SDT1-028K壓電薄膜用于監(jiān)測(cè)生命特征解決方案

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】SDT1-028K壓電薄膜傳感器事業(yè)部，張工。

SDT1-028K壓電安定器SDT中的“S”表示“屏蔽”。SDT1壓電薄膜傳感器由連接到塑料外殼的矩形壓電薄膜元件和18英寸長(zhǎng)的同軸電纜組成。 薄膜元件通過(guò)絲網(wǎng)印刷上下兩層銀漿，然后對(duì)折形成自屏蔽工作區(qū)。SDT1 可以用雙面膠、環(huán)氧膠和氰基丙烯酸酯膠（強(qiáng)力膠）貼在其他表面上，必須注意，在取下傳感器時(shí)，雙面膠可能會(huì)撕掉薄膜上的金屬化層。當(dāng)以某種方式固定在表面上時(shí)，SDT1 可作為接觸式麥克風(fēng)和動(dòng)態(tài)應(yīng)力計(jì)，其輸出信號(hào)可以直接被示波器（最好是 10MΩ）或信號(hào)分析儀拾取。

作為動(dòng)態(tài)應(yīng)變傳感器的SDT1-028K壓電薄膜，既可與皮膚直接接觸，也可通過(guò)中間層進(jìn)行機(jī)械耦合。一些薄膜元件具有很高的靈敏度，足以通過(guò)外衣口袋中攜帶的設(shè)備檢測(cè)人體脈搏。

壓電式聚偏二氟乙烯聚合物薄膜（壓電薄膜）的膜條經(jīng)過(guò)拉伸后，它將在電極上下表面之間產(chǎn)生一個(gè)與延長(zhǎng)量成正比的電信號(hào)（電荷或電壓）。 通常認(rèn)為壓電材料會(huì)響應(yīng)壓力，但在使用SDT1-028K壓電薄膜的情況下，由于薄膜元件的特殊幾何形狀，當(dāng)縱向施加非常小的力時(shí)，在薄膜的橫截面可產(chǎn)生非常高的應(yīng)力，而在薄膜表面的較大區(qū)域施加相同水平的力則會(huì)產(chǎn)生低得多的應(yīng)力。因此，壓電薄膜表現(xiàn)出了針對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)變的非凡敏感性，通常對(duì)于28μm厚的聚偏二氟乙烯，每微應(yīng)變（ppm 級(jí)的長(zhǎng)度變化）產(chǎn)生的電壓級(jí)別為10至15mV。

之所以使用“動(dòng)態(tài)”應(yīng)變這一說(shuō)法，是因?yàn)橛蓱?yīng)變變化所產(chǎn)生的電荷會(huì)漏入連接到薄膜的電路中，于是實(shí)際上檢測(cè)不到應(yīng)變的靜態(tài)狀態(tài)。如果傳感器處于不同程度的預(yù)載下，壓電薄膜的這種特性可成為一種優(yōu)勢(shì)。薄膜僅能識(shí)別隨時(shí)間改變的動(dòng)態(tài)應(yīng)變，起始的頻率響應(yīng)可低至0.1Hz。SDT1-028K傳感器無(wú)需外部電力即可正常工作。在電力有限的情況下，這種顯然極具吸引力（在一些配置中，它甚至可產(chǎn)生少量電力）。此外，壓電薄膜能夠承受數(shù)億次彎曲，而且可抗沖擊。

直接接觸皮膚

利用電壓薄膜作為“動(dòng)態(tài)應(yīng)變計(jì)”的特性，可輕易將一個(gè)元件直接貼附到皮膚上（例如，手腕內(nèi)側(cè)）。 SDT1-028K傳感器已在一面涂有壓敏粘合劑，但是這種粘合劑不具備生物相容性，所以對(duì)于短期試驗(yàn)，先在皮膚上固定一張3M的9842 貼片（含有粘合劑涂層的薄型聚氨酯膠帶），再在貼片上貼附壓電薄膜傳感器。圖1顯示了使用頻率下限設(shè)為1Hz且靈敏度為1mV/pC的電荷放大器獲得的一個(gè)脈搏信號(hào)。大約130mV 峰峰值的輸出對(duì)應(yīng)于大約100mV峰峰值的開路電壓，這反過(guò)來(lái)可以解釋為大約 8 με 的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。此信號(hào)是手處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)記錄的。彎曲或旋轉(zhuǎn)手腕可以產(chǎn)生幅度高得多的信號(hào)，尤其是在前置放大器上選擇了較低的頻率限值的情況下。例如，圖2顯示了當(dāng)反復(fù)抓放物體時(shí)的傳感器響應(yīng)，可看出開路幅度大約為 3V 或動(dòng)態(tài)應(yīng)變大約為 250με。

壓電薄膜之所以既能檢測(cè)極小的物理信號(hào)，也能檢測(cè)大幅運(yùn)動(dòng)，原因在于聚偏二氟乙烯薄膜的壓電響應(yīng)在很大一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍（估計(jì)高達(dá)14個(gè)數(shù)量級(jí)）內(nèi)都是線性的。 在許多情況下可通過(guò)濾波提取更小的信號(hào)，前提是目標(biāo)信號(hào)和“噪聲”的帶寬實(shí)現(xiàn)了充分的分離。目前，類似的自粘式傳感器已用于在睡眠障礙研究過(guò)程中檢測(cè)胸部、腿部和眼瞼的肌肉和皮膚運(yùn)動(dòng)。另外，可檢測(cè)肌肉（例如，拇指和食指之間的肌肉）對(duì)故意電刺激的響應(yīng)，以此作為麻醉效果的指標(biāo)（稱為神經(jīng)肌肉傳遞）。