常见的压电薄膜传感器的工作原理以及应用场合解析

人类社会的进步离不开社会上各行各业的努力，各种各样的电子产品的更新换代离不开我们的设计者的努力，其实很多人并不会去了解电子产品的组成，比如压电薄膜传感器。

压电薄膜传感器原理

压电薄膜传感器具有独特的特性。作为一种动态应变传感器，非常适用于监测人体皮肤表面或植入人体的生命信号。一些薄膜元件足够灵敏，可以通过夹克检测人体脉搏。工财网将重点介绍几种压电薄膜在生命体征监测中的典型应用。

当你拉伸或弯曲一块压电聚偏氟乙烯PVDF聚合物薄膜(压电薄膜)时，薄膜上下电极表面之间会产生电信号(电荷或电压)，其变形与拉伸相同或弯曲。按比例。一般压电材料对压力敏感，但对于压电薄膜来说，当纵向施加很小的力时，横向会产生很大的应力，如果同样的力作用在大面积的薄膜，它产生的应力会小很多。因此，压电薄膜对动态应力非常敏感。28μm 厚 PVDF 的典型灵敏度为 10~15mV/微应变(长度变化的百万分之一)。

使用术语“动态应力”是因为变形产生的电荷将从连接到薄膜的电路中丢失，因此压电薄膜无法检测静态应力。当需要检测不同水平的预应力时，这就是压电薄膜的优势。薄膜只感觉应力变化量，最低响应频率可达0.1Hz。

压电薄膜传感器的应用

接触式传感器

利用压电薄膜的动态应变片特性，可以方便地将压电薄膜直接固定在人体皮肤上(如手腕内侧)。精良电子-美国MEAS传感器产品型号1001777为通用型传感器，传感器一侧涂有压敏胶。但是，但这款胶未经生物兼容性认证。在短期测试中，可以将3M9842(聚氨酯胶带)固定在皮肤上，然后将压电薄膜传感器粘贴在3M胶带上。

压电薄膜之所以能够检测到非常小的物理信号并感受到大量的活动，是因为PVDF薄膜的压电响应在相当大的动态范围内是线性的(大约14个数量级)。在大多数情况下，只要能够清楚地区分目标信号的带宽和噪声，就可以通过滤波器收集到较小的目标信号。类似的传感器已用于睡眠障碍研究，以检测胸部、腿部、眼部肌肉和皮肤的运动。此外，传感器还可以作为指标(神经肌肉传导)，通过检测肌肉(例如拇指和食指之间的肌肉)对电击的反应来测试麻醉效果。

病床监护

可以在床垫上安装压电薄膜和压电电缆，以检测患者的心跳、呼吸和身体运动。Hoana Medical Inc.的监控床警报系统在床垫和床单之间安装了一组传感器。当患者坐在或躺在监护床上时，传感器可以通过衣服和床单准确测量和收集患者的生命信息。灵活开关用于采集静态信号。 所有病人的动态信号都被压电薄膜采集并转换成相应的电信号，显示在床边的监视器上。当患者心率、呼吸频率异常，或患者擅自下床时，系统可提前报警。所有这一切都由传感器完成，无需与患者直接接触。

呼吸热电监测

PVDF 对温度的动态变化也非常敏感(28μm 厚的压电薄膜的典型值为 8V/oC)。英国C-Lect医疗公司开发了一种监测呼吸频率的监测器。一小片压电薄膜元件用面罩固定在口鼻上，吸入和呼出的空气的温度变化产生强烈的电信号。即使吸入加热的氧气/空气，测量结果仍然非常准确。PIPPA 监护仪由电池供电，LCD显示每分钟呼吸次数。

由压电薄膜制成的唇部接触传感器使用相同的原理来检测通过嘴巴或鼻子的气流。与热敏电阻相比，压电薄膜具有灵敏度高、响应速度快、柔软、检测面积大等优点。本文只能带领大家对压电薄膜传感器有了初步的了解，对大家入门会有一定的帮助，同时需要不断总结，这样才能提高专业技能，也欢迎大家来讨论文章的一些知识点。