柔性压电薄膜传感器在移动穿戴领域应用介绍

近年来随着人们生活水平的提高和远程医疗概念被人们所接受，现有的医疗设备已不能满足人们的需求。传统的医疗检测仪器大多存在以下缺点 :

①仪器操作复杂，对操作专业性要求高 ;

②患者必须到医院监测，不能实时监测 ；

③仪器笨重，便携性差，不能很好地满足远程医疗服务等。

伴随着柔性电子材料、智能传感器元件、低功耗处理器、通信技术和信号处理方法等的发展进步，生理检测设备近年来向更准确化、小型化、网络化、低成本化的方向发展。国内院企机构相继开发形成了各种人体生理参数实时监测和穿戴医疗系统设备，其中比较典型的有：欧盟资助的穿戴医疗保健项目AMON、LIFBELT、WEALTHY、My Heart等 ；美国Vivo Metrics公司开发的穿戴医疗产品Life shirt；葡萄牙阿威罗大学研制的Vital Jacket；德国不来梅大学研制的CHRONIOUS等 。

这些穿戴监测系统，利用新颖的生理参数传感器，结合嵌入式设备、移动终端和个人电脑，基于有线或蓝牙、Wi-Fi、Zig Bee等无线通信技术，获得了心电、血压、体温、血氧饱和度等重要生理信号。基于柔性聚偏氟乙烯（PVDF ) 压电薄膜传感器 ，可以在自然 、无压迫状态下实现脉搏、血压、呼吸等要生理参数连续监测的移动穿戴式设备开发。

PVDF是具有压电效应的新型高分子力敏材料 。PVDF薄膜材料相较管传统压电材料具有频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高等特点。其输出电压与所受外力呈线性关系，当薄膜受到外力作用产生机械形变时，产住的电荷量与受力情况呈线性关系。所以人体呼吸的周期性腹腔体积变化和脉搏搏动都可以利用PVDF穿戴式传感器来进行初步采集。

以人体需要检测的生理数据为目标，将压电薄膜传感器集成在移动穿戴设备中分布在人体周围，再通过无线方式组成一个完整的通信网络。可以打造一个完整的监测系统。

如图所示，是结合穿戴式压电薄膜传感器和物联网技术搭建的健康监测系统。系统采用模块化结构设计 ，由穿戴式传感器、移动终端、云端服务中等部分组成。其中穿戴式传感器全部由PVDF压电薄膜制成，它们作为监测节点和感知末梢通过蓝牙与移动终端连接。利用移动终端、穿戴显示设备实现控制节点互通信。可以实现呼吸波和脉搏波的数据接收和波形显示，呼吸率、脉率、心跳等生理参数的数值计算，这些将能帮助用户实现数据采集分析及监测等，辅助实现运动管理、远程医疗及睡眠监测等等。

▲基于压电薄膜传感器的穿戴式徤康监测系统

脉搏和呼吸是反映人体健康的重要生理参数，如今在很多场景中应用广泛，常见的穿戴式传感器得到呼吸、脉搏信号的方式可分为两种：

第一种通过其他生理信号（如：心电、血氧）进行推导，这种方法得到的脉搏、呼吸信号无法体现真实的信息；

第二种通过呼吸体积描记法进行实测，这种方法使用的传感器体积巨大、不方便携带。

PVDF压电薄膜具有频响范围宽、灵敏度高、质量轻、柔软不脆、耐冲击、不易受水和化学药品污染、可以制成任意形状等优势，适合集成在各类移动穿戴设备上。监测系统可以利用蓝牙设备实现了传感器与系统的智能手机间的通信，完成所需要的数据接受、采集与显示等。

▲慧闻科技最新上市的SPE-01型压电薄膜传感器

利用PVDF压电薄膜传感器集成的移动穿戴设备，使使用者可以在自然、无压迫状态下获得脉搏、血压、呼吸等主要生理参数数据，了解不同运动状态下的身体状况，其既适合专业医院，也适合家庭使用，同时也适合个人运动监测，为相关疾病的早期发现 、运动状态的管理、睡眠质量的监测提供了良好的技术支持手段。

慧闻科技在继压阻型柔性压力传感器之后，又开发出了多款SPE系列压电型薄膜压力传感器，在触觉传感领域丰富了产品线的同时，也能为各友商提供了更多解决支持方案。SPE系列薄膜压电传感器是一款高灵敏度动态应变传感器，该产品具有结构简单、厚度薄、质量轻、灵敏度高、柔韧性好、耐弯折、抗化学腐蚀等特点，可广泛应用于振动检测、脉搏、心率、呼吸监测、人机交互等相关领域。

排版 | 慧闻科技

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企业简介

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苏州慧闻纳米科技有限公司是一家从事智能传感器研发、生产和销售，同时提供人工嗅觉解决方案的国家级高新技术企业。公司于2014年由来自前NASA的科学家团队在苏州成立，目前已研发出针对多种有毒有害气体（如甲醛、酒精、氨气、一氧化碳、氮氧化物、硫化氢、甲烷、TVOC 等）的传感器芯片及相应的检测模块，在昆山建成了MEMS气体传感器、热电堆温度传感器、柔性压力传感器、红外CO2传感器模组、激光PM２.５传感器生产线，目前其它MEMS传感器也将陆续量产。目前公司与中科院、清华等单位共同承担科技部2030“面向新一代人工智能的新型感知器件和芯片技术”的重大科技专项，与姑苏实验室合作开展人工嗅觉平台研发项目；2021年公司牵头承担了多项重点研发计划，主要负责相关智能传感器的研发；公司还入选工业信息化部家电智能控制部件及算法“一条龙”应用示范参与单位，所属环节为元器件，主要工作是基础元器件性能、可靠性提升，这也标志着慧闻科技智能气体传感器成为国家新型战略产业链、供应链中关键的基础元器零部件。

公司开发的多通道气体传感阵列芯片及其检测系统具有功耗低、体积小、灵敏度高、选择性好、智能化、可集成等诸多优点。目前通过集成于智能手机中，使手机具有“嗅觉”功能，可对环境气体进行自动识别和定量检测。目前，公司已经申请发明专利及软件著作权九十多项，四十多项已获得授权。公司接下来在不断拓展传感器检测气体种类的同时，还将在精准识别、精确检测上不断完善，让微型模块化的“电子鼻”系统能够集成到越来越多的智能终端设备中，积极拓展在人工嗅觉领域的应用。

公司的使命是“智慧感知、健康生活”，为客户和社会持续创造最大价值。公司内部树立了“专业致精，管理规范，服务至诚，追求卓越”的质量方针和“环保优先、安全第一、质量至上、以人为本”的质量健康安全环保的理念。

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