PVDF压电薄膜传感器的制作
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PVDF压电薄膜传感器的制作
作者：韩莉莉
来源：《智富时代》2015年第09期
【摘要】通过对PVDF压电薄膜压电特性的了解，实验室中制作PVDF薄膜传感器的工
艺流程主要包括薄膜形状的确定、薄膜切割、边缘化处理、电极的引出、加保护层等步骤。在传感器的制作过程中本文还总结出制作工艺中的注意事项。
【关键词】PVDF；压电薄膜；制作工艺
爆炸冲击下测试曲面或脆性材料表面的压力比较困难，设计一种能够直接粘贴在材料表面的传感器十分必要。PVDF作为新型有机聚合物材料，其压电性能好，压电常数d33比较高，是石英材料的十几倍，且PVDF柔和加工性能好，机械强度高，化学稳定性较好，此外对加载信号的响应时间可达到纳秒级，压力的测量范围至Gpa级。基于上述优点，PVDF在动态压力测量领域有应用前景广阔。
一、实验材料的准备
通过对PVDF材料的压电特性、等效模型的分析，对其特征有所掌握，因此针对其特征，课题中通过选用锦州科信电子材料有限公司生产的PVDF压电薄膜来制作用于爆炸冲击力测试的薄膜传感器。
由于PVDF薄膜表面电极很薄，所以不能用常规的焊接方式将电极引出，本课题将通过使用导电银胶的方法把电极用导线引出。除了上述材料外，制作传感器前还应准备好薄铜片、铜导线、剪刀、丙酮、和封装材料等。
二、传感器的结构
所研制传感器需要粘贴在曲面材料或脆性材料的表面，用来测定表面材料受到的冲击力，所以首先要把PVDF薄膜做成传感器的感芯。
使用的PVDF压电薄膜是由上下铝电极和中间PVDF敏感材料组成的三明治结构。试验中剪裁下一定面积的薄膜材料作为感芯，由于表面铝电极很薄且PVDF薄膜承受的温度不能超过80℃，所以用导电银胶把电极和铜线粘贴在一起引出电极。电极和引出导线的接头还裸露在外面，比较容易遭到破坏并且影响传感器的性能，因此在不影响传感器性能的情况下需要在感芯的上下两层加保护层。
三、传感器的制作工艺
压电式传感器的应用
压电式压力传感器原理及应用 解宝存 201120204038摘要： 压电式压力传感器可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。本文主要讨论压电式压力传感器原理及压电式压力传感器的光纤传输技术应用在内弹道试验研究中的使用。 关键词：压电式传感器压力内弹道试验 压电式压力传感器（piezoelectric type pressure transducer） 1.0 压电效应 某些离子型晶体电介质（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等）沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后，它又会重新回到不带电的状态，此现象称为“压电效应”。压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应。 1.1 压电式压力传感器的特点 压电式压力传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式压力传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等(见压电式压力传感器、加速度计)。压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系：Q=kSp 式中 Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。通过测量电荷量可知被测压力大小。 压电式压力传感器的工作原理与压电式加速度传感器和力传感器基本相同，不同的是弹性元件是由膜片等把压力转换成集中力，再传给压电元件。为了保证静态特性及稳定性，通常多采用压电晶片并联。在压电式压力传感器中常用的压电材料有石英晶体和压电陶瓷，其中石英晶体应用得最为广泛。下面是采用石英晶片的膜片式压电压力传感器图。
压电薄膜传感器在医疗监护床垫的应用
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
压电式传感器的发展与应用
HEFEI UNIVERSITY 自动检测技术报告 题目压电式传感器的应用与发展 系别 ***级自动化 班级 **班 姓名 ********************** 指导老师***** 完成时间 2011-11-28
前言：压电式传感器是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量。压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。近年来，由于电子技术的飞速发展，随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。因此，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。本文重点介绍压电式传感器的工作原理，在航空发动机中的应用及发展趋势。 关键字：传感器压电效应测振 正文：压电式传感器的发展及应用压电式传感器是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变 时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量 与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电 效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起 晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。用逆压电效 应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件 的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、 厚度切变型、平面切变型5种基本形式（见图）。压电 晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。 压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。
PVDF压电薄膜结构监测传感器应用研究
第19卷 第1期 石家庄铁道学院学报Vol . 19 No .12006年3月JOURNAL OF SH I J I A ZHUANG RA I L WAY I N STITUTE Mar .2006 PV D F 压电薄膜结构监测传感器应用研究 杜彦良, 宋 颖, 孙宝臣 (石家庄铁道学院大型结构健康诊断与控制研究所,河北石家庄 050043) 摘要:压电材料是目前在智能材料系统研究中应用最为广泛的传感材料之一。由于P VDF 压电薄膜具有制作成本低、机械性能好、灵敏度高等优点而受到了广泛关注。以P VDF 压电薄膜作为结构监测的传感元件,对P VDF 的应变传感原理进行了研究,并建立了基于信号采集与处理的P VDF 应变监测系统,最后对P VDF 监测构件裂纹进行了实验。实现了压电薄膜的应变与裂纹监测,为实际工程应用奠定了基础。关键词:P VDF 压电薄膜;应变传感;裂纹监测 中图分类号:TP212.9 文献标识码:A 文章编号:10063226(2006)01000104 收稿日期:20050704 作者简介:杜彦良 男 1956年出生 教授 1 引言 动态应变的测量一直是许多工程和力学工作者所关心的问题。常用的应变传感器有金属电阻应变片和半导体应变片。前者的灵敏度系数较低,后者的灵敏度系数有非线性和受温度影响大的缺点。因 而,开发研究新的应变测量技术是很有意义的[1]。 压电材料是智能材料系统中应用最为广泛的一类传感材料,近年来研制开发的P VDF 压电薄膜,由于柔性好、强度大、耐力学冲击、耐腐蚀和可以任意分割等优点而受到广泛应用。尤其是它的压电电压常数高,与基体结合后对结构的性能影响很小,对于机械应力或应变的变化具有极快速的响应,频响范围宽(0.1Hz 到几个GHz ),因此更适合用作传感元件。P VDF 测量应变,利用了P VDF 薄膜横向变形输出电荷的原理,由于P VDF 压电薄膜的电容较小,当它受外力作用时所产生的电荷很难长时间保持,因此更适宜用于结构的动态监测。 对以P VDF 压电薄膜作为传感元件进行动态应变测量的原理进行了研究,并建立了应变监测系统,力图实现基于P VDF 的结构应变与裂纹监测,从而推动大型结构健康监测的研究。 2 PVD F 压电薄膜应变传感原理及等效模型 2.1 PV D F 传感特性 在具有压电特性的材料中,电学参量和力学参量不再是相互独立的,而是相互联系的。压电方程是反映压电材料的电学量(E,D )和力学量(T,S )之间相互关系的物态方程。由于边界条件和自变量的差异,使其具有不同的形式[2]。为了直接描述P VDF 压电薄膜的输出电信号与应变之间的关系,采用第一类压电方程(d -型压电方程)。P VDF 压电薄膜作为传感元件使用时,外加电场为零,这时压电方程可表示为 D i =d ij T j (i =1,2,3,j =1,2, (6) (1)式中,d ij 是压电常数。 P VDF 压电薄膜的电荷输出是它所有方向的应变在极化方向上作用的响应 Q = ∑d ij E PVDF εj S (2)
压电薄膜传感器及其在心脏监测中的应用
压电薄膜传感器及其在心脏监测中的应用 压电薄膜传感器及其在心脏监测中的应用 一、引言 心脏疾病是造成病残和死亡的常见疾病，在发达国家中，心血管系统疾病已成为最为常见的疾病和致死的重要原因，而随着我国人口老龄化，心血管疾病的比例也一年比一年高。心血管诊断除了临床外，主要依靠医疗器械。心电和心音是检测心血管疾病的两种不同的手段，心电主要应用于心率失常及心肌缺血的定性与定量分析诊断，心血管药物的疗效评价。心音图能够有效的弥补心脏听诊的不足，将心脏听诊不能记录的心音信号或不容易分辨的信号用图形的形式记录下 来，供医生分析使用[1]。心音图结合心电图，能够大大提高心血管疾病的鉴别 和诊断水平，对于了解心血管功能，选择治疗，判断病理以及研究某些疾病的机理都提供了很有价值的资料，应用日益广泛。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，如压电陶瓷传感器、多普勒效应传感器等，但在结构和成本上都存在一定的问题。目前有一种采用新型高分子压电材料聚偏氟乙烯研制的压电传感器，其结构简单，灵敏度高，能准确测量微弱的人体信号。我们将其应用于对人体心音信号的采集，研制了两通道的综合微型记录仪，分别动态记录心音信号和心电信号。实验表明，该薄膜传感器与整机之间结构、性能匹配，该心音心电监测系统能够比较准确地监测分析人体心音心电信号，为系统以后的产品化奠定了基础。 二、压电薄膜传感器的设计 PVDF压电薄膜是一种新型的高分子压电材料，在医用传感器中应用很普遍 [2，3]。它既具有压电性又有薄膜柔软的机械性能，用它制作压力传感器，具有设计精巧、使用方便、灵敏度高、频带宽、与人体接触安全舒适，能紧贴体壁，以及声阻抗与人体组织声阻抗十分接近等一系列特点[4]，可用于脉搏心音等人 体信号的检测。脉搏心音信号携带有人体重要的生理参数信息，通过对该信号的有效处理，可准确得到波形、心率次数等可为医生提供可靠的诊断依据。 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，我们设计薄膜传感器的结构有如同图1所示的几种。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。这样可以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。这样结构设计的缺点是结构不牢固，使用时间 长了需要校正。PVDF压电薄膜的压电常数一般为D33=15×10-12C/N，g值比较高，但是具有很高的内阻抗，一般高达1012Ω，制作出的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
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。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
压电传感器课程设计
压电式传感器的应用 一：概述 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受与检出功能, 并使之按照一定规律转换与之对应有用输出信号的元器件或装置，是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立。 压电式传感器是典型的有源传感器。当压电材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电式传感器具有体积小，重量轻，工作频带宽等特点，因此在各种动态力，机械冲击与振动的测量，以及声学，医学，力学，宇航，军事等方面都得到了非常广泛的应用。本文就压电传感器的工作原理和应用做相关介绍。 二：基本原理 压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。是一种自发电式和机电转换式传感器，它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 三：应用原理 压电式传感器的应用原理就是利用压电材料的压电效应这个特性，即当有力作用在压电元件上时，传感器就有电荷输出。由于外力作用在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，故需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。 压电元件作为压电式传感器的核心，在受外力作用时，其受力和变形方式大
压电式传感器
摘要 (1) 一、引言 (1) 二、压电式传感器原理 (1) 2.1压电传感器所应用的原理 (1) 2.2压电效应的产生 (2) 2.3石英晶体的压电效应 (3) 三、压电传感器在汽车上的应用 (4) 3.1压电式爆震传感器 (4) 3.1.1共振型压电式爆震传感器 (4) 3.1.2非共振型压电式传感器 (5) 3.2碰撞传感器 (6) 3.3压电式加减速传感器 (6) 四、压电式传感器的发展趋势 (7) 参考文献 (7)
压电式传感器及应用 摘要 近年来，由于电子技术的飞速发展，随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使得压电传感器在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。本文将以压电式传感器的应用与发展为核心，首先对压电效应的原理进行介绍，紧接着是在行业、具体工程方面尤其是在汽车领域的应用以及应用的方法，最后介绍了压电式式传感器未来的发展趋势。 关键字：压电式传感器；压电效应；应用；发展 一、引言 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受与检出功能, 并使之按照一定规律转换与之对应有用输出信号的元器件或装置，是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立。 压电式传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 二、压电式传感器原理 2.1压电传感器所应用的原理 压电式传感器所采用的是压电效应，即，当沿着一定方向对某些物质加力而使其变形时，
压电式传感器论文
自动检测换技术 相关知识： 电感式传感器的概述； 电感式传感器的基本工作原理； 电感式传感器的测量转换电路； 典型事例； 电感式传感器的应用领域；
电感式传感器 电感式传感器是一种利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种传感器装置，常用来测量位移、振动、力、应变、流量、加速度等物理量。 电感式传感器是基于电磁感应原理来进行测量的。 电感式传感器的分类 自感型——变磁阻式传感器； 互感型——差动变压器式传感器； 涡流式传感器——自感型和互感型都有； 高频反射式——自感型； 低频透射式——互感型电感式传感器； 电感式传感器的概述： 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 为什么电感式传感器，一般采用差动形式？
采用差动式结构：1、可以改善非线性、提高灵敏度，提高了测量的准确性。2、电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用，作用在衔铁上的电磁力，由于是两个线圈磁通产生的电磁力之差，所以对电磁吸力有一定的补偿作用，提高抗干扰性。 目录 1 简介 2 特点 3 种类
电感式传感器- 简介 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。 电感式传感器- 特点 ①无活动触点、可靠度高、寿命长； ②分辨率高； ③灵敏度高； ④线性度高、重复性好； ⑤测量范围宽（测量范围大时分辨率低）； ⑥无输入时有零位输出电压，引起测量误差； ⑦对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高； ⑧不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。 电感式传感器- 种类 常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸
压电传感器的应用
压电传感器的应用 摘要：传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。传感器的种类非常广泛，其中压电传感器是基于材料的压电效应而制成的器件，其有较长的发展历史。压电材料的种类由最初的压电晶体发展到压电陶瓷、进而发展到压电聚合物及其复合材料。随着物理学、材料科学与各个学科的交叉发展，压电材料被用以研制成了多种用途的传感器，被广泛应用于工程技术各领域，在测量技术中被用来测量力和加速度。 Abstract:Sensor is the main ways and means to obtain information in the field of natural and production . In modern industrial production, especially automated production process, useing a variety of sensors to monitor and control the production process of various parameters,which enable the device to work in a normal state or the best condition, and to achieve the best quality products. Types of sensors is very broad, of which the piezoelectric sensor is based on the piezoelectric effect devices made of material which has a long history of development. Types of piezoelectric material from the initial development of the piezoelectric ceramic piezoelectric crystal, and thus the development of piezoelectric polymers and their composites. With the development of cross-physics, materials science and various disciplines, piezoelectric materials are used for research into a variety of uses sensors are widely used in various
PVDF压电薄膜
PVDF压电薄膜 PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜是本世纪70年代在日本问世的一种新型高分子压电材料。到目前为止，世界上只有少数先进国家生产。PVDF压电薄膜是一种柔软、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。 ?PVDF压电薄膜的应用 o PVDF压电薄膜具有独特的介电效应、压电效应、热电效应。与传统的压电材料相比具有频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、 机械性能强度高、声阻抗易匹配等特点，并具有重量轻、柔软不脆、 耐冲击、不易受水和化学药品的污染、易制成任意形状及面积不等 的片或管等优势。在力学、声学、光学、电子、测量、红外、安全 报警、医疗保健、军事、交通、信息工程、办公自动化、海洋开发、 地质勘探等技术领域应用十分广泛。产品主要有金、银、铝三个品 种，膜厚30—500μm，产品形状、面积大小，可根据用户需要确 定，是制作改进压力动态传感器和超声、智能探测的新型换能材料。 ?PVDF压电薄膜的优点 o PVDF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，其化学稳定性比陶瓷 高10倍，在80℃以下可长期使用。PVDF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；PVDF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；PVDF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)；
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 ——121270036 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1001777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。
压电式压力传感器原理
压电式压力传感器原理、特点及应用 压电式压力传感器的原理 压电式压力传感器的原理主要是压电效应，它是利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成为电量，再进行相关测量工作的测量精密仪器，比如很多压力变送器和压力传感器。压电传感器不可以应用在静态的测量当中，原因是受到外力作用后的电荷，当回路有无限大 的输入抗阻的时候，才可以得以保存下来。但是实际上并不是这样的。因此压电传感器只可以应用在动态的测量当中。它主要的压电材料是：磷酸二氢胺、酒石酸钾钠和石英。而石英呢，其实是一种天然的晶体，而压电效应就是在此晶体的基础上发现的。在规定的范围里， 压电性质是不会消失，而是一直存在的。但是如果温度在这个规定的范围之外，压电性质就会彻底地消失不见。当应力发生变化的时候，电场的变化很小很小，其他的一些压电晶体就会替代石英。酒石酸钾钠，它是具有很大的压电系数和压电灵敏度的，但是，它只可以使用在室内的湿度 和温度都比较低的地方。磷酸二氢胺是一种人造晶体，它可以在很高的湿度和很高的温度的环境中使用，所以，它的应用是非常广泛的。随着技术的发展，压电效应也已经在多晶体上得到应用了。例如：压电陶瓷，铌镁酸压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷等等都包括在内。
压电式压力传感器的特点 以压电效应为工作原理的传感器，是机电转换式和自发电式传感器。它的敏感元件是压电的材料制作而成的，而当压电材料受到外力作用的时候，它的表面会形成电荷，电荷会通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗以后，就会被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出。 它是用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量，例如：加速度和压力。它有很多优点：重量较轻、工作可靠、结构很简单、信噪比很高、灵敏度很高以及信频宽等等。但是它也存在着某些缺点：有部分电压材料忌潮湿，因此需要采取一系列的防潮措施，而输出电流的响应又比较差， 那就要使用电荷放大器或者高输入阻抗电路来弥补这个缺点，让仪器更好地工作。 压电式压力传感器的应用 压电式压力传感器的应用领域很广泛：电声学、生物医学和工程力学等等。它能够测量发动机里面的燃烧压力，也能够应用在军事方面。它可以测量在膛中的枪炮子弹在击发的那一刻，膛压的改变量以及炮口所受到的冲击波压力。它能够测量很小的压力，也能够测量大 的压力。由于它的使用寿命很长、重量较轻、体积较小、结构较简单，因此它所涉及的领域远远不止这些。在对建筑物、桥、汽车和飞机等的冲击和震动的测量，也是非常广泛的。特别是在宇航和航空的领域
压电薄膜传感器设计及电路图详解
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。1F的电容器(C3)构成了低通滤波器，减小了电路对更高频振动的响应。这里最好用薄膜电容器，因为陶瓷电容器可能引入附加的讨厌的压电效应(即常说的颤噪效应)。如果需要额外的低通滤波，在运放的输出端，即图中
PVDF压电薄膜传感器的制作
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/a716285693.html, PVDF压电薄膜传感器的制作 作者：韩莉莉 来源：《智富时代》2015年第09期 【摘要】通过对PVDF压电薄膜压电特性的了解，实验室中制作PVDF薄膜传感器的工 艺流程主要包括薄膜形状的确定、薄膜切割、边缘化处理、电极的引出、加保护层等步骤。在传感器的制作过程中本文还总结出制作工艺中的注意事项。 【关键词】PVDF；压电薄膜；制作工艺 爆炸冲击下测试曲面或脆性材料表面的压力比较困难，设计一种能够直接粘贴在材料表面的传感器十分必要。PVDF作为新型有机聚合物材料，其压电性能好，压电常数d33比较高，是石英材料的十几倍，且PVDF柔和加工性能好，机械强度高，化学稳定性较好，此外对加载信号的响应时间可达到纳秒级，压力的测量范围至Gpa级。基于上述优点，PVDF在动态压力测量领域有应用前景广阔。 一、实验材料的准备 通过对PVDF材料的压电特性、等效模型的分析，对其特征有所掌握，因此针对其特征，课题中通过选用锦州科信电子材料有限公司生产的PVDF压电薄膜来制作用于爆炸冲击力测试的薄膜传感器。 由于PVDF薄膜表面电极很薄，所以不能用常规的焊接方式将电极引出，本课题将通过使用导电银胶的方法把电极用导线引出。除了上述材料外，制作传感器前还应准备好薄铜片、铜导线、剪刀、丙酮、和封装材料等。 二、传感器的结构 所研制传感器需要粘贴在曲面材料或脆性材料的表面，用来测定表面材料受到的冲击力，所以首先要把PVDF薄膜做成传感器的感芯。 使用的PVDF压电薄膜是由上下铝电极和中间PVDF敏感材料组成的三明治结构。试验中剪裁下一定面积的薄膜材料作为感芯，由于表面铝电极很薄且PVDF薄膜承受的温度不能超过80℃，所以用导电银胶把电极和铜线粘贴在一起引出电极。电极和引出导线的接头还裸露在外面，比较容易遭到破坏并且影响传感器的性能，因此在不影响传感器性能的情况下需要在感芯的上下两层加保护层。 三、传感器的制作工艺
压电薄膜的应用
压电薄膜的应用与研究进展 1. 压电传感器的原理 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。压电材料可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。 2. 压电薄膜传感器 20世纪60年代，美国科学家发现在鲸鱼的骨和腱内，存在着微弱的压电效应，于是开始了对其它有可能具有压电效应的有机材料的研究工作。1969年Kawai（凯沃）发现在极化的含氟聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）中有很高的压电能力，其它材料如尼龙和PVC也都具有压电效应，但没有一种能像PVDF及其共聚物一样呈现出那么高的压电效应。 2.1 压电薄膜传感器的特点 PVDF压电薄膜通常很薄，不但柔软、密度低、灵敏度极好，而且还具有很强的机械韧性，其柔顺性比压电陶瓷高出10倍。可以说是一种柔性、质轻、韧度高的塑料膜，可制成较大面积和多种厚度。它可以直接贴附在机件表面，而不会影响机件的机械运动，非常适用于需要大带宽和高灵敏度的应变传递。作为一种执行器件，聚合物很低的声阻抗，使其可以有效的向空气和其它气体中传送能量。 2.2 压电薄膜的压电效应和特性参数 共聚物聚偏氟乙烯（PVDF）是一种经特殊加工后能将动能转化成电能的聚合体材料，具有很高的压电性能。应用此种压电材料制成的传感器，当受到机械冲击或振动时，压电材料原子层的偶极子（氢—氟偶对）的排列顺序被打乱，并试图使其恢复原来的状态，这个偶极子被打乱的结果就是一个电子流的形成而产生电荷，这就是PVDF的压电效应。此压电效应是可逆的，它可以把机械能转换为电能，也可以把电能转换为机械能。即当有外载荷施加到传感器上时，就会产生电荷（电压），而当卸去外载荷时，就会产生一个极性相反的信号。它产生的电压可以相当高，但传感器产生的电流却比较小。
DT系列压电薄膜传感器
DT系列元件(部件号:见典型参数表) 应用:检测振动或冲击的动态应变片和接触式传声器. 特点:有未加引线的元件,客户可根据自己的需要加引线. 典型参数: 有引线的DT系列 尺寸（单位：英寸）（括号中数字单位：毫米） 备注 名称 A薄膜B电极C薄膜D电极t(μm)电容量( nF)部件号 DT1-028K .64(16.26).484(12.29) 1.63(41.4) 1.19(30.17)40 1.381-1002908-0 DT1-052K .64(16.26).484(12.29) 1.63(41.4) 1.19(30.17)700.742-1002908-0 DT2-028K .64(16.26).484(12.29) 2.86(72.64) 2.42(61.47)40 2.781-1003744-0 DT2-052K .64(16.26).484(12.29) 2.86(72.64) 2.42(61.47)70 1.442-1003744-0 DT4-028K .86(21.84).74(18.79) 6.72(170.69) 6.13(155.7)40111-1002150-0 DT4-052K .86(21.84).74(18.79) 6.72(170.69) 6.13(155.7)70 5.72-1002150-0 金属化压电薄膜片 尺寸（单位：英寸）（括号中数字单位：毫米） 备注 厚度 A薄膜B电极C薄膜D电极t(μm)金属化 部件号 28μm 8(203) 7.5(190) 5.5(140) 5(127) 28镍铜合金 1-1003703-4 28μm 8(203) 7.5(190) 11(280) 10.5(267) 28镍铜合金 1-1003702-4 28μm 8(203) 7.5(190) 5.5(140) 5(127) 40银墨电极 1-1004347-0 28μm 8(203) 7.5(190) 11(280) 10.5(267) 40银墨电极 1-1004346-0 52μm 8(203) 7.5(190) 5.5(140) 5(127) 52镍铜合金 2-1003703-4 52μm 8(203) 7.5(190) 11(280) 10.5(267) 52镍铜合金 2-1003702-4 52μm 8(203) 7.5(190) 5.5(140) 5(127) 64银墨电极 2-1004347-0 52μm 8(203) 7.5(190) 11(280) 10.5(267) 64银墨电极 2-1004346-0 110μm 8(203) 7.5(190) 5.5(140) 5(127) 110镍铜合金 3-1003703-4 110μm 8(203) 7.5(190) 11(280) 10.5(267) 110镍铜合金 3-1003702-4 110μm 8(203) 7.5(190) 5.5(140) 5(127) 122银墨电极 3-1004347-0 110μm 8(203) 7.5(190) 11(280) 10.5(267) 122银墨电极 3-1004346-0 无引线 的 DT 元件 尺寸（单位：英寸）（括号中数字单位：毫米） 备注 名称 A薄膜B电极C薄膜D电极t(μm)电容量( nF)部件号 DT1-028K .64(16.26) .484(12.29) 1.63(41.4) 1.19(30.17)40 1.381-1002608-0 .484(12.29) 1.63(41.4) 1.19(30.17)700.742-1002608-0 DT1-052K .64(16.26) .484(12.29) 2.86(72.64) 2.42(61.47)40 2.781-1003752-0 DT2-028K .64(16.26) DT2-052K .64(16.26) .484(12.29) 2.86(72.64) 2.42(61.47)70 1.442-1003752-0 DT4-028K .86(21.84) .74(18.79) 6.72(170.69) 6.13(155.7)40111-1002149-0 DT4-052K .86(21.84) .74(18.79) 6.72(170.69) 6.13(155.7)70 5.72-1002149-0
压电式传感器实验报告
压电式传感器测振动实验 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加 速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感 器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤： 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端V o1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。
3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器 波形。 4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。
光纤式传感器测量振动实验 一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。 三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤 1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi相接，低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。