LDTO-028K振动薄膜传感器的原理与应用

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

当LDTO-028K压电薄膜偏离机械自然轴时，弯曲可在压电聚合物中产生高应力，从而生成高电压输出。当直接作用于传感器而使其变形时，LDTO-028K就可以作为一个柔性开关，所产生的输出足以直接触发MOSFET和CMOS电路。如果元件由引出端支撑并自由振动（借助夹具/自由梁惯性产生弯曲应力），该元件就可以作为加速度计或者振动传感器。增加质量块或者改变元件的自由长度都会影响传感器的谐振频率和灵敏度，以适合特殊应用。将质量块偏离轴线可以得到多轴响应。LDTO-028K采用悬臂梁结构，一端由端子引出信号，一端固定质量块，是一款能在低频下产生高灵敏度的振动传感器。

 

LDTO-028K薄膜振动传感器是一种标准部件，采用了负重的悬臂设计且其夹具有刚性 PCB材料，并允许安装连接插针。附加的质量块使传感器能够在加速度的影响下做出惯性响应。薄膜元件在质量块静止时弯曲，从而使得电压灵敏度极高（约1V/g）。此部件的一种变体可在工作人员或患者佩戴“智能徽章”（配备射频遥感）时检测其生命特征，并允许发送周期性信号以便于跟踪或定位。当LDTO-028K传感器检测到徽章已从人体上取下时，徽章将进入睡眠模式，而肌肉震颤、剧烈身体动作甚至脉搏的跳动都会使徽章保持“唤醒”。

 

使用轻薄的弹力带将这种标准传感器紧靠在胸部时，传感器可揭示心脏的“声音”细节。通过在电子接口上选择一个非常低的频率限值，还可看到呼吸频率（图 3）。在该波形中，胸壁运动表现为大约四秒周期的缓慢周期信号，而单次心跳可看出约为 1/s (60 bpm)。为了消除呼吸信号并去除某些噪声，可在1Hz（下限）和10Hz（上限）位置应用滤波器来获得实时信号（图 4）。注意图4波形中的曲线均源自处于休息状态的患者。当然，使用加速度传感器的情况下，身体运动很容易影响心跳信号。事实上，这种悬臂梁加速度传感器的一种微型版本在心脏起搏器内用于检测患者的身体活动水平，以便能够相应地调节起搏频率。

应用

得益于LDTO-028K压电薄膜的坚固性、灵敏度和宽带宽，多种电子听诊器已采用压电薄膜作为有源传感元件。在此情况下，必须用一些“反作用力”使传感元件紧靠身体，这种元件通常像直接声学听诊器那样使用常规的巨大钟形结构设计。一旦动态压力信号转换成电信号，便可对信息内容进行以下处理：通过选择性滤波或放大进行增强、作为音频信号回放、使用更复杂的算法进行分析以检测特定情况、通过数据链路传输到远程基站以进行进一步的分析和存储，等等。使用紧凑的声敏传感器意味着可同时监测多个点。

 

使用紧凑的声敏传感器意味着可同时监测多个点。
 

在直接身体接触的基础上进一步发展，目前已在床垫中采用压电薄膜和压电电缆来检测患者的心跳、呼吸和身体运动。通过将传感器阵列集成到床垫外罩中，可以在患者躺在或坐在这些收集装置上时被动地监测患者信息，即使透过衣服、病服或床单也能提供精确的测量结果。柔性开关将检测到离床状态，而电压电薄膜元件会将患者的所有动态生命特征转换为相应的电信号，这些电信号可显示在带有报警逻辑的床头装置上。该系统可预警心脏或呼吸频率异常以及患者擅自离床情况，所有这些功能均无需直接接触患者。

 

结论

正如上述各种应用中所显示的，压电薄膜可很好地替代更传统的电子元件来将生命体征数据传输到监测系统。