耐用型加速度、振動或動態開關元件。 壓電薄膜擁有獨特的功能，產生的電壓或電荷與形變成比例關系。壓電薄膜適合多種不同的客戶設計、結構和應用，包括用途廣泛的壓電電纜。從安全布防應用到樂器拾音放大應用，壓電薄膜無處不在。 用于監測生命特征的壓電薄膜解決方案 作為動態應變傳感器的壓電薄膜，其獨特性質使其特別適合生命特征監測，既可與皮膚直接接觸，也可通過中間層進行機械耦合。一些薄膜元件具有很高的靈敏度，足以通過外衣口袋中攜帶的設備檢測人體脈搏。 壓電式聚偏二氟乙烯聚合物薄膜（壓電薄膜）的膜條經過拉伸后，它將在電極上下表面之間產生一個與延長量成正比的電信號（電荷或電壓）。 通常認為壓電材料會響應壓力，但在使用壓電薄膜的情況下，由于薄膜元件的特殊幾何形狀，當縱向施加非常小的力時，在薄膜的橫截面可產生非常高的應力，而在薄膜表面的較大區域施加相同水平的力則會產生低得多的應力。因此，壓電薄膜表現出了針對動態應變的非凡敏感性，通常對于 28 μm 厚的聚偏二氟乙烯，每微應變（ppm 級的長度變化）產生的電壓級別為 10 至 15 mV。之所以使用“動態”應變這一說法，是因為由應變變化所產生的電荷會漏入連接到薄膜的電路中，于是實際上檢測不到應變的靜態狀態。如果傳感器處于不同程度的預載下，壓電薄膜的這種特性可成為一種優勢。薄膜僅能識別隨時間改變的動態應變，起始的頻率響應可低至 0.1 Hz。壓電薄膜還具有輕巧、纖薄和 高彈性的特點，無需外部電力即可正常工作。憑借這種獨特的屬性組合，可滿足大量需檢測極低機械振動的醫療應用的需求。在電力有限的情況下，這種技術顯然極具吸引力（在一些配置中，它甚至可產生少量電力）。此外，壓電薄膜還極為耐用，能夠承受數億次彎曲，而且可抗沖擊。 "壓電薄膜具有輕巧、纖薄和高彈性的特點，無需外部電力即可正常工作。" 直接接觸皮膚 利用壓電薄膜作為“動態應變計”的特性，可輕易將一個元件直接貼附到皮膚上（例如，手腕內側）。 長顯 制造一種通用傳感器，此傳感器已在一面涂有壓敏粘合劑，但是這種粘合劑不具備生物相容性，所以對于短期試驗，先在皮膚上固定一張 3M 9842 貼片（含有粘合劑涂層的薄型聚氨酯膠帶），再在貼片上貼附壓電薄膜傳感器。圖 1 顯示了使用頻率下限設為 1 Hz 且靈敏度為 1 mV/pC 的電荷放大器獲得的一個脈搏信號。大約 130 mV 峰峰值的輸出對應于大約 100 mV 峰峰值的開路電壓，這反過來可以解釋為大約 8 με 的動態應變。此信號是手處于靜止狀態時記錄的。彎曲或旋轉手腕可以產生幅度高得多的信號，尤其是在前置放大器上選擇了較低的頻率限值的情況下。例如，圖 2 顯示了當反復抓放物體時的傳感器響應，可看出開路幅度大約為 3V 或動態應變大約為 250 με。 脈搏信號。 圖 1：使用頻率下限設為 1 Hz 且靈敏度為 1 mV/pC 的電荷放大器獲得的一個脈搏信號。 壓電傳感器的響應。 圖 2：當反復抓放物體時的壓電傳感器響應。 壓電薄膜之所以既能檢測極小的物理信號，也能檢測大幅運動，原因在于聚偏二氟乙烯薄膜的壓電響應在很大一個動態范圍（估計高達 14 個數量級）內都是線性的。 在許多情況下可通過濾波提取更小的信號，前提是目標信號和“噪聲”的帶寬實現了充分的分離。目前，類似的自粘式傳感器已用于在睡眠障礙研究過程中檢測胸部、腿部和眼瞼的肌肉和皮膚運動。另外，可檢測肌肉（例如，拇指和食指之間的肌肉）對故意電刺激的響應，以此作為麻醉效果的指標（稱為神經肌肉傳遞）。 加速度傳感器 minisense 壓電薄膜傳感器 Minisense 100 是一種標準部件，它采用了負重的懸臂設計且其夾具由剛性 PCB 材料制成，并允許安裝連接插針。 附加的質量塊使傳感器能夠在加速度的影響下做出慣性響應。薄膜元件在質量塊靜止時彎曲，從而使得電壓靈敏度極高（約 1 V/g）。此部件的一種變體可在工作人員或患者佩戴“智能徽章”（配備射頻遙感）時檢測其生命特征，并允許發送周期性信號以便于跟蹤或定位。當傳感器檢測到徽章已從人體上取下時，徽章將進入睡眠模式，而肌肉震顫、劇烈身體動作甚至脈搏的跳動都會使徽章保持“喚醒”。使用輕薄的彈力帶將這種標準傳感器緊靠在胸部時，傳感器可揭示心臟的“聲音”細節。通過在電子接口上選擇一個非常低的頻率限值，還可看到呼吸頻率（圖 3）。在該波形中，胸壁運動表現為大約四秒周期的緩慢周期信號，而單次心跳可看出約為 1/s (60 bpm)。為了消除呼吸信號并去除某些噪聲，可在 1 Hz（下限）和 10 Hz（上限）位置應用濾波器來獲得實時信號（圖 4）。注意，圖 4 波形中的曲線均源自處于休息狀態的患者。當然，使用加速度傳感器的情況下，身體運動很容易影響心跳信號。事實上，這種懸臂梁加速度傳感器的一種微型版本 （傳感器工作區域尺寸為 1.3 x 3 mm）在心臟起搏器內用于檢測患者的身體活動水平，以便能夠相應地調節起搏頻率。 胸壁運動。 圖 3：胸壁運動在呼吸過程中表現為大約四秒周期的緩慢周期信號，而單次心跳可看出約為 1/s (60 bpm)。 對胸壁信號應用了濾波器。 圖 4：為了消除呼吸信號并去除圖 3 波形的某些噪聲，可在 1 Hz（下限）和 10 Hz（上限）位置應用濾波器來獲得實時信號。 應用 得益于壓電薄膜的堅固性、高靈敏度和寬帶寬，多種電子聽診器已采用壓電薄膜作為有源傳感元件。 在此情況下，必須用一些“反作用力”使傳感元件緊靠身體，這種元件通常像直接聲學聽診器那樣使用常規的巨大鐘形結構設計。一旦動態壓力信號轉換成電信號，便可對信息內容進行以下處理：通過選擇性濾波或放大進行增強、作為音頻信號回放、使用更復雜的算法進行分析以檢測特定情況、通過數據鏈路傳輸到遠程基站以進行進一步的分析和存儲，等等。使用緊湊的聲敏傳感器意味著可同時監測多個點。 "使用緊湊的聲敏傳感器意味著可同時監測多個點。" 在直接身體接觸的基礎上進一步發展，目前已在床墊中采用壓電薄膜和壓電電纜來檢測患者的心跳、呼吸和身體運動。 通過將傳感器陣列集成到床墊外罩中，可以在患者躺在或坐在這些收集裝置上時被動地監測患者信息，即使透過衣服、病服或床單也能提供精確的測量結果。柔性開關將檢測到離床狀態，而壓電薄膜元件會將患者的所有動態生命特征轉換為相應的電信號，這些電信號可顯示在帶有報警邏輯的床頭裝置上。該系統可預警心臟或呼吸頻率異常以及患者擅自離床情況，所有這些功能均無需直接接觸患者。 壓電薄膜傳感器和壓電電纜可檢測心跳、呼吸和身體運動。 結論 正如上述各種應用中所顯示的，壓電薄膜可很好地替代更傳統的電子元件來將生命體征數據傳輸到患者監測系統。該技術具有諸多優點，可能會在未來運用到更多的救護醫療設備中。 白皮書 選擇醫療傳感器 大多數醫療設備都使用非一次性傳感器。正確的設計將會保護傳感器，防止其與患者接觸。 用于醫療的傳感器 應用 醫用傳感器應用和解決方案 現今的醫療設備依賴于傳感器來輔助進行準確診斷。長顯 傳感器滿足一系列醫療保健應用的嚴格要求。 壓電薄膜傳感器 產品組 壓電薄膜傳感器 我們的壓電薄膜傳感器為多種應用和市場提供經久耐用的加速度、振動或動態開關元件 MINISENSE MiniSense 100NM 是一款低成本的懸臂梁式加速度傳感器，通過最高 200 Hz 的有效頻帶提供適中的靈敏度。
