压电薄膜传感器在医疗监护床垫的应用
压电薄膜传感器 生命体征
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。
压电薄膜传感器工作原理以及应用
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。
一种新型睡眠监控健康床垫
一种新型睡眠监控健康床垫谌凌3M中国有限公司上海 200233摘要：本文采用EMFi压电薄膜传感器制作的新型睡眠监控健康床垫，实现了在无负荷条件下对用户在睡眠中离床、翻身等睡眠质量相关的信号监测和评估。
利用现代信号处理方法，实现了对呼吸波、心率的实时监测。
通过两者信号的融合统计分析，该健康床垫有望实现在睡眠中健康相关数据分析，和紧急事件的响应。
关键词：压电薄膜传感器；无负荷；睡眠监测A kind of intelligent mattress to monitor the sleeping qualityCHEN Ling3M China Limited Company Shanghai 200233Abstract: In this paper, a novel EMFi piezoelectric thin film sensor based sleep monitoring health mattress was made to monitor and evaluate the sleep quality of users during sleep without load. With modern signal processing method, respiratory wave and heart rate can be real time monitored. Through the combination of the two signals statistical analysis, the health mattress is expected to achieve sleep related health data analysis, and emergency response.Keyword: EMFi piezoelectric thin film sensor; Load-less; Sleeping monitor中图分类号：TP212.6DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2020.99.0131 引言睡眠是关乎健康状况的一个重要因素，但睡眠质量一直是困扰现代人的通病。
生命体征床垫监护系统
续续，有时会出现无信号
★ 显示器上所有床位都显示无
信号状态。 1、服务器与无线网络连接是 否正常； 2、外界环境存在较强的信号 干扰。 1、确认是否启动数 据库服务； 2、服务器IP地址是 否变更； 3、服务器与无线网 络连接是否正常。
生命体征床垫监护系统应用展望
“消除报警”操作
报警时，用户界面右上角会出现小喇叭按钮， 如下图：
取消呼叫提示可以通过下面两种方法： （1）鼠标单击小喇叭图标； （2）鼠标放置在相应的用户信息表中， 单击右键，选择取消呼叫。
备注：在报警时间段内，当离床持 续时间或体动持续时间超过设定值， 也会出现报警图标， 此报警不能人为解除，当人体的状 态发生改变后，报警会自动解除。
：打印所查询的历史记录信息。 统计出查询时间段内的呼吸/心 率的最大值/最小值，离床次数， 体动时间
可选中“起始”和“终止”前的“□” ， 进行某一时间段的历史记录查询， 也可直接点击“查询”，显示出从当前 时间往前推算30分钟的数据记录， 并统计出查询时间段内的心率和呼吸的最小、 最大值，离床次数，体动时间； 历史记录 可以用图例的形式显示，选择图例按钮， 将当前页200条历史记录数据显示为图例样式， 如左图，可点击 “《”“》”进行前后200条记录 的图例显示，并统计出该时间段内的统计出 查询时间段内的心率和呼吸的最小、最大值， 离床次数，体动时间。 统计出查询时间段 内的呼吸/心率的最大 值/最小值，离床次数，体动 时间
：前页显示
：后页显示
：添加登记者信息，相当 于在“床位列表”界面下， 做“入院登记”操作； ：修改已登记者信息
：退出该功能模块
“床位列表”功能模块
（2）点击“添加”按钮,相当于在床位列表界面下做 “入院登记”操作；
pvdf压电薄膜 传感带
pvdf压电薄膜传感带
PVDF压电薄膜传感带是一种利用聚偏氟乙烯（PVDF）材料制成的压电传感器。
PVDF是一种具有压电效应的聚合物材料，它可以将机械压力转换为电信号。
PVDF压电薄膜传感带通常用于测量和检测应变、压力、力和触摸等物理量，广泛应用于医疗设备、工业自动化、电子设备和触摸屏等领域。
从材料角度来看，PVDF压电薄膜传感带具有良好的压电性能，具有高灵敏度、快速响应和稳定的特点。
它的柔韧性和薄膜结构使其适合于嵌入式传感应用，能够适应复杂的曲面和结构。
从应用角度来看，PVDF压电薄膜传感带可以用于制作触摸传感器、压力传感器、力传感器等各种类型的传感器。
在医疗设备中，它可以用于制作生理信号采集传感器，如心电图贴片、血压测量仪等。
在工业领域，它可以应用于机械手臂的力控制、触摸屏的触摸控制等方面。
在电子产品中，它可以用于制作触摸开关、触摸笔等电子产品。
总的来说，PVDF压电薄膜传感带具有广泛的应用前景，其高灵敏度、快速响应和良好的适应性使其成为各种传感器领域的重要材
料之一。
随着科学技术的不断发展，PVDF压电薄膜传感带在传感技术领域的应用将会更加广泛，为人们的生活和工作带来更多便利和可能性。
压电薄膜原理的脉博传感器简介
单位 V/mm nc/mm
Hz KHz KHz N/m pF
°C °C
2013/11轻 • 成本低
应用 • 骨导拾音器 • 通用型的接触式传声器 • 振动/冲击监测
本文由精量电子（深圳）有限公司提供 外形尺寸（毫米）
典型频率响应
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，是因为压电薄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。
图 2 后台服务器软件分析截图 图 2 是利用 PDS-01 脉搏传感器，使用无线传输，发送到服务器后，经过服务器后台软件图形还原所得到的医学分 析和结果。初步可判断多种心，脑，血管疾病及身体健康状况。
2013/11/15
本文由精量电子（深圳）有限公司提供
压电薄膜原理的脉博传感器简介
随着智能移动设备的普及，众多国际大公司早已涉足穿戴式设备的开发研究，从 Jawbone 手环到 Galaxy Gear 和 Pine 等穿戴式设备，从刚开始的手机提醒功能到替代手机收发短信，拨打和接听电话， 访问邮件，微信等社交网络，同时还可以包括计步器功能，GPS 定位，电子罗盘，陀螺仪等等，但在 这些功能中加入脉博等生命特征监测是未来这类设备一个趋势。这类设备将广泛服务于养老机构，保险 客户等用来监测睡眠质量，发生意外时的报警及初步判断多种心、脑、血管疾病及身体健康状况。
• 高灵敏度 • 性能稳定
• 低噪音
• 压电薄膜技术
• 屏蔽线引出
性能参数表
性能参数 电压灵敏度(开路电压)
电荷灵敏度 下限频率（-3dB） 上限频率（+3dB）
传感器应用场景
传感器应用场景传感器在医疗行业中的应用场景近年来，随着人们对健康的关注度不断提高，医疗行业也得到了前所未有的发展。
传感器技术作为一项重要的技术，被广泛应用于医疗领域，为医疗行业的发展提供了强有力的支持。
本文将介绍传感器在医疗行业中的应用场景。
一、智能床垫智能床垫是一种能够通过传感器技术实现智能睡眠监测的床垫。
智能床垫内置多个传感器，能够监测睡眠者的呼吸、心跳、体温等生理指标，并将这些数据传输到云端。
通过分析这些数据，医生可以了解患者的睡眠情况，及时发现异常情况，为患者提供更好的医疗服务。
二、心率传感器心率传感器是一种能够实时监测人体心率的传感器。
它可以被安装在手表、手环、胸带等设备上。
当人进行运动时，心率传感器会通过光电传感器检测心跳的频率，并将数据传输到设备上。
通过这些数据，人们可以了解自己的身体状况，及时调整运动强度，避免因为运动过度而导致身体不适。
三、血糖传感器血糖传感器是一种能够实时监测人体血糖水平的传感器。
它可以被安装在血糖仪、手机等设备上。
当人需要测量血糖时，只需将血液滴在血糖传感器上即可。
通过血糖传感器检测血液中的葡萄糖浓度，人们可以了解自己的血糖水平。
对于糖尿病患者来说，血糖传感器能够帮助他们更好地管理自己的血糖，减少糖尿病的并发症发生。
四、体温传感器体温传感器是一种能够实时监测人体体温的传感器。
它可以被安装在耳朵、腋下等部位。
当人需要测量体温时，只需将体温传感器放在相应的部位即可。
通过体温传感器检测人体体温，医生可以了解患者的身体状况，及时发现异常情况，为患者提供更好的医疗服务。
五、智能手环智能手环是一种能够实时监测人体运动情况的设备。
它内置多个传感器，能够监测人体的步数、卡路里消耗等运动情况，并将这些数据传输到手机等设备上。
通过分析这些数据，人们可以了解自己的运动情况，及时调整运动计划，保持健康的生活方式。
六、睡眠传感器睡眠传感器是一种能够实时监测人体睡眠情况的传感器。
它可以被安装在床垫、枕头等部位。
浅谈压电膜传感器的应用
浅谈压电膜传感器的应用【摘要】压电膜是一种柔软、质轻、高韧度塑料薄膜，可以根据需要制成各种形状，厚度的元件。
与微电子技术结合，能制成多功能传感元件。
压电传感器以其独特的性能在减振降噪、健康监测、形状自适应控制、损伤监测等方面发挥着重要作用。
【关键词】压电；传感器；应用压电膜具有较高的化学稳定性、低吸湿性、高热稳定性、高抗紫外线辐射能力、高耐冲击、耐疲劳能力，其化学稳定性高。
压电膜质地柔软、重量轻，与水的声阻抗相近，匹配状态好，应用灵敏度高；压电膜在厚度方向的伸缩振动的谐频率很高，可以得到较宽的平坦响应，频响宽度远优于普通压电陶瓷换能器；压电膜优点如下：（1）良好的工艺性。
可用现有设备进行加工；（2）能制作大面积的敏感元件；（3）频带响应宽（0～500MHz）；（4）声阻抗接近于人体组织和水，所以可用于医疗诊断的敏感装置结构中；（5）具有高冲击强度（可使用于冲击波的传感器中）；（6）耐腐蚀性（在活性介质中使用时这种性能是必需的）；（7）相对介电常数较低；（8）与压电陶瓷相比有更低的导热性；并能制得更薄的薄膜。
在机械工程领域用于。
（1）振动测试的压电薄膜传感器。
它的主要部分是以薄膜敏感元件（PFS）贴于片状不锈钢悬臂上，并附有匹配、放大电路。
这种开关可作为冲击/振动传感器或瞬态开关使用，可输出数字信号，有结构简单、响应平稳、无行程、厚度薄、可靠性高，且不需调整的特点，已经用于面板开关、装配线计数、齿轮计数器和弹子游戏机的碰撞检测计数等方面。
（2）加速度计。
它以薄膜为敏感元件，在直角相交的3个方向上分别安置了传感元件，可测量X，Y，Z 3个方向的加速度，外形与贴装式集成电路相当，频率响应范围为0.5Hz～5kHz，已经在动态信号测试、系统控制、振动开关、货运监控和计算机外设等方面得到大量的应用。
（3）压电电缆。
这种压电电缆外表与一般的同轴电缆相似，但它的芯线与屏蔽层之间的绝缘材料由薄膜制成，这样，既是电缆，又是传感器，灵活、结实、防水，且可做得很长。
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压电薄膜传感器在医疗监护床垫的应用传感器，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和呼吸心跳动作等关键生命特征。
本文着重介绍了压电薄膜传感器在医疗监护床垫的应用。
随着人口老龄化的加剧，越来越多的老年人和病患需要得到看护。
有关报告指出，到2015年，我国60岁以上的人口将达到亿，失能半失能的老年患者将达到2400万，其他各种疾病老年患者达6000万。
我国的医疗健康机构和家庭迫切需要有效的工具来满足庞大的护理需求。
基于压电薄膜PVDF原理开发的SSD-10非接触式医疗监护床垫用传感器诞生了。
利用SSD-10，看护人员在履行日常工作职责的同时可通过各种移动终端(智能手机，iPads,等)和非移动终端(计算机，工作站)全天候监控一群患者，实时查看病患的健康数据和接受警告信息。
通过云服务器，医护人员可通过对长期趋势数据的分析来判断病患的睡眠模式，安静时的心率和呼吸率以及睡眠质量来确认病患的不利变化并及早制定干预措施。
SSD-10非接触式医疗监护床垫用传感器的主要功能。
心率监视：监视安静时的心率，跟踪长期趋势，识别健康状况和新药的影响
呼吸率监视：监视安静时呼吸率，与长期的平均值对比，识别健康状况和新药的影响。
压疮管理：根据设定的时间间隔和上次动作发生的时间，自动生成短消息提醒看护人员给患者再次移动。
跌倒照顾：跟踪患者的在床和不在床信息，给护理人员提供即时的报警信息，护理人员能够给患者提供即时的帮助，减少跌倒造成的伤害。
睡眠分析：通过与长期趋势和医护标准在睡眠时间、躁动、夜间心率和呼吸率的对比来监控夜间睡眠质量。
起床活动：护理人员可以通过追踪病患的在床时间来监视需要日常活动的康复疗程。
睡眠呼吸暂停监视：通过监视患者的呼吸率来判断呼吸暂停状况并即时向医护人员报警。
夜间离床监视：通过监视患者夜间离床的时间点和长短来确定患者的异常离床情况并即时向医护人员报警。
痉挛发作监视：通过监视患者阵发性抽搐来监视患者痉挛发作并即时向医护人员报警。
急重病预警：通过监视患者的心率和呼吸率来判断心力衰竭或呼吸衰竭等急重病情况并即时向医护人员报警。
SSD-10非接触式医疗监护床垫用传感器的主要特点。
非接触式关键生命特征信号获取
对患者不可见，无需连接物体到患者身
体积小，携带方便
结构简单，安装方便
专用加密算法，保证数据安全
SSD-10非接触式医疗监护床垫用传感器的主要参数。
指标
描述
物理尺寸
700mmx50mm
重量
<100g
供电方式
医疗级室内5V稳压电源及V锂离子可充电电池
电池寿命
5-10年
功率消耗
100mW(峰值)及4mV(空闲)
一次充电持续工作时间
>30小时
通讯方式
无线射频
通讯频率
辐射功率
1mW(峰值)及1-3uW(空闲)
除了对老年人及病患的监护外，SSD-10还可用于婴儿呼吸监控，把SSD-10安装于婴儿床垫下即可检测到婴儿的心率和呼吸率，检测到异常信号即时向监护人员报警，防止婴儿猝死。
基于压电薄膜PVDF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，肌松检测)。
压电薄膜可以替代传统元件来探测并传送生命特征信号至医疗监护系统。
相信在不久的将来，基于压电薄膜PVDF的传感器会凭借其诸多优点，更广泛的应用于治疗和监护中。
文章摘自：114仪器仪表网。