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壓電薄膜傳感�
閱讀�11313�(shí)間:2011-05-23 17:47:24

  壓電薄膜傳感�是采用PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜制�,具有頻響寬、動(dòng)�(tài)范圍好、輸出電壓高、穩(wěn)定性好、耐沖擊、不易老化等特�(diǎn),被廣泛�(yīng)用振�(dòng)沖擊、闖紅燈拍照、交通人流車流信息采�、車速監(jiān)速、交通動(dòng)�(tài)稱重以及安全�(bào)�、拾音傳�、計(jì)�(shù)開關(guān)��

�(fā)展背�

  �(duì)人體微弱生理信號(hào)的有效采集和處理一直是�(yī)療器械領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前有多種用于人體微弱信號(hào)采集的傳感器,如壓電陶瓷傳感器、多普勒效應(yīng)傳感器等,但在結(jié)�(gòu)和成本上 都存在一定的問題。目前有一種采用新型高分子壓電材料聚偏氟乙烯研制的壓電薄膜傳感�,其�(jié)�(gòu)�(jiǎn)單,靈敏度高,能�(zhǔn)確測(cè)量微弱的人體信號(hào)。通過將其�(yīng)用于�(duì)人體心音信號(hào)的采�,研制了兩通道的綜合微型記錄儀,分別動(dòng)�(tài)記錄心音信號(hào)和心電信�(hào)。實(shí)�(yàn)表明,該薄膜傳感器與整機(jī)之間�(jié)�(gòu)、性能匹配,該心音心電�(jiān)�(cè)� �(tǒng)能夠比較�(zhǔn)確地�(jiān)�(cè)分析人體心音心電信號(hào),為系統(tǒng)以后的產(chǎn)品化奠定了基�(chǔ)�

特點(diǎn)分析

  1、寬頻帶  0.001HZ�109HZ

  2、寬�(dòng)�(tài)范圍�10-8�106)PSI

  3、高彈�,柔性好

  4、高靈敏�,輸出比壓電陶瓷�10�

元件分類

  1、發(fā)射傳感器元件

  2、振�(dòng)傳感器元�

  3、壓力傳感器元件

  4、脈搏傳感器元件

  5、壓電薄膜開�(guān)傳感器元�

  6、接收傳感器元件

  7、PVDF壓電薄膜

參數(shù)系列

 一、LDT0 系列壓電薄膜傳感�   參數(shù)

  電氣連接:PC板安�

  �    型:壓電薄膜傳感�

  �    �(diǎn):寬頻(0.001Hz�1000MHz�,高靈敏度,高介電強(qiáng)�,低聲阻�,高�(wěn)定��

  供電電源:無�

  �    出:高電壓輸�

  � � 度:1.4V/g~16V/g

  工作溫度�0�70�

  �    程:�

  典型�(yīng)用:汽車防盜�(bào)警器,臥式滾筒洗衣�(jī)振動(dòng),電子靶,計(jì)�(shù)器觸�(fā)��

二、FDT系列壓電薄膜傳感�   參數(shù)

  電氣連接:電纜連接

  �    型:壓電薄膜傳感�

  �    �(diǎn):無�,安裝方�

  供電電源:無�

  �    出:0�5V

  � � 度:�

  工作溫度�0�70�

  �    �: �

  典型�(yīng)用:傳感區(qū)與引出點(diǎn)需要一定距離而又不便于用�(dǎo)線的�(chǎng)合�

�、DT 系列壓電薄膜傳感�   參數(shù)

  電氣連接:PC板安�

  �    型:壓電薄膜傳感�

  �    �(diǎn):無源,安裝方便

  供電電源:無�

  �    出:0�7V

  � � 度:  �

  工作溫度�0�70�

  �    程:�

  典型�(yīng)�: 檢測(cè)振動(dòng)或沖擊的�(dòng)�(tài)�(yīng)變片和接觸式傳聲��

�、壓電電�   參數(shù)

  電氣連接:電�

  �    型:壓電電纜

  �    �(diǎn):無�,安裝方�

  供電電源:無�

  �    出:無源

  � � 度:�

  工作溫度�0�70�

  �    程:�

  典型�(yīng)用:壓電電纜的主要應(yīng)用是交通軸傳感�,壓電電纜開關(guān)用于存在/占有率檢�(cè),壓電電纜做為接觸式傳聲器用于生命特征�(jiān)�(cè)及周界安全等方面,在一般情況下,�(chǎn)品都是根�(jù)客戶的具體要求設(shè)�(jì)�

�、壓電薄�(PVDF)超聲波發(fā)射器   參數(shù)

  電氣連接:-

  �    型:壓電薄膜傳感�

  �    �(diǎn)�360度全向水平波束指向� ,寬�,低諧振Q�,耐沖�,低成本,重量輕�

  供電電源:Max 300Vp(脈沖�(qū)�(dòng))Max 150Vp(連續(xù)�(qū)�(dòng))

  �    出:�

  � � 度:�

  工作溫度�5�60�

  �    程:�

  典型�(yīng)用:空氣中測(cè)�,物體移動(dòng)軌跡,聲場(chǎng)開關(guān)�

�、壓電薄�(PVDF)超聲波接收器   參數(shù)

  電氣連接:-

  �    型:壓電薄膜傳感�

  �    �(diǎn):寬水平波束指向性,寬帶,低諧振Q值,耐沖�,低成本,重量輕�

  供電電源�12�15V

  �    出:�

  � � 度:�

  工作溫度�5�60�

  �    �: �

  典型�(yīng)用:空氣中測(cè)�,物體移動(dòng)軌跡,聲場(chǎng)開關(guān)�

�、小型傳感器100   參數(shù)

  電氣連接:板載式

  �    型:振動(dòng)傳感�

  �    �(diǎn):配置懸臂梁,低成本,靈敏度高�

  供電電源:無�

  �    出:高阻�,通過電容的電�/電壓

  � � 度:±1%(線性)

  工作溫度�0� ~ 70�

  �    程:1V/g,被�(dòng)

  典型�(yīng)用:洗衣�(jī),電器振�(dòng),REID�(biāo)�(shí),生命特征檢�(cè)��

八、ACH-01  參數(shù)

  電氣連接:電纜連接

  �    型:振動(dòng)傳感�

  �    �(diǎn):頻響:2Hz�20KHz,沖�1000g,高靈敏度(9mV/g�,低成本�

  供電電源:-

  �    出:低阻抗,緩沖輸出

  � � 度:±0.1%(線性)

  工作溫度�-40� ~ 85�

  �    �: ±250

  典型�(yīng)用:�(jī)器狀�(tài)�(jiān)�(cè),模擬分�,汽車傳感器,家用電�,反饋控制系�(tǒng)�

九、ACH-04-08-05   參數(shù)

  電氣連接:PC板安�

  �    型:振動(dòng)傳感�

  �    �(diǎn)�1.35~1.8mV/g�9200Hz共振頻率,沖�1000g,低頻響�(yīng),低功�,低成本

  供電電源:無�

  �    出:低阻�,緩沖輸�

  � � 度:±1%(線性)

  工作溫度�-40� ~ 85�

  �    程:±250

  典型�(yīng)用:�(jì)步器,振�(dòng)開關(guān)�

在醫(yī)療行�(yè)的應(yīng)�

  壓電薄膜擁有的特�,作為一種動(dòng)�(tài)�(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)�(jiān)�(cè)。一些薄膜元件靈敏到足以隔著外套探測(cè)出人體脈搏。以下將著重介紹幾種壓電薄膜在生命特征監(jiān)�(hù)方面的典型應(yīng)��

  �(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�(huì)�(chǎn)生一�(gè)電信�(hào)(電荷或電壓�,并且同拉伸或彎曲的形變成比�。一般的壓電材料都對(duì)壓力敏感,但�(duì)于壓電薄膜來�,在縱向施加一�(gè)很小的力�(shí),橫向上�(huì)�(chǎn)生很大的�(yīng)�,而如果對(duì)薄膜大面積施加同樣的力時(shí),產(chǎn)生的�(yīng)力會(huì)小很�。因此,壓電薄膜�(duì)�(dòng)�(tài)�(yīng)力非常敏��28μm厚的PVDF的靈敏度典型值為10 ~ 15mV / 微應(yīng)變(�(zhǎng)度的百萬分率變化��

  使用‘動(dòng)�(tài)�(yīng)力’這�(gè)�(shù)語是�?yàn)樾巫儺a(chǎn)生的電荷�(huì)從與薄膜連接的電路流�,所以壓電薄膜并不能探測(cè)靜態(tài)�(yīng)�。當(dāng)需要探�(cè)不同水平的預(yù)�(yīng)力時(shí),這反而成為壓電薄膜的�(yōu)�(shì)所�。薄膜只感受到應(yīng)力的變化�,響�(yīng)頻率可達(dá)0.1Hz.

  壓電薄膜很薄,質(zhì)�,非常柔軟,可以無源工作,因此可以廣泛應(yīng)用于�(yī)用傳感器,尤其是需要探�(cè)�(xì)微的信號(hào)�(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)�(gòu)�,甚至還可以�(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�(dòng)�

  接觸式傳感器

壓電膜傳感器

  利用壓電薄膜的動(dòng)�(tài)�(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)�(cè)�。精量電子—美�(guó)MEAS傳感器的�(chǎn)品型�(hào)1001777是一款通用傳感器,傳感器的一�(cè)涂有壓力敏感�。但這款膠未�(jīng)生物兼容性認(rèn)�,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�3M膠帶��

圖1:利用電荷放大器(低頻為1Hz,靈敏度為1mV/pC)取得的脈搏信號(hào)圖2:重復(fù)握緊和松開物體時(shí)壓電薄膜傳感器的反應(yīng)

  �1:利用電荷放大器(低頻為1Hz,靈敏度�1mV/pC)取得的脈搏信號(hào).   �2:重�(fù)握緊和松開物體時(shí)壓電薄膜傳感器的反應(yīng)

  �1顯示的是利用電荷放大器(低頻�1Hz,靈敏度�1mV/pC)取得的脈搏信號(hào)。輸出大約為130mV(相�(dāng)于約100mV的開路電壓),換算成�(dòng)�(tài)�(yīng)力約�8με�

  �1中的信號(hào)是在手部放松�(shí)取得的。彎曲或�(zhuǎn)�(dòng)手腕可以�(chǎn)生更大振幅的信號(hào),尤其是在預(yù)放大器的頻率�(shè)置得很低�(shí)。圖2顯示出重�(fù)握緊和松開物體時(shí)壓電薄膜傳感器的反應(yīng),輸出振幅為3V左右(開路),或大約250με的動(dòng)�(tài)�(yīng)��

  壓電薄膜之所以即能探�(cè)非常微小的物理信�(hào)又能感受到大幅度的活�(dòng),是�?yàn)镻VDF膜的壓電響應(yīng)在相�(dāng)大的�(dòng)�(tài)范圍�(nèi)都是線性的(大�14�(gè)�(shù)量級(jí)�。多�(shù)情況下,只要能明顯區(qū)分目�(biāo)信號(hào)和噪聲的帶寬,細(xì)小的目標(biāo)信號(hào)都可以通過過濾器采集到�

  類似的傳感器已在睡眠紊亂研究中用于探�(cè)胸部,腿�,眼部肌肉和皮膚的運(yùn)�(dòng)。另�,傳感器可以通過探測(cè)肌肉(例如拇指和食指之間的肌肉)�(duì)電擊的反�(yīng)作為檢驗(yàn)麻醉效果的指示器(神�(jīng)肌肉傳導(dǎo)��

  加速度傳感�

  Minisense100是精量電子的一款標(biāo)�(zhǔn)�(chǎn)�,采用懸臂梁�(shè)�(jì),一端用硬性PCB板夾緊并帶有連接引腳,另一端裝有質(zhì)量塊�

質(zhì)量塊

  �(zhì)量塊使傳感器在受到振�(dòng)�(shí)連貫反應(yīng)。質(zhì)量塊‘保持不�(dòng)�,而薄膜部分發(fā)生形�,從而產(chǎn)生非常高的電壓靈敏度(大�1V/g)。由這�(gè)元件派生出其他生命特征傳感器,例如工作人員或病患佩戴的智能胸卡(�(nèi)置RF遙感�(shè)備)。通過階段性采集佩戴者的信號(hào)來確定其位置和跟蹤其狀�(tài)。傳感器感測(cè)到胸卡被摘下�(shí)�(huì)將胸卡設(shè)置成睡眠狀�(tài);如果傳感器感受到身體任何部位的�(yùn)�(dòng),肌肉的震顫,甚至是脈搏的振�(dòng),會(huì)喚醒胸卡�

圖3

  �3 :呼吸引起的胸腔�(yùn)�(dòng),大�4秒鐘一�(gè)信號(hào)周期;同�(shí)也顯示出心跳的信�(hào),大概每秒一次(60bpm�

圖4

 
     
      �4:將濾波器設(shè)置為1Hz ~ 10Hz濾除�3波形中的呼吸信號(hào)和噪�,以獲得心跳的實(shí)�(shí)信號(hào)

  將傳感器用一條輕薄而有彈性的綁帶固定在胸部,可以‘聽’到心音的細(xì)節(jié)。如果傳感器電氣接口頻率非常�,同�(shí)還可以監(jiān)控呼吸的情況(見�3)。這�(gè)波形圖顯示呼吸引起的胸腔�(yùn)�(dòng),大�4秒鐘一�(gè)信號(hào)周期;同�(shí)也顯示出心跳的信�(hào),大概每秒一次(60bpm�。將濾波器設(shè)置為1Hz ~ 10Hz濾除�3波形中的呼吸信號(hào)和噪�,可以獲得心跳的�(shí)�(shí)信號(hào)(見�4)�

  �4波形中所有的信號(hào)都是在病人休息時(shí)采集�。人體的�(yùn)�(dòng)�(huì)輕易影響心跳的信�(hào),這一�(diǎn)可以通過一�(gè)加速度�(jì)�(yàn)�。應(yīng)用一�(gè)懸臂梁結(jié)�(gòu)的加速度�(jì)(傳感器尺寸1.3 x 3mm)在心臟起搏器上,監(jiān)�(cè)病人的運(yùn)�(dòng)狀�(tài),以相應(yīng)�(diào)整起搏器的速率�

  聽診�

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?yàn)樗陀?,靈敏度高,帶寬范圍�。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�,因?yàn)閭鞲衅餍枰c身體形成‘作用力’。一旦動(dòng)�(tài)的壓力信�(hào)�(zhuǎn)換成電信�(hào),就可以有選擇性的過濾或放�、作為音頻信�(hào)回放、運(yùn)用更�(fù)雜的�(yùn)算方法判斷出具體的狀�、或傳輸?shù)竭h(yuǎn)程基站�(jìn)行�(jìn)一步分析存�(chǔ)��

  傳感器組

  一�(gè)�(fù)合聲傳感器可以同�(shí)�(jiān)控多�(gè)�(diǎn)。Deep Breeze公司用一�(gè)有差不多100�(gè)傳感器的傳感器組采集病人吸氣和呼氣的聲音信息。用真空罩將傳感器貼在皮膚表�。采集到的信�(hào)在加工處理后�(zhuǎn)換成聲音的‘圖像’,因而氣管和肺里的氣流可以像�(dòng)畫片一樣成�。任何異物和不正常現(xiàn)象在這些圖像中都一目了然。這種方式比X光可�,而且安全�

  病床�(jiān)�(hù)

病床監(jiān)護(hù)

  壓電薄膜和壓電電纜都可以安裝在床墊上探測(cè)病人的心�,呼吸和身體�(yùn)�(dòng)。Hoana Medical Inc.的監(jiān)�(hù)床報(bào)警系�(tǒng)在床墊和被單之間安裝了一組傳感器。病人坐或躺在監(jiān)�(hù)床上�(shí),傳感器可以隔著衣服和被單準(zhǔn)確測(cè)量收集患者的生命特征信息。柔性開�(guān)用于采集靜態(tài)信號(hào),病患所有的�(dòng)�(tài)信號(hào)都由壓電薄膜采集并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào),在病床邊上的顯示器顯示。病人的心率和呼吸速率不正�,或病人擅自下床�(shí),系�(tǒng)可以提前�(bào)�。這一切都由傳感器完成,而無需與病人直接接��

  嬰兒呼吸�(jiān)控儀

  Infantrust 公司利用PVDF�(duì)�(yīng)力極端敏感的特性開�(fā)了一款輔助育兒產(chǎn)品Respisense�

Respisense

      把監(jiān)控儀夾在紙尿片貼近嬰兒腰部的位置,監(jiān)控嬰兒心�。Respisense中的壓電薄膜與腹部皮膚直接接�,在�(shè)定的�(shí)間內(nèi)如果沒探�(cè)到嬰兒在活動(dòng),震�(dòng)蜂鳴器將被啟�(dòng),輕輕地?fù)�?dòng)?jì)�?,刺激它呼�。如果在此后的一段時(shí)間內(nèi)嬰兒仍沒有反�(yīng),報(bào)警器將被啟動(dòng)�

  呼吸熱電�(jiān)�(cè)

  PVDF�(duì)溫度的動(dòng)�(tài)變化也相�(dāng)敏感�28μm厚壓電薄膜的典型值是8V/oC)。英�(guó)C-Lect�(yī)療公司開�(fā)了一款監(jiān)控器,用來監(jiān)�(cè)呼吸速率。用面罩將一小塊壓電薄膜元件固定在口鼻處,吸�(jìn)和呼出氣體的溫度變化�(chǎn)生強(qiáng)勁的電信�(hào)。即使吸入的是加熱過的氧�/空氣,測(cè)量結(jié)果仍然十分準(zhǔn)�。PIPPA�(jiān)控器由電池供�,LCD顯示每分鐘的呼吸次數(shù)�

監(jiān)控器

  用壓電薄膜制造的嘴唇接觸式傳感器�(yùn)用了相同的原�,探�(cè)通過嘴或鼻子的氣�。相�(duì)于熱敏電阻來說,壓電薄膜靈敏度高,響�(yīng)速度快,柔軟,并且探�(cè)面積��

  �(jié)�

  從以上應(yīng)用案例看出,壓電薄膜可以替代傳統(tǒng)元件來探�(cè)并傳送生命特征信�(hào)至醫(yī)療監(jiān)�(hù)系統(tǒng)。相信在不久的將�,壓電薄膜會(huì)憑借其諸多�(yōu)�(diǎn),更廣泛的應(yīng)用于治療和監(jiān)�(hù)��

壓電薄膜傳感器相�(guān)技�(shù)資料更多>>

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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