壓電薄膜傳感器簡(jiǎn)介

壓電薄膜傳感器擁有獨(dú)一無(wú)二的特性，作為一種動(dòng)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(hào)監(jiān)測(cè)。一些薄膜元件靈敏到足以隔著外套探測(cè)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)（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(duì)壓力敏感，但對(duì)于壓電薄膜來(lái)說(shuō)，在縱向施加一個(gè)很小的力時(shí)，橫向上會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而如果對(duì)薄膜大面積施加同樣的力時(shí)，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厚的PVDF的靈敏度典型值為10~15mV/微應(yīng)變（長(zhǎng)度的百萬(wàn)分率變化）。

使用‘動(dòng)態(tài)應(yīng)力’這個(gè)術(shù)語(yǔ)是因?yàn)樾巫儺a(chǎn)生的電荷會(huì)從與薄膜連接的電路流失，所以壓電薄膜并不能探測(cè)靜態(tài)應(yīng)力。當(dāng)需要探測(cè)不同水平的預(yù)應(yīng)力時(shí)，這反而成為壓電薄膜的優(yōu)勢(shì)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(tīng)診器和生命體征方面的應(yīng)用

壓電薄膜傳感器是一種無(wú)源可產(chǎn)生電信號(hào)的傳感器，應(yīng)用于多種領(lǐng)域，同時(shí)作為一種動(dòng)態(tài)應(yīng)變類(lèi)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(hào)監(jiān)測(cè)有很好的效果。線目前來(lái)說(shuō)主要應(yīng)用于體外測(cè)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(cè)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(hù)和聽(tīng)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)（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(duì)壓力敏感，但對(duì)于壓電薄膜來(lái)說(shuō)，在縱向施加一個(gè)很小的力時(shí)，橫向上會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而如果對(duì)薄膜大面積施加同樣的力時(shí)，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厚的 PVDF 的靈敏度典型值為10 ~ 15mV /微應(yīng)變（長(zhǎng)度的百萬(wàn)分率變化）。 如圖：

圖 1壓電薄膜傳感器取得脈搏信號(hào)圖壓電薄膜很薄，質(zhì)輕，非常柔軟，可以無(wú)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(cè)細(xì)微的信號(hào)時(shí)。顯然，該材料的特點(diǎn)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(wàn)次的彎曲和振動(dòng)。應(yīng)用方面：

聽(tīng)診器

很多電子聽(tīng)診器都采用了壓電薄膜作為傳感器元件，因?yàn)樗陀?，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(tīng)診頭中，因?yàn)閭鞲衅餍枰c身體形成“作用力”。一旦動(dòng)態(tài)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，就可以有選擇性的過(guò)濾或放大、作為音頻信號(hào)回放、運(yùn)用更復(fù)雜的運(yùn)算方法判斷出具體的狀況、或傳輸?shù)竭h(yuǎn)程基站進(jìn)行進(jìn)一步 分析存儲(chǔ)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(zhuān)為電子聽(tīng)診器而準(zhǔn)備！

生命體征監(jiān)測(cè)用壓電薄膜的動(dòng)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(guó)MEAS傳感器的產(chǎn)品型號(hào)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(yàn)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(guò)10毫伏的電壓信號(hào)，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(cè)非常微小的物理信號(hào)又能感受到大幅度的活動(dòng)，是因?yàn)镻VDF膜的壓電響應(yīng)在相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)都是線性的（大約14個(gè)數(shù)量級(jí)）。多數(shù)情況下，只要能明顯區(qū)分目標(biāo)信號(hào)和噪聲的帶寬，細(xì)小的目標(biāo)信號(hào)都可以通過(guò)過(guò)濾器采集到。類(lèi)似的傳感器已在睡眠紊亂研究中用于探測(cè)胸部、腿部、眼部肌肉和皮膚的運(yùn)動(dòng)。另外，傳感器可以通過(guò)探測(cè)肌肉（例如拇指和食指之間的肌肉）對(duì)電擊的反應(yīng)作為檢驗(yàn)麻醉效果的指示器（神經(jīng)肌肉傳導(dǎo)）。