压电薄膜传感器及其在心脏监测中的应用

华中科技大学硕士学位论文摘要PVDF（Polyvinylidene fluoride，聚偏氟乙烯）压电薄膜作为一种新型高分子压电材料，由其制成的传感器具有灵敏度高、频带宽、声阻抗低、电压输出高和可加工成特定形状等优点，被广泛用于各个领域。

本文对镀银PVDF压电薄膜的基本力学性能，不同温度场下的振动特性和不同厚度薄膜的压电效应进行了实验研究与分析，具体研究内容及结论如下：首先，选用了厚度分别为40μm、64μm和122μm（上下表面镀银层均为6μm）的PVDF压电薄膜，利用纤维拉伸试验机对其平行分子链方向（1方向）和垂直分子链方向（2方向）分别进行拉伸力学性能测试，获得了相应的应力-应变曲线。

试验结果表明：在弹性阶段，两个方向的力学性能较为接近，但进入塑性阶段，两个方向的力学性能差异明显，表现出强烈的各向异性。

其次，制作了厚度分别为40μm、64μm和122μm的PVDF悬臂梁试样，利用非接触式振动测试系统，测试了其在不同温度场下的振动特性，并获得了其一阶固有频率。

实验结果表明：PVDF悬臂梁的一阶固有频率随着温度增加而减小，在初始升温阶段，频率值下降较为缓慢，而当温度升高到一定值时，频率值下降较快，同时，PVDF压电薄膜厚度越小，其固有频率受温度影响越大。

最后，基于非接触式振动测试系统，对PVDF压电薄膜的压电效应进行了实验研究。

三种不同厚度PVDF悬臂板压电效应实验结果表明：电压-频率曲线与幅频响应曲线具有很好的一致性，且输出电压峰值对应的激励频率与PVDF悬臂板共振频率一致，表明PVDF压电传感器输出电压与输入应变具有很好的线性关系，适宜于应变测量，且厚度较小的PVDF压电薄膜灵敏度较高。

本文对PVDF压电薄膜的基本性能进行了实验研究与分析，为PVDF压电传感器的设计与优化提供基础数据支撑，具有重要的工程应用价值。

关键词：PVDF压电薄膜；拉伸力学性能；振动特性；压电效应华中科技大学硕士学位论文AbstractAs a novel piezoelectric polymer material, the sensors made of PVDF(polyvinylidene fluoride) piezoelectric film have the advantages of high sensitivity, wide frequency band, low acoustic impedance, high voltage output, and can be processed into specific shapes,which are widely applied in various fields. In this paper, the basic mechanical properties, the vibration characteristics under different temperature fields, and the piezoelectric effect of silver-coated PVDF piezoelectric films were studied experimentally and analyzed. The specific research contents and conclusions are as follows: First, the PVDF piezoelectric films with different thickness of 40 μm, 64 μm, and 122 μm (the thickness of coated silver on the upper and lower surfaces is 6μm) were prepared. The tensile samples of PVDF piezoelectric film were tested in two directions using a fiber tensile tester,i.e.,parallel (1 direction) and perpendicular (2 direction) to the molecular chains, and the corresponding stress-strain curves were obtained. The experimental results show that: in the elastic stage, the mechanical properties of the two directions are practically identical,however ,in the plastic stage, the mechanical properties of the two directions are significantly different, showing a strong anisotropy.Next, PVDF cantilever specimens with thicknesses of 40μm, 64μm and 122μm were prepared respectively. The non-contact vibration test system was used to test the vibration characteristics of the PVDF cantilever beam under different temperature fields, and its first-order natural frequency was obtained. The experimental results show that the first-order natural frequency of the PVDF cantilever beam decreases with increasing temperature. In the initial heating stage, the frequency decreases more slowly, and when the temperature rises to a certain degree, it declines rapidly.Besides ,the smaller the PVDF film thickness is, the greater its natural frequency is affected by the temperature.Finally, based on the non-contact vibration test system, the piezoelectric effect of PVDF was investigated experimentally. The experimental results of three different thickness PVDF cantilever plates show that the voltage-frequency curve is in good agreement with the amplitude-frequency response curve, and the excitation frequency corresponding to the peak output voltage is consistent with the resonance frequency of the华中科技大学硕士学位论文PVDF cantilever plate, indicating the sensor’s output voltage has a good linear relationship with the input strain and is suitable for strain measurement. In the same time ,the sensor made of smaller thickness has higher sensitivity.In this paper, the basic properties of PVDF piezoelectric films were experimentally researched and analyzed,which provides the basic data reference for the design and optimization of PVDF piezoelectric sensors and has much significance in engineering application.Keywords: PVDF piezoelectric films; Tensile mechanical properties; Vibration characteristics; Piezoelectric effect.华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)1绪论 (1)1.1研究背景和意义 (1)1.2PVDF压电薄膜基本特性 (2)1.3PVDF传感器在不同应用领域国内外研究现状 (5)1.4本文主要研究内容及安排 (13)2PVDF压电薄膜力学性能实验研究 (15)2.1PVDF压电薄膜表面形貌表征 (15)2.2PVDF压电薄膜拉伸力学性能 (16)2.3实验结果及分析 (18)2.4本章小结 (22)3不同温度场下PVDF悬臂梁振动特性实验研究 (23)3.1悬臂梁固有频率 (23)3.2PVDF悬臂梁振动测试实验 (24)3.3实验结果与讨论 (27)3.4本章小结 (33)4PVDF悬臂板压电效应实验研究 (34)4.1PVDF压电传感器信号调理电路 (34)4.2PVDF悬臂板压电效应实验 (37)华中科技大学硕士学位论文4.3实验结果与分析 (40)4.4本章小结 (46)5总结与展望 (47)5.1总结 (47)5.2展望 (48)致谢 (49)参考文献 (51)华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 研究背景和意义在日常生产活动中，结构的振动是一个很普遍的问题。

压电薄膜的应⽤压电薄膜的应⽤与研究进展1. 压电传感器的原理压电传感器是利⽤某些电介质受⼒后产⽣的压电效应制成的传感器。

所谓压电效应是指某些电介质在受到某⼀⽅向的外⼒作⽤⽽发⽣形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表⾯产⽣电荷的现象。

压电材料可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。

2. 压电薄膜传感器20世纪60年代，美国科学家发现在鲸鱼的⾻和腱内，存在着微弱的压电效应，于是开始了对其它有可能具有压电效应的有机材料的研究⼯作。

1969年Kawai（凯沃）发现在极化的含氟聚合物聚偏氟⼄烯（PVDF）中有很⾼的压电能⼒，其它材料如尼龙和PVC也都具有压电效应，但没有⼀种能像PVDF及其共聚物⼀样呈现出那么⾼的压电效应。

2.1 压电薄膜传感器的特点PVDF压电薄膜通常很薄，不但柔软、密度低、灵敏度极好，⽽且还具有很强的机械韧性，其柔顺性⽐压电陶瓷⾼出10倍。

可以说是⼀种柔性、质轻、韧度⾼的塑料膜，可制成较⼤⾯积和多种厚度。

它可以直接贴附在机件表⾯，⽽不会影响机件的机械运动，⾮常适⽤于需要⼤带宽和⾼灵敏度的应变传递。

作为⼀种执⾏器件，聚合物很低的声阻抗，使其可以有效的向空⽓和其它⽓体中传送能量。

2.2 压电薄膜的压电效应和特性参数共聚物聚偏氟⼄烯（PVDF）是⼀种经特殊加⼯后能将动能转化成电能的聚合体材料，具有很⾼的压电性能。

应⽤此种压电材料制成的传感器，当受到机械冲击或振动时，压电材料原⼦层的偶极⼦（氢—氟偶对）的排列顺序被打乱，并试图使其恢复原来的状态，这个偶极⼦被打乱的结果就是⼀个电⼦流的形成⽽产⽣电荷，这就是PVDF的压电效应。

此压电效应是可逆的，它可以把机械能转换为电能，也可以把电能转换为机械能。

即当有外载荷施加到传感器上时，就会产⽣电荷（电压），⽽当卸去外载荷时，就会产⽣⼀个极性相反的信号。

它产⽣的电压可以相当⾼，但传感器产⽣的电流却⽐较⼩。

传感器作动器图1 压电效应原理图如图1所⽰，像“海绵挤⽔”⼀样，当压电薄膜受到压⼒的作⽤时，其厚度发⽣变化，并随之产⽣了相应的电荷，这些电荷在薄膜的上下电极上积聚，从⽽产⽣了与作⽤⼒⼤⼩相对应的电荷；相反，当给压电薄膜接通变化的电压信号，会使得薄膜的上下运动或振动，从⽽产⽣作动⼒或声⾳。

基于柔性压电薄膜的可穿戴脉搏传感器设计目录1. 内容综述 (2)1.1 研究背景及意义 (3)1.2 现有脉搏监测技术现状及不足 (4)1.3 本文研究目标及创新点 (5)2. 基于柔性压电薄膜的脉搏传感器工作原理 (6)2.1 压电材料的特性及应用 (7)2.2 传感器结构设计 (9)2.2.1 传感器组成部分 (10)2.2.2 柔性压电薄膜的特性与选择 (12)2.2.3 信号采集和处理电路设计 (13)2.3 脉搏信号获取及分析 (15)3. 材料及器件 (16)3.1 主流柔性压电薄膜材料研究 (17)3.2 器件加工工艺 (18)4. 实验设计与结果分析 (19)4.1 实验平台搭建 (21)4.2 传感器性能测试及分析 (22)4.3 压力感知特性研究 (24)4.3.1 传感器响应曲线 (25)4.3.2 传感器线性度分析 (27)4.4 脉搏信号采集与分析 (29)4.4.1 实验数据采集 (31)4.4.2 脉搏信号处理与提取 (31)4.4.3 信号分析与结果展示 (33)5. 讨论与结论 (34)5.1 研究成果总结和分析 (36)5.2 存在问题及未来展望 (37)1. 内容综述随着物联网与智能穿戴技术的不断进步，健康监测与远程医疗系统的发展需求日益显现。

在这个背景下，基于柔性压电薄膜的可穿戴脉搏传感器设计成为了研究热点。

该设计旨在实现实时、连续、非侵入式的生理信号监测，特别是针对心血管健康的监测。

该设计以人体脉搏信号的精准检测为目标，结合了柔性压电薄膜技术与现代传感技术，为用户提供一种舒适且可靠的新型穿戴监测方式。

柔性压电薄膜作为一种新兴材料，具有灵敏度高、响应速度快、可弯曲等特点，适用于可穿戴设备的制造。

基于柔性压电薄膜的可穿戴脉搏传感器不仅可用于医疗领域的心率失常预警、心血管疾病诊断，还可在运动健身领域用于运动效果评估和运动损伤预防等方面。

其设计理念的革新性在于将传统的医疗检测手段与现代可穿戴技术相结合，为用户提供个性化的健康监测服务。

压电薄膜传感器与生命体征监测——尹思源一、特点压电薄膜拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。

一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。

本文将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。

当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF 高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。

一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多。

因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF 的灵敏度典型值为10 ~ 15mV /微应变（长度的百万分率变化）。

如图：压电薄膜很薄，质轻，非常柔软，可以无源工作，因此可以广泛应用于医用传感器，尤其是需要探测细微的信号时。

显然，该材料的特点在供电受限的情况下尤为突出（在某些结构中，甚至还可以产生少量的能量）。

而且压电薄膜极其耐用，可以经受数百万次的弯曲和振动。

二、应用1. 接触式传感器利用压电薄膜的动态应变片特性，可以轻松的将压电薄膜直接固定在人体皮肤上（例如手腕内侧）。

精量电子—美国MEAS传感器的产品型号是一款通用传感器，传感器的一侧涂有压力敏感胶。

但这款胶未经生物兼容性认证，在短期试验中可以将3M9842（聚亚安酯胶带）固定在皮肤上，再将压电薄膜传感器粘贴在3M 胶带上。

图2显示出重复握紧和松开物体时压电薄膜传感器的反应，输出振幅为3V左右（开路），或大约250με的动态应力。

压电薄膜之所以既能探测非常微小的物理信号又能感受到大幅度的活动，是因为PVDF膜的压电响应在相当大的动态范围内都是线性的（大约14个数量级）。

多数情况下，只要能明显区分目标信号和噪声的带宽，细小的目标信号都可以通过过滤器采集到。

类似的传感器已在睡眠紊乱研究中用于探测胸部、腿部、眼部肌肉和皮肤的运动。

薄膜传感器的原理及应用1. 薄膜传感器的概述薄膜传感器是一种基于薄膜材料的传感器，利用薄膜材料的特性来测量和检测各种物理量。

薄膜传感器具有小巧轻便、灵敏度高、可靠性好等优点，已被广泛应用于工业自动化、生物医学、环境监测等领域。

2. 薄膜传感器的工作原理薄膜传感器的工作原理基于薄膜材料在外部作用下的物理和化学变化。

常见的薄膜材料包括聚合物薄膜、金属薄膜和半导体薄膜等。

2.1 聚合物薄膜传感器聚合物薄膜传感器的工作原理是利用聚合物材料在吸附物质后的体积或电学性质的变化来测量和检测物质的浓度、压力等物理量。

当目标物质接触到聚合物薄膜时，聚合物膨胀或溶解，并产生相应的电信号。

2.2 金属薄膜传感器金属薄膜传感器的工作原理是利用金属膜的电阻、电容或感应变化来检测外部物理量。

当外部物理量作用在金属薄膜上时，金属膜的电学性质会发生变化，从而产生相应的电信号。

2.3 半导体薄膜传感器半导体薄膜传感器的工作原理是基于半导体薄膜材料在外界作用下的电学性质变化。

半导体薄膜传感器通常由一层或多层半导体薄膜组成，当目标物质接触到薄膜表面时，薄膜的电阻或电容会发生变化，从而产生相应的电信号。

3. 薄膜传感器的应用领域薄膜传感器具有广泛的应用领域，以下列举了几个典型的应用领域：•工业自动化：薄膜传感器可用于测量温度、压力、流量等工业过程中的物理量，用于控制和监测生产过程。

•生物医学：薄膜传感器可用于测量生物体内的体温、血压、心率等生理参数，用于医学监测和诊断。

•环境监测：薄膜传感器可用于检测大气中的污染物浓度、土壤中的湿度、水质中的PH值等环境参数，用于环境监测和保护。

•智能穿戴设备：薄膜传感器可用于智能手表、智能眼镜等设备中，用于检测人体姿态、运动状态等信息。

•汽车工业：薄膜传感器可用于汽车中的空气质量监测、胎压监测等应用，提高汽车驾驶的安全性和舒适性。

4. 薄膜传感器的发展趋势随着科技的不断进步和应用领域的扩展，薄膜传感器也在不断发展和创新。

压电薄膜传感器工作原理以及应用压电薄膜拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。

一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。

本文将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。

工作原理当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。

一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多。

因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10~15mV/微应变（长度的百万分率变化）。

使用‘动态应力’这个术语是因为形变产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失，所以压电薄膜并不能探测静态应力。

当需要探测不同水平的预应力时，这反而成为压电薄膜的优势所在。

薄膜只感受到应力的变化量，最低响应频率可达0.1Hz。

压电薄膜传感器简介压电薄膜传感器拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。

一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。

工采网将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。

压电薄膜传感器工作原理当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。

一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多。

因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10~15mV/微应变（长度的百万分率变化）。

使用‘动态应力’这个术语是因为形变产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失，所以压电薄膜并不能探测静态应力。

PVDF超声检测传感器的原理与应用作者：陈乐利谈佩芸卢婉钰段旭斌周进威来源：《商情》2017年第44期[摘要]本文介绍了聚偏二氟乙烯（PVDF）压电薄膜材料的优缺点、传感机理、制备方法及其应用。

基于有限元方法研究PVDF圆膜并分析影响其声学性能的因素，设计偏聚氟乙烯梳状传感器，探讨其在薄钢板检测超声导波的性能。

[关键词]PVDF 压电薄膜材料梳状传感器一、引言目前，国内在激光超声波检测方面大多局限于声场理论的探讨，需要新的检测技术来测量高频超声波，如阵列传感接收装置。

阵列检测不仅能同时检测多个不同位置点，而且能够产生检测对象的图像。

阵列检测技术既能提高检测质量又能减少检测时间。

PVDF是一种半结晶性聚合物，由CF2CH2长链分子构成，广泛应用于航空航天、铁路、石油化工等现代工业领域。

新型PVDF材料具有良好的力学与压电性能，适用于制作声波的接收器件，开发新型PVDF阵列的超声波接收传感器件具有下列优势：①成本比相控阵检测技术要低;②可用于测量薄膜材料的力学参数;③通过成像技术能够得到薄膜材料亚表面特征和多个力学参数。

本文对PVDF 压电薄膜材料的优缺点及传感机理等进行概述，研究PVDF圆膜及其影响因素，并设计梳状传感器，探讨其超声检测性能。

二、PVDF压电薄膜（--）PVDF压电薄膜的优缺点PVDF材料压电应变常数低，机电耦合系数较小，压电电压常数高，具有极高灵敏度;PVDF薄膜厚度极薄，可紧贴于物体表面，几乎不影响被粘物体结构;介电强度高，电场耐受力强，在强电场下仍可保持原有性能;声阻抗低，可有效防止声波信号失真;材质软，易加工，可制成大面积阵列传感器和各种不规则形状传感器;热电性强，可制成火灾报警器、防盗报警器、非接触温度计等。

此外，PVDF薄膜还具有频响宽、热稳定性好等优点。

（二）PVDF压电薄膜的传感机理PVDF压电薄膜受力形变产生极化电荷，极化电荷的大小与分布与物体形变密切相关。

在零外电场情况下，PVDF压电薄膜的输出信号是它在各方向的应变总响应，强度较弱，须经运算放大器放大后，才可进行后续处理。

压电陶瓷脉搏传感器的特性及应用
压电陶瓷脉搏传感器通常由压电陶瓷薄膜、底板、导电极和线缆组成。

其特性包括高精度、灵敏度高、频率响应范围广、等效电路简单等优点。

因此在医疗和健康管理行业等多种领域得到了广泛的应用。

一、工作原理
对于压电陶瓷膜，在外力作用下，其会产生应变，同时也会产生电荷，其产生电荷的现象被称为压电效应。

利用压电陶瓷膜的这个特性，就可以将外力转换为电信号。

压电陶瓷脉搏传感器就是利用压电效应的原理制成的一种传感器。

二、特点
1.高精度：压电陶瓷薄膜的本身具有高精度的特性，因此压电陶瓷脉搏传感器也表现出高精度的特点，其测量的结果能够准确地反映人体的脉搏情况。

2.灵敏度高：压电陶瓷脉搏传感器对于微小的物理变化具有很高的灵敏度，能够准确地检测到人体的脉搏变化。

3.频率响应范围广：压电陶瓷脉搏传感器能够在较宽的频率范围内进行捕捉，能够适应不同频率的人体脉搏变化。

4.等效电路简单：压电陶瓷脉搏传感器的等效电路非常简单，能够方便地接入到数据采集系统中。

三、应用
压电陶瓷脉搏传感器可以应用于多个领域，如医疗行业、健康管理行业等。

1.医疗行业：在医疗行业中，压电陶瓷脉搏传感器被广泛用于监测患者的心跳和脉搏变化，能够帮助医生进行较为精确的诊断和治疗。

2.健康管理行业：在健康管理行业中，压电陶瓷脉搏传感器能够监测人体的脉搏变化情况，通过数据分析来帮助人们管理自己的健康情况。

医疗卫生装备·２００６年第２７卷第７期ＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ·２００６Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．７压电传感器及其在生物医学中的应用研究朱婧彭承琳张锦华黄戎（重庆大学生物工程学院重庆市４０００３０）摘要压电传感器是一种化学传感器，是利用质量变化来测量数据的一类传感器，压电传感器用途范围广，能测量温度、质量变化、力的强度以及加速度等。

现在正广泛用于生物医学领域，文章就压电传感器的原理、构造及应用做一个综述。

关键词压电传感器；石英晶体；压电石英微天平；石英晶体微天平；生物医学ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅＺＨＵＪｉｎｇ，ＰＥＮＧＣｈｅｎｇ－ｌｉｎ，ＺＨＡＮＧＪｉｎ－ｈｕａ，ＨＵＡＮＧＲｏｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒｉｓａｋｉｎｄｏｆｃｈｅｍｏｓｅｎｓｏｒ，ｗｈｉｃｈｕｔｉｌｉｚｅｓｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｑｕａｌｉｔｙｔｏｍｅａｓｕｒｅｄａｔａ．Ｉｔｉｓｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｑｕａｌｉｔｙ，ｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ．Ｎｏｗｉｔｉｓａｌｓｏｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｂｉｏｍｅｄｉｃａｌａｒｅａ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｍａｉｎｌｙａｂｏｕｔｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒ；ｑｕａｒｔｚｃｒｙｓｔａｌ；ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｑｕａｒｔｚｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ；ｑｕａｒｔｚｃｒｙｓｔａｌｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ；ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ１引言压电传感器是化学量传感器，是利用化学反应产生的质量变化来进行测试的１类传感器。

医疗传感器种类及应用简介随着人口数量的不断增长、人口老龄化的加重，人们需要大量的现代医学奇迹。

为了保持这种势头，越来越多的人开始寻求医疗帮助，这就需要在减少手工劳动者和人为失误的同时提高医疗器械的可靠性和自动化处理。

为了使智能器械达到安全可靠、自动化处理的目标，应该配备传感器。

传感器已被广泛用于外科手术设备、加护病房、医院疗养和家庭护理中。

已经有很多可与医疗器械结合使用的传感器在市面上出售。

在医疗设备制造商和传感器专家的携手合作下，更多尖端的科学技术将会被创造出来。

如果很好地理解了需控制的用途和参数，那么选择一个传感器就变得很简单。

最复杂的传感器是植入式传感器，其次是用于导管中的传感器（通过切割的方法）、用于身体空腔中的传感器、用于身体外部但是却和体液相接触的传感器，以及外用传感器。

本文将介绍应用于上述所有用途的传感器的详细说明，并给出一些当前正在使用的设备范例。

植入式传感器植入式传感器应当体积小，重量轻，并且和身体兼容，同时还要求其功率非常小。

更重要的是，它们不能随着时间的推移而衰变。

由于这类传感器属于第Ⅲ类医疗器械，因此需要有食品及药物管理局（FDA）的批准才能使用。

一般来讲，这类传感器价格非常昂贵，而且需要专家做外科手术进行移植。

对功率的要求是植入式传感器正常工作所面临的主要挑战之一。

不需要功率就能发挥作用的传感器是最完美的，可是市场尚没有这种传感器出售。

压电聚合传感器体积小，可靠性高，不需要外部动力而且能长时间持续工作。

这类传感器可应用于监视病人活动的心脏起搏器。

压电式传感器是一个很小的悬臂，悬臂的重量集中于一端且随着人体的运动而跳动。

每当病人运动时，传感器就会产生一个信号。

心脏起搏器接收到这些信号，然后使心脏也相应的博动。

如果病人在休息，信号为零，则心脏起搏器会使心脏以正常频率博动，例如大约70次/分钟。

传感器能区分出各种活动，例如走路、跑步、或是其他身体活动。

传感器的输出和运动量成正比。

心音传感器原理心音传感器是一种用来检测人体心脏活动的传感器。

它利用了心脏收缩和舒张时产生的机械振动，将其转化为电信号，从而实现对心脏活动的监测。

本文将介绍心音传感器的工作原理及其应用。

心音传感器的工作原理主要依赖于压电效应和声波传导。

压电材料是一种能够在受到机械压力或振动时产生电荷的材料。

在心音传感器中，压电材料被固定在一个弹性薄膜上，并与人体胸部接触。

当心脏收缩和舒张时，胸部会产生微小的振动，这些振动会传导到压电材料上，使其产生电荷。

通过测量这些电荷的变化，我们可以获取到心脏活动的信息。

为了更好地捕捉心脏活动的细微变化，心音传感器通常会采用多通道的设计。

每个通道都包括一个压电材料和相应的电路。

这样一来，不同通道之间的信号可以进行比较和分析，从而提高心脏活动的检测精度。

心音传感器广泛应用于医疗领域。

在临床上，医生可以通过心音传感器来监测患者的心脏功能，诊断心脏病变。

通过分析心音的频谱和时域特征，医生可以判断心脏的收缩力、舒张功能以及心脏瓣膜的情况。

此外，心音传感器还可以用于监测心脏手术中的心脏活动，帮助医生及时调整手术操作。

除了医疗领域，心音传感器还在健康监测和个人健康管理中发挥着重要的作用。

随着智能设备的普及，越来越多的人开始关注自己的健康状况。

心音传感器可以与智能手环、智能手表等设备结合，实时监测用户的心脏活动，并生成相应的健康报告。

这为用户提供了一个及时了解自己身体状况的途径，有助于预防心脏病等疾病的发生。

心音传感器的发展离不开生物医学工程和电子技术的进步。

随着科技的不断发展，心音传感器的灵敏度和精度不断提高，同时体积也越来越小，使用更加方便。

目前，已经有许多商业化的心音传感器产品上市，为人们的健康管理提供了更多的选择。

心音传感器通过利用压电效应和声波传导原理，能够实时监测人体心脏活动。

它在医疗领域和个人健康管理中都具有重要的应用价值。

随着科技的进步，相信心音传感器将会在未来发挥更大的作用，为人们的健康保驾护航。

压电式压力传感器原理及应用自动化研1302班王民军压电式压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。

而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也叫压电式压电传感器。

压电式压力传感器可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。

也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。

它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

一、压电式传感器的工作原理1、压电效应For personal use only in study and research; not for commercial use某些离子型晶体电介质（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等）沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。

当外力去掉后，它又会重新回到不带电的状态，此现象称为“压电效应”。

压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应。

2、压电式压力传感器的特点压电式压力传感器是基于压电效应的传感器。

是一种自发电式和机电转换式传感器。

它的敏感元件由压电材料制成。

压电材料受力后表面产生电荷。

此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。

压电式压力传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等(见压电式压力传感器、加速度计)。

压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。

由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系：Q=k*S*p。

For personal use only in study and research; not for commercial use式中 Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。

通过测量电荷量可知被测压力大小。

压电式压力传感器的工作原理与压电式加速度传感器和力传感器基本相同，不同的是弹性元件是由膜片等把压力转换成集中力，再传给压电元件。

心脏监测系统硬件整个硬件系统可以分为三个部分：信号的采集部分、信号的处理控制部分、信号的输出部分。

信号的采集包括心音传感器、心电电极、阻抗变换电路、滤波器、同相放大器和模数转换电路。

信号的处理控制部分主要由8031单片机完成，信号的输出由8255芯片完成。

1、信号采集部分心音和心电综合检测系统的信号拾取包括心电和心音信号的拾取，鉴于二者的产生机理不同，该部分由心电电极和心音传感器组成。

心电电极我们采用市售的普通一次性心电电极，心音传感器采用我们自己研制PVDF压电薄膜传感器。

通过压电薄膜传感器采集的心音信号强度仅有几个毫伏的数量级，需要对信号进行放大，我们利用一种高共模抑制比、高输入阻抗的运算放大器，利用电路的高度对称性，来控制放大倍数。

心电放大单元包括输入缓冲电路、高共模抑制比高增益差动放大器、低通滤波器、QRS波检测电路等部分。

图3是我们的设计的前两级放大电路的频率响应图谱。

从图中可以看出来，在包括心音和心电信号的很大的一个宽频率范围内，电路能够对信号有效放大，并且其增益基本相同。

有效的减少了由于基线和信号放大不均所造成的误诊和漏诊。

数据采集系统是很多应用领域中不可缺少的部分。

它是实时采集与温度、湿度、压力、流量、速度等有关的连续变化的模拟量信号，通过模/数转换器把这些模拟信号变成数字信号或直接采集代表某些状态特性的开关量，送计算机进行处理。

我们的数据采集系统的硬件结构如图4所示。

图4中，译码器用最高3位进行译码。

它的输出分别作为ROM、RAM、通道地址锁存器、模/数转换器、数/模转换器、8255等片选信号。

系统配置8K字节的EPROM监控程序，实现系统自检、输入/输出驱动;提供扩展8K字节RAM的能力。

8路开关输入量通过光隔离器件后，直接连到P1口的8 位。

8路开关输出接口到8255P的B通道。

8模拟输入通道连接到模拟开关，用软件控制切换，分时使用一片模/数转换器。

模拟输出通道采用带输入数据缓冲器的数/模转换芯片。