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傳感器檢測膜：壓電薄膜傳感器
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壓電薄膜傳感器
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壓電薄膜擁有獨(dú)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。本文將著重介紹幾種壓電薄膜在生命特征監(jiān)護(hù)方面的典型應(yīng)用。
中文名
壓電薄膜傳感器
外文名
Piezoelectric thin film sensor
特 點(diǎn)
動態(tài)應(yīng)變
應(yīng) 用
生命信號監(jiān)測
備 注
可以經(jīng)受數(shù)百萬次的彎曲和振動
優(yōu) 點(diǎn)
很薄，質(zhì)輕，柔軟，可以無源工作
目錄
1
工作原理
2
特點(diǎn)
3
應(yīng)用
壓電薄膜傳感器工作原理
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語音
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?yàn)樾巫儺a(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。
壓電薄膜傳感器特點(diǎn)
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語音
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(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)百萬次的彎曲和振動。
壓電薄膜傳感器應(yīng)用
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接觸式傳感器利用壓電薄膜的動態(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。壓電薄膜之所以即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?yàn)镻VDF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(yùn)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(yàn)麻醉效果的指示器（神經(jīng)肌肉傳導(dǎo)）。加速度傳感器Minisense100是精量電子的一款標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，采用懸臂梁設(shè)計，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)量塊使傳感器在受到振動時連貫反應(yīng)。質(zhì)量塊‘保持不動’，而薄膜部分發(fā)生形變，從而產(chǎn)生非常高的電壓靈敏度（大約1V/g）。由這個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（內(nèi)置RF遙感設(shè)備）。通過階段性采集佩戴者的信號來確定其位置和跟蹤其狀態(tài)。傳感器感測到胸卡被摘下時會將胸卡設(shè)置成睡眠狀態(tài);如果傳感器感受到身體任何部位的運(yùn)動，肌肉的震顫，甚至是脈搏的振動，會喚醒胸卡。聽診很多電子聽診器都采用了壓電薄膜作為傳感器元件，因?yàn)樗陀茫`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?yàn)閭鞲衅餍枰c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(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)一步分析存儲等。傳感器組一個復(fù)合聲傳感器可以同時監(jiān)控多個點(diǎn)。DeepBreeze公司用一個有差不多100個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面。采集到的信號在加工處理后轉(zhuǎn)換成聲音的‘圖像’，因而氣管和肺里的氣流可以像動畫片一樣成像。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光可靠，而且安全。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病人的心跳，呼吸和身體運(yùn)動。HoanaMedicalInc.的監(jiān)護(hù)床報警系統(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)護(hù)床上時，傳感器可以隔著衣服和被單準(zhǔn)確測量收集患者的生命特征信息。柔性開關(guān)用于采集靜態(tài)信號，病患所有的動態(tài)信號都由壓電薄膜采集并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，在病床邊上的顯示器顯示。病人的心率和呼吸速率不正常，或病人擅自下床時，系統(tǒng)可以提前報警。這一切都由傳感器完成，而無需與病人直接接觸。嬰兒呼吸監(jiān)控儀Infantrust公司利用PVDF對應(yīng)力極端敏感的特性開發(fā)了一款輔助育兒產(chǎn)品Respisense。把監(jiān)控儀夾在紙尿片貼近嬰兒腰部的位置，監(jiān)控嬰兒心跳。Respisense中的壓電薄膜與腹部皮膚直接接觸，在設(shè)定的時間內(nèi)如果沒探測到嬰兒在活動，震動蜂鳴器將被啟動，輕輕地?fù)軇計雰海碳に粑Ｈ绻诖撕蟮囊欢螘r間內(nèi)嬰兒仍沒有反應(yīng)，報警器將被啟動。呼吸熱電監(jiān)測PVDF對溫度的動態(tài)變化也相當(dāng)敏感（28μm厚壓電薄膜的典型值是8V/oC）。英國C-Lect醫(yī)療公司開發(fā)了一款監(jiān)控器，用來監(jiān)測呼吸速率。用面罩將一小塊壓電薄膜元件固定在口鼻處，吸進(jìn)和呼出氣體的溫度變化產(chǎn)生強(qiáng)勁的電信號。即使吸入的是加熱過的氧氣/空氣，測量結(jié)果仍然十分準(zhǔn)確。PIPPA監(jiān)控器由電池供電，LCD顯示每分鐘的呼吸次數(shù)。用壓電薄膜制造的嘴唇接觸式傳感器運(yùn)用了相同的原理，探測通過嘴或鼻子的氣流。相對于熱敏電阻來說，壓電薄膜靈敏度高，響應(yīng)速度快，柔軟，并且探測面積大。
[1]
詞條圖冊
更多圖冊
參考資料
1.
壓電薄膜傳感器應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)測
．中國移動物聯(lián)網(wǎng)[引用日期2013-04-23]
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膜傳感器
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膜傳感器是指將外界的某種物理量或化學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為點(diǎn)信號進(jìn)行檢測的儀器或裝置，
中文名
膜傳感器
功 能
將外界的物理量變化轉(zhuǎn)換為點(diǎn)信號
屬 性
儀器或裝置
分 類
物理，化學(xué)，生物
目錄
1
原理
2
分類
3
化學(xué)傳感器
4
根據(jù)檢測對象的不同來分
膜傳感器原理
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語音
對比于人的感覺器官，膜傳感器大體對應(yīng)于人的四肢的觸覺和五官對外物的感覺器官，但并不是單純的人器官的模擬，還能感受人的器官不能感受的某些物質(zhì)，如H2、CO。膜傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件，顯示儀表等組成。
膜傳感器分類
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語音
根據(jù)敏感元件所感應(yīng)的信號不同來分：①物理傳感器：以溫度、電、光、磁等物理量為檢測對象②化學(xué)傳感器：以pH、物質(zhì)濃度等物理量為檢測對象③生物傳感器：以固定化的配體如酶、激素、抗原、氨基酸、活性染料、金屬離子等物理量為檢測對象
膜傳感器化學(xué)傳感器
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語音
對各種化學(xué)物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行檢測的儀器。對比于人的感覺器官，化學(xué)傳感器大體對應(yīng)于人的嗅覺和味覺器官。
膜傳感器根據(jù)檢測對象的不同來分
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語音
①氣體傳感器：傳感元件多為氧化物半導(dǎo)體，有時在其中加入微量貴金屬作增敏劑，增加對氣體的活化作用。對于電子給予性的還原性氣體如氫、一氧化碳、烴等，用N型半導(dǎo)體，對接受電子性的氧化性氣體如氧，用P型半導(dǎo)體。將半導(dǎo)體以膜狀固定于絕緣基片或多孔燒結(jié)體上做成傳感元件。氣體傳感器又分為半導(dǎo)體氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、晶體振蕩式氣體傳感器和電化學(xué)式氣體傳感器。②溫度傳感器：測定氣氛中水氣含量的傳感器，又分為電解質(zhì)式、高分子式、陶瓷式和半導(dǎo)體式濕度傳感器③離子傳感器：對離子具有選擇響應(yīng)的離子選擇性電極。它基于對離子選擇性響應(yīng)的膜產(chǎn)生的膜電位。離子傳感器的感應(yīng)膜有玻璃膜、溶有活性物質(zhì)的液體膜及高分子膜，使用較多是聚氯乙烯膜。④生物傳感器：對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行檢測的儀器。生物傳感器的優(yōu)點(diǎn)是對生物物質(zhì)具有分子結(jié)構(gòu)的選擇功能。
傳感器檢測膜：薄膜檢測光學(xué)傳感器
51
）
Int.CI?
權(quán)利要求說明書
說明書
幅圖
（
54
）發(fā)明名稱
?
薄膜檢測光學(xué)傳感器
（
57
）摘要
?
本發(fā)明公開了一種光學(xué)傳感器。該光
學(xué)傳感器主要由泵浦二極管激光器、斬波
器、分光棱鏡組成，其中，第一泵浦二極管
激光器
(1)
和第二泵浦二極管激光器
(2)
輸出
不同頻率的兩束激光，通過斬波器
(3)
的調(diào)制
輸出一束激光，這一束激光通過分光棱鏡
(4)
照射到二元光柵分束器
(5)
上形成二維光束陣
列，經(jīng)薄膜樣品
(6)
反射在
CCD
焦平面
(7)
上
成像，顯示出反射光束陣列的光點(diǎn)位置分布
信息和每個點(diǎn)光強(qiáng)的變化信息，通過計算該
光強(qiáng)的變化信息得出薄膜生長率，利用光束
傳感器檢測膜：超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)在線薄膜厚度的檢測技術(shù)應(yīng)用
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30次閱讀空調(diào)傳感器的工作原理_空調(diào)傳感器的作用空調(diào)傳感器也被叫做是溫度傳感器，在空調(diào)中的主要的作用就是用來探測空調(diào)各個部分的溫度的，空調(diào)傳感器在空....發(fā)表于 2020-05-29 09:07?
79次閱讀靜電干擾在編碼器中起到的重要影響-濟(jì)南星峰編碼器靜電干擾在編碼器中起到的重要影響-濟(jì)南星峰編碼器靜電干擾，靜電是指不流動的電荷或電位差，兩個介質(zhì)之間有不同的電荷...發(fā)表于 2020-05-28 17:34?
286次閱讀DC2080A帶傳感器的能量收集多源演示板
DC2080A，帶傳感器的能量收集（EH）多源演示板。它能夠接受壓電，太陽能，4mA至20mA回路，熱動力能源或任何...發(fā)表于 2020-05-28 13:24?
115次閱讀余壓探測器現(xiàn)場安裝方法下面以余壓探測器CS-Y03C為例，為大家講解消防余壓探測器安裝高度等問題。 一、先認(rèn)識余壓探測器C....發(fā)表于 2020-05-27 17:07?
151次閱讀BOSCH汽車電氣與電子 [（德）萊夫 主編] 2014年版
《BOSCH汽車電氣與電子（中文第2版 德文第6版）》由最新的德文第六版《汽車電氣與電子》翻譯而來。全書內(nèi)容涉及...發(fā)表于 2020-05-27 14:51?
128次閱讀大數(shù)據(jù)如何改變制造業(yè)大數(shù)據(jù)指的是要用數(shù)據(jù)庫管理工具處理的龐大和復(fù)雜的數(shù)據(jù)集或處理應(yīng)用的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)包括了：數(shù)據(jù)....發(fā)表于 2020-05-27 11:02?
99次閱讀ST最新飛行時間傳感器，擁有更高的測距準(zhǔn)確度出貨量逾10億的飛行時間(ToF)解決方案全球領(lǐng)導(dǎo)者意法半導(dǎo)體，推出采用直方圖算法專利的新產(chǎn)品VL5....發(fā)表于 2020-05-27 09:44?
305次閱讀美的電磁爐傳感器怎么樣我們現(xiàn)在在進(jìn)行家用電器的選購的時候，電磁爐是我們家家戶戶都需要進(jìn)行選購的一種電器。我們在選購電磁爐的....發(fā)表于 2020-05-27 09:29?
82次閱讀TDK InvenSense ICM--P 6軸運(yùn)動跟蹤IMU該運(yùn)動傳感器提供近距離傳感，覆蓋基于計算機(jī)視覺 (CV) 或LIDAR的解決方案的盲區(qū)，適用于機(jī)器人和無人機(jī)
TD...發(fā)表于 2020-05-23 00:45?
179次閱讀華秋與阿爾卑斯達(dá)成戰(zhàn)略合作
圖：華秋&阿爾卑斯簽約現(xiàn)場左：阿爾卑斯（中國）華南區(qū)總經(jīng)理 吉行仁志右：華秋商城總經(jīng)理 江良華
2020年5月20日，...發(fā)表于 2020-05-22 18:14?
339次閱讀用于ST10F276 MCU的三相交流感應(yīng)電機(jī)電源板的傳感器磁場定向控制
用于ST10F276 MCU的三相交流感應(yīng)電機(jī)電源板的傳感器磁場定向控制。每個半橋由高壓集成電路L6386驅(qū)動。它能...發(fā)表于 2020-05-22 14:49?
180次閱讀MEMS麥克風(fēng)傳感器參考設(shè)計的錄音機(jī)
具有MEMS麥克風(fēng)傳感器參考設(shè)計的錄音機(jī)。該參考設(shè)計演示了基于SAMG53微控制器和兩個數(shù)字MEMS麥克風(fēng)傳...發(fā)表于 2020-05-20 14:45?
155次閱讀汽車電子——新興技術(shù)大展拳腳汽車電子技術(shù)發(fā)展成了啥樣?要怎么玩兒轉(zhuǎn)它?從先進(jìn)的傳感器到人工智能，汽車正在快速成為最新的電子技術(shù)與產(chǎn)品的樂園…...發(fā)表于 2020-05-20 07:32?
328次閱讀汽車上的傳感器有哪些現(xiàn)在的汽車越來越智能化，汽車上的很多功能都由電腦來控制完成，比如說發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、變速箱系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、...發(fā)表于 2020-05-20 06:41?
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