压电薄膜传感器设计及电路图详解

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。

压电薄膜传感器设计及电路图详解加速度计可以用在仪表中，测量加速度(速度对时间的变化率)和测量倾斜度(物体的纵轴和与地球表面相切的平面的垂线之间形成的倾角)。

倾斜度测量可以被看成直流或稳态测量。

在理论上，加速度可以是稳态的，但在实际应用当中，加速度通常是一个短期的暂时现象。

在非倾斜应用(短时加速)中，可以将压电检波器或压电薄膜传感器用作传感器。

任何类型的压电传感器都有一个与电容串联的交流电压源等效电路(加上其他会产生二阶效应的电抗元件，不在此进行分析)。

典型的容值为几百皮法到几纳法。

电压源的电容耦合就是为什么器件不能提供稳态的倾斜度测量的原因。

上面提到的等效电容，再加上输入或后继的放大或缓冲电路的分流电阻就构成了一个单极高通滤波器(HPF)。

在最好的情况下，如果分流电阻越大，高通滤波器中极点的时间常数越长。

这就意味着，在时间常数效应削弱测量前，可以对加速度进行测量的时间较长。

从实用性的角度出发(考虑到器件的可用性)，可以选用1G的阻值。

由于这个电阻值很大，所使用的放大器必须具有非常低的偏置或泄漏电流，最好能达到1pA的级别。

图1是一个实用电路的电路图。

压电薄膜传感器是器件X1。

在原型设计当中，使用了测量专用的LDTM-028K器件。

这个传感器的一端已经施加了一个很小的重力，在这端再增加大的重力，可以提高灵敏度。

传感器通过R1连到运放U1的非反向输入端，R1可防止过压对运放的输入造成损害。

如果传感器承受的加速度非常高(如重击)，就很可能发生这种情况。

R1也可以用来减小来自X1的信号幅值。

这个电路中的R1是1G。

R2是输入分流电阻，1pA的泄漏电流会流过R2，其数值也是1G，产生1mV的偏置电压(加到运放的实际偏置电压上)。

R2接2.5V的参考电压，设定运放的静态输出电压。

运放是ISL28158(或任何其他具有超低输入偏置/泄漏电流的器件)。

运算放大器使用+5V DC电源供电。

直流增益由R3和R4设定，在这个电路中是+2V/V。