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SDT1-028K压电薄膜用于监测生命特征解决方案

广州工控传感科技有限公司 2023-06-05 17:10 次阅读

大家好,我是【广州工控传感★科技SDT1-028K压电薄膜传感器事业部,张工。

SDT1-028K压电安定器SDT中的“S”表示“屏蔽”。SDT1压电薄膜传感器由连接到塑料外壳的矩形压电薄膜元件和18英寸长的同轴电缆组成。 薄膜元件通过丝网印刷上下两层银浆,然后对折形成自屏蔽工作区。SDT1 可以用双面胶、环氧胶和氰基丙烯酸酯胶(强力胶)贴在其他表面上,必须注意,在取下传感器时,双面胶可能会撕掉薄膜上的金属化层。当以某种方式固定在表面上时,SDT1 可作为接触式麦克风和动态应力计,其输出信号可以直接被示波器(最好是 10MΩ)或信号分析仪拾取。


作为动态应变传感器的SDT1-028K压电薄膜,既可与皮肤直接接触,也可通过中间层进行机械耦合。一些薄膜元件具有很高的灵敏度,足以通过外衣口袋中携带的设备检测人体脉搏。


压电式聚偏二氟乙烯聚合物薄膜(压电薄膜)的膜条经过拉伸后,它将在电极上下表面之间产生一个与延长量成正比的电信号(电荷或电压)。 通常认为压电材料会响应压力,但在使用SDT1-028K压电薄膜的情况下,由于薄膜元件的特殊几何形状,当纵向施加非常小的力时,在薄膜的横截面可产生非常高的应力,而在薄膜表面的较大区域施加相同水平的力则会产生低得多的应力。因此,压电薄膜表现出了针对动态应变的非凡敏感性,通常对于28μm厚的聚偏二氟乙烯,每微应变(ppm 级的长度变化)产生的电压级别为10至15mV。

之所以使用“动态”应变这一说法,是因为由应变变化所产生的电荷会漏入连接到薄膜的电路中,于是实际上检测不到应变的静态状态。如果传感器处于不同程度的预载下,压电薄膜的这种特性可成为一种优势。薄膜仅能识别随时间改变的动态应变,起始的频率响应可低至0.1Hz。SDT1-028K传感器无需外部电力即可正常工作。在电力有限的情况下,这种显然极具吸引力(在一些配置中,它甚至可产生少量电力)。此外,压电薄膜能够承受数亿次弯曲,而且可抗冲击。


直接接触皮肤

利用电压薄膜作为“动态应变计”的特性,可轻易将一个元件直接贴附到皮肤上(例如,手腕内侧)。 SDT1-028K传感器已在一面涂有压敏粘合剂,但是这种粘合剂不具备生物相容性,所以对于短期试验,先在皮肤上固定一张3M的9842 贴片(含有粘合剂涂层的薄型聚氨酯胶带),再在贴片上贴附压电薄膜传感器。图1显示了使用频率下限设为1Hz且灵敏度为1mV/pC的电荷放大器获得的一个脉搏信号。大约130mV 峰峰值的输出对应于大约100mV峰峰值的开路电压,这反过来可以解释为大约 8 με 的动态应变。此信号是手处于静止状态时记录的。弯曲或旋转手腕可以产生幅度高得多的信号,尤其是在前置放大器上选择了较低的频率限值的情况下。例如,图2显示了当反复抓放物体时的传感器响应,可看出开路幅度大约为 3V 或动态应变大约为 250με。

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压电薄膜之所以既能检测极小的物理信号,也能检测大幅运动,原因在于聚偏二氟乙烯薄膜的压电响应在很大一个动态范围(估计高达14个数量级)内都是线性的。 在许多情况下可通过滤波提取更小的信号,前提是目标信号和“噪声”的带宽实现了充分的分离。目前,类似的自粘式传感器已用于在睡眠障碍研究过程中检测胸部、腿部和眼睑的肌肉和皮肤运动。另外,可检测肌肉(例如,拇指和食指之间的肌肉)对故意电刺激的响应,以此作为麻醉效果的指标(称为神经肌肉传递)。

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