薄膜传感器:压电薄膜传感器

2021/11/08 04:55 · 传感器知识资讯 ·  · 薄膜传感器:压电薄膜传感器已关闭评论
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薄膜传感器:压电薄膜传感器收藏查看我的收藏0有用+1已投票0压电薄膜传感器语音编辑锁定讨论上传视频上传视频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。中文名压电薄膜传感

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压电薄膜传感器
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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。
中文名
压电薄膜传感器
外文名
Piezoelectric thin film sensor
特 点
动态应变
应 用
生命信号监测
备 注
可以经受数百万次的弯曲和振动
优 点
很薄,质轻,柔软,可以无源工作
目录
1
工作原理
2
特点
3
应用
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接触式传感器
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加速度传感器
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听诊
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传感器组
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病床监护
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婴儿呼吸监控仪
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呼吸热电监测
压电薄膜传感器工作原理
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语音
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。
压电薄膜传感器特点
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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。
压电薄膜传感器应用
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语音
压电薄膜传感器接触式传感器
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。压电薄膜之所以即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。另外,传感器可以通过探测肌肉(例如拇指和食指之间的肌肉)对电击的反应作为检验麻醉效果的指示器(神经肌肉传导)。
压电薄膜传感器加速度传感器
Minisense100是精量电子的一款标准产品,采用悬臂梁设计,一端用硬性PCB板夹紧并带有连接引脚,另一端装有质量块。质量块使传感器在受到振动时连贯反应。质量块‘保持不动’,而薄膜部分发生形变,从而产生非常高的电压灵敏度(大约1V/g)。由这个元件派生出其他生命特征传感器,例如工作人员或病患佩戴的智能胸卡(内置RF遥感设备)。通过阶段性采集佩戴者的信号来确定其位置和跟踪其状态。传感器感测到胸卡被摘下时会将胸卡设置成睡眠状态;如果传感器感受到身体任何部位的运动,肌肉的震颤,甚至是脉搏的振动,会唤醒胸卡。
压电薄膜传感器听诊
很多电子听诊器都采用了压电薄膜作为传感器元件,因为它耐用,灵敏度高,带宽范围宽。在该应用中,传感器元件通常都封装在传统的金属听诊头中,因为传感器需要与身体形成‘作用力’。一旦动态的压力信号转换成电信号,就可以有选择性的过滤或放大、作为音频信号回放、运用更复杂的运算方法判断出具体的状况、或传输到远程基站进行进一步分析存储等。
压电薄膜传感器传感器组
一个复合声传感器可以同时监控多个点。DeepBreeze公司用一个有差不多100个传感器的传感器组采集病人吸气和呼气的声音信息。用真空罩将传感器贴在皮肤表面。采集到的信号在加工处理后转换成声音的‘图像’,因而气管和肺里的气流可以像动画片一样成像。任何异物和不正常现象在这些图像中都一目了然。这种方式比X光可靠,而且安全。
压电薄膜传感器病床监护
压电薄膜和压电电缆都可以安装在床垫上探测病人的心跳,呼吸和身体运动。HoanaMedicalInc.的监护床报警系统在床垫和被单之间安装了一组传感器。病人坐或躺在监护床上时,传感器可以隔着衣服和被单准确测量收集患者的生命特征信息。柔性开关用于采集静态信号,病患所有的动态信号都由压电薄膜采集并转换成相应的电信号,在病床边上的显示器显示。病人的心率和呼吸速率不正常,或病人擅自下床时,系统可以提前报警。这一切都由传感器完成,而无需与病人直接接触。
压电薄膜传感器婴儿呼吸监控仪
Infantrust公司利用PVDF对应力极端敏感的特性开发了一款辅助育儿产品Respisense。把监控仪夹在纸尿片贴近婴儿腰部的位置,监控婴儿心跳。Respisense中的压电薄膜与腹部皮肤直接接触,在设定的时间内如果没探测到婴儿在活动,震动蜂鸣器将被启动,轻轻地拨动婴儿,刺激它呼吸。如果在此后的一段时间内婴儿仍没有反应,报警器将被启动。
压电薄膜传感器呼吸热电监测
PVDF对温度的动态变化也相当敏感(28μm厚压电薄膜的典型值是8V/oC)。英国C-Lect医疗公司开发了一款监控器,用来监测呼吸速率。用面罩将一小块压电薄膜元件固定在口鼻处,吸进和呼出气体的温度变化产生强劲的电信号。即使吸入的是加热过的氧气/空气,测量结果仍然十分准确。PIPPA监控器由电池供电,LCD显示每分钟的呼吸次数。用压电薄膜制造的嘴唇接触式传感器运用了相同的原理,探测通过嘴或鼻子的气流。相对于热敏电阻来说,压电薄膜灵敏度高,响应速度快,柔软,并且探测面积大。
[1]
词条图册
更多图册
参考资料
1.

压电薄膜传感器应用于医疗监测
.中国移动物联网[引用日期2013-04-23]
薄膜传感器:压电薄膜传感器  第2张

薄膜传感器:压电薄膜传感器_1

压电薄膜传感器选型帮助
压电薄膜(PVDF)是一种独特的高分子传感材料,能相对于压力或拉伸力的变化输出电压信号,因此是一种理想的动态应变片,可加工成为高效可靠、低成本的振动传感器、加速度计或动态开关,也可作为高音频(>1kHz)至超声波(可高达100MHz)的高保真传感器。赛斯维传感器网(为您提供压电薄膜传感器原理图_尺寸_价格_参数等各方面服务,为您的产品选型提供有力的支持。

压电薄膜元件
压电薄膜元件通常由四部分组成:金属电极、加强电压信号压膜、引线和屏蔽层。该产品可广泛应用于包括动态应变片、振动报警传感器、开关、扬声器和接触式麦克风等领域。用户可以从压电薄膜设计包开始了解压电薄膜传感器及其应用。
压电薄膜
压电薄膜的尺寸、厚度、电极形式都是可以定制的。整张薄膜可以制作成扬声器或应用于安防设备,也可以加工成各种简单的传感器。
压电电缆
将压电聚合体加工成同轴电缆(压电材料位于芯线和屏蔽线之间),当电缆受到压力或被拉伸,便会产生电压信号。压电电缆的高机械强度和良好的线性输出,可用于交通监测等高负载等应用环境。
压电薄膜超声波传感器
精量电子-MEAS传感器在压电薄膜超声波传感器的开发上拥有领先技术。压电薄膜超声发射器和接收器在二维定位上的独特优势使之成功应用于手写笔、物体探测和测距等领域。
压电薄膜加速度计
精量电子-MEAS传感器在压电薄膜加速度计的制造上处于世界前列。压电薄膜加速度计具有低成本、高灵敏度、可靠性高并且无源的特点,可以广泛应用于医疗器械、电器、报警器、安防系统、工业开关以及玩具制造等领域。
薄膜传感器:压电薄膜传感器  第3张

薄膜传感器:射频消融针集成柔性传感器以实时监测温度和压力

基于印刷传感器的特瑞堡密封件创新物流库存监控系统
使用精确、经济高效的传感器矩阵进行自动库存控制
特瑞堡的 IntelliStok 库存管理系统无需手动扫描物品,从而节省时间、提高效率并降低成本。IntelliStok 与现有的基于看板的系统无缝协作,提供公司密封产品的实时库存跟踪。该系统使用印刷压力传感器矩阵,这些矩阵放置在仓库的现有存储箱内。这些传感器对每个存储容器中的产品进行称重,并将这些数据无线发送到云端。
“这是一项具有挑战性的应用。由于我们的密封件重量不到 1 克,我们需要一个灵敏、经济高效的系统来可靠地提供准确的信息,”特瑞堡密封件解决方案的物联网解决方案架构师 Domenico Tucci 说。 特瑞堡对压力矩阵传感器基体材料提出了多项要求,例如低成本和足够的耐用性,以防止在使用过程中变形或起皱。
Trelleborg 为其客户提供 IntelliStok作为一项服务,其中库存项目直接在 Trelleborg 的系统中自动重新订购。客户将通过电子邮件收到订单通知,随后很快就会交付相应的商品。
Trelleborg 客户有五个标准尺寸的传感器单元可供选择,可放入大多数储物箱。传感器矩阵集成到一个模块中,该模块由微控制器 (MCU)、用于无线连接的 Wi-Fi 芯片和 3.6 V 锂离子电池组成。
解决方案:1、柔性薄膜传感器垫
柔性传感器垫可实现称重、触感与物体形状监测,确保重要物资库存存放的安全性和精准盘点。
智能可拉伸传感器是一种独特的轻薄弹性压力传感器用于演示压力、力、平衡和负载测量技术以可持续的方式优化库存和物料流转。系统由可拉伸薄膜传感器板组成,带有集成手柄和锁定系统,用于将多个 SKIDS 相互连接,传输数据的网关,用于存储数据的 Microsoft Azure IoT 中心云以及用于查看和分析数据的 Web 应用程序。
基于重量的实时库存数据监控和管理物联网解决方案,用于监控不能算作单个对象的物品的填充率;访问寄售库存中货物的填充率状态可实现更快、更自动化的货物开票和补货;
监控液体或颗粒等原材料,以防止因成本高昂并可能导致销售损失的生产停顿。
当达到设定的填充率时会发送电子邮件通知,以便快速补充所需的货物。
智能货架
物联网在零售业的另一个创新例子是智能货架。零售商花费大量时间和精力来跟踪商品,以确保它们永远不会缺货,并确保商品不会错放在无关货架上。智能货架自动执行这两项任务,同时检测潜在的盗窃行为。配备重量传感器和RFID标签的智能货架可以扫描陈列架和库存货架上的商品,以便在商品不足或商品错放时通知员工。这不仅可以节省时间,而且还可以消除导致库存积压和短缺的人工错误。
解决方案:2、RTLS实时位置定位系统:
带有定位传感器的货物、资产,可通过实时流转路线、数量的变化及追踪分析,提高运营效率与资产利用率评估。
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薄膜传感器:美国MEAS 压电薄膜传感器 振动传感器

产品介绍

一、美国MEAS 压电薄膜传感器 振动传感器 LDT系列 描述:
LDT0 是一个柔性元件,在 28μmPVDF 压电膜上丝印银浆电极,薄膜被层压在 0.125mm 聚酯基片上,并有两个压接端子.由于压电薄膜偏离中轴线,弯曲能在薄膜内产生很高的应变因而会有高电压输出.当器件由于直接接触而弯曲时,就是一个柔性开关,所产生的输出足以直接驱动 MOSFET 或 CMOS 电路. 如果元件由引出端支撑并自由振动,该元件就像加速度计或振动传感器.加质量块或改变元件的自由端长度可改变传感器的谐振频率和灵敏度以适应不同的应用.多轴响应可通过将质量块偏离轴线来实现.

二、美国MEAS 压电薄膜传感器 振动传感器 LDT系列 特点:
(1)LDT0 做为振动传感器--- 将压接端子引脚穿过印刷线路板,焊在 PCB 板另一面的导电图形上.用电荷放大器检出来自振动台的输出信号(采用电荷放大器允许较长的测量时间常数,获得”开路”电压响应).将小质量块(约增加 0.26g)加于传感器的一端, 然后重测. 结果见表 1,重叠图见图 1.不加质量块时, LDT0的谐振点在 180Hz 附近.在端部加质量块后减小了谐振频率并加大了”底线”灵敏度.
(2)LDT0 做为柔性开关---采用电荷放大器获得”开路”电压灵敏度,可测得传感器端部变形所产生的输出.(固定压接端子端).2mm 变形足以产生 7V 的电压,将传感器端部弯曲 90°可产生 70V 电压(见表 2,图 2).
(3)LDT0 的频率响应---将 480pF 左右的源电容接上一个阻性输入负载,会呈现高通滤波特性. 用电子噪声源产生宽带信号, 可测出各种负载阻抗效应并确定 R-C滤波器的-3dB 点(见表 3,图 3)

三、美国MEAS 压电薄膜传感器 振动传感器 LDT系列 应用:
汽车防盗报警器
卧式滚筒洗衣机振动
电子靶
计数器触发器
生命特征的监护

四、美国MEAS 压电薄膜传感器 振动传感器 LDT系列 参数:

类型

压电薄膜悬臂梁质量块

输出?

高电压输出

封装

薄膜元件

工作温度范围

0~70℃

精确度

1.4V/g~16V/g

供电电源

无源

特点

宽频(0.001Hz~1000MHz),高灵敏度,高介电强度,低声阻抗,高稳定性

电气连接

PC板安装

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