压电薄膜传感器.

What’s Next？
意 犹 未 尽
看官请慢
这就结束了？
械能转化为电能的过程。
传感器 优势
对人体微弱生理信号的有效采集和处理一直是医疗器械领域的 研究热点。目前有多种用于人体微弱信号采集的传感器。
新型高分子压电材料聚偏 氟乙烯研制的压电传感器
结构简单、灵敏度高、频带宽 能准确测量微弱的人体信号 与人体接触安全舒适，能紧贴体壁 声阻抗与人体组织声阻抗十分接近
等一系列特点
压电陶瓷传感器 多普勒效应传感器
结构和成本上都 存在一定的问题
传感器 准确度
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）。
附：“动态应力”—— 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。
传感器 设计 压电薄膜传感器的设计主要考虑了传感器的灵敏度和信 噪比，根据测量信号的频率和响应幅度。
在采集人体心音的信号时，由于心音的频响范围较宽， 同时其输出的物理信号值也很微弱，采用硬质衬底和中
空的设计。
传感器 设计
优点：提高传感器中薄膜在收到心音信号时的形变量，从而提高信 号强度。
缺点：结构不牢固，使用时间长了需要校正。
存器值，计算最终结果。
总 结
利用高分子压电材料聚偏氟乙稀研制成压电薄 膜传感器应用于心音心电监测系统，能够准确 不失真的采集人体微弱的心音脉搏信号。该薄 膜传感器与心音心电整机之间结构、性能匹 配，通过实验，本心音心电监测系统可以初步 监测人体的心音心电信号，该系统将应用于临
床试验，预计不久将可能推广应用。
不同的位就行。
系统 硬件系统 信号的输出部分
结果显示部分由液晶显示 块显示。选用点阵式液晶 显示块显示心音和心电中 心脏跳动次数及记录仪的
工作时间、状态等。
算法
选择单片机定时器/计数器T0作为定 时器，而定时器/计数器T1作为计数 器，且都工作于16位计Hale Waihona Puke Baidu器操作模式
0 为定时器时，选取定时时间为 5ms，另设定一计数器CR。根据公 式：(216-X)×T1=T2计算出X值。其中 T1为一个机器周期时间，T2为定时时 间。首先设定模式控制字，接通T1计 数器，当外部脉冲的第一个下降沿到 时即TL1=1时，T0开始计数，当其溢 出产生中断时，CR开始计数，直到 TL1= 4时，T0、T1停止计数，读取寄
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 它可分为压电单 晶、压电多晶和有机压电材料。
传感器 基本原理（压电传感器）
当对压电材料施以物理压力 时，材料体内之电偶极矩会因 压缩而变短，此时压电材料为 抵抗这变化会在材料相对的表 面上产生等量正负电荷，以保 持原状。这种由于形变而产生 电极化的现象称为“正压电效 应”。正压电效应实质上是机
（心音传感器）PVDF压电薄膜传感器→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）→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（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） →低通滤波器→QRS波检测电路→模/数转换器→计 算机进行处理。
所示。在信号频率变化的情况下，传感器的输出阻抗保基本保持不变。
系统&算法
系统 硬件系统
信号的采集部分
信号的处理控制部分
信号的输出部分
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。
系统 硬件系统 信号的采集部分
系统 硬件系统 信号的处理控制部分
利用8031单片机中的两个定时器/计数器T0和T1分别工 作于定时和计数方式，对心音心电波形整形后的脉冲进 行计数，然后通过软件计算脉搏心率每分钟跳动次数，
并根据软件分析心电心音数据相关的量。
系统 硬件系统 信号的输出部分
选用8255 的能输入/输出方式，完 成微型记录盒与PC机数据传送。
传感器 设计
注：压电常数是表示压电材料受到的应力和产生的电荷之间关系的一个参数
PVDF压电薄膜的压电常数一般为D33=15×10-12C/N，g值比较高，但具有很高 的内阻抗，一般高达1012Ω，制作出传感器的输出阻抗较大，不利于后面的 信号采集和放大。为防止信号的衰减，我们采用高输出阻抗的场效应管作为 阻抗变换器，即为测量系统的前置电路。我们利用结型场效应管的高输入阻 抗的特点，根据其静态工作点设计阻抗变换器，如图所示，传感器获得的人 体信号经过阻抗变换器后，得到可靠的低阻抗的输出信号。其输出阻抗如图
（为了方便计算机正确地找到该接口电路，
赋予8255接口特定的地址）通过口地址 译码确定接口电路地址。译码电 路如图所示。选择采用数据查询 式传送方式向外界传送数据（优点
是当CPU与外部过程不同步时，也可以很好 地解决CPU的时序和I/O端口的时序之间的配
合问题），从而不同外设的状态信 息，可以使用同一端口，而使用
压电薄膜传感器技术 在 心脏监测中的相关应用
背景介绍
背景介绍 心脏体征检测 现状
临床听诊 主观性、不准 传统心电图 结构和成本上都存在问题
其他 如利用图像识别，不准，不成熟
背景介绍 心脏体征检测 我们的想法
压 电 传 感 器
采用新型材料压电传感器降低心电图的成本
传感器
传感器 基本原理（压电传感器）