器粘貼在3M 膠帶上。

圖2壓電薄膜元件DT系列 深圳工采網(wǎng)提供的DT系列壓電薄膜傳感器此元件是銀墨絲印電極的矩形壓電薄膜元件，有很多不同的尺寸和厚度可供選擇。DT系列薄膜元件每微米的應(yīng)變產(chǎn)生超過10毫伏的電壓信號，比箔金屬應(yīng)變片的電壓輸出高大約60dB。電容與元件面積成正比例，與元件厚度成反比例。壓電薄膜之所以既能探測非常微小的物理信號又能感受到大幅度的活動，是因為PVDF膜的壓電響應(yīng)在相當(dāng)大的動態(tài)范圍內(nèi)都是線性的（大約14個數(shù)量級）。多數(shù)情況下，只要能明顯區(qū)分目標(biāo)信號和噪聲的帶寬，細(xì)小的目標(biāo)信號都可以通過過濾器采集到。類似的傳感器已在睡眠紊亂研究中用于探測胸部、腿部、眼部肌肉和皮膚的運動。另外，傳感器可以通過探測肌肉（例如拇指和食指之間的肌肉）對電擊的反應(yīng)作為檢驗麻醉效果的指示器（神經(jīng)肌肉傳導(dǎo)）。