SDT1-028K压电薄膜用于监测生命特征解决方案

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。

 

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）。