基于驻极体压力传感器的脉搏监测系统

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脉搏监测是中国传统医疗中最重要的诊察手段之一,中医医师通过“切脉”即可判断病人身体状态,如果能提取出脉搏中蕴含的多类生理信号,并加以分析总结,就可以帮助人们进行自身身体状况的评估(包括早期疾病预防、急性病症判断等)。在移动医疗迅猛发展的今天,将脉搏监测便携化实时化,对人们自身的健康评估具有重要意义。目前,一些脉搏监测技术存在着体积大、精确度低、灵敏度不够、工作稳定性差等缺点,很难实现真正的商业应用。为了弥补上述缺陷,本论文开发了基于FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)材料的柔性驻极体压力传感器,并以该传感器为核心搭建了便携式脉搏监测系统,成功实现了对脉搏信号的实时监测。主要研究内容与结果如下:  1.对驻极体压力传感器的工作原理和输出特性进行分析,并在器件结构设计上进行改进。理论上,利用有限元模拟分析手段确定了电极和聚合物薄膜纵向交替排列的结构能够增大传感器输出;实验中,通过引入支撑结构,该传感器的输出可以提高到原来的8倍以上,而且该支撑结构密度与传感器输出呈正相关关系。  2.在相同条件下,对比了 PTFE(聚四氟乙烯)、PP(聚丙烯)、FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)和PI(聚酰亚胺)四种经典驻极体材料的表面电位数值和相应的传感器输出,发现FEP的稳定表面电位约为-1.3kV,接近PTFE(-1.5kV),较PP(-1 kV)和PI(-0.1 kV)高,相应的传感器输出电压高达1.5 V。最后,综合考虑传感器输出、表面电位、加工难易程度、成本等因素,FEP被选为驻极体压力传感器的核心材料。  3.基于 FEP材料制备的驻极体压力传感器经过结构优化后具有高灵敏度、高稳定性。在1 N的外力作用下,其输出电压高达1.4 V,而商用的PVDF(聚偏氟乙烯)压力传感器在相同力作用下输出电压只有0.2 V左右;此外,在10000次的持续击打下,传感器的输出性能稳定不变。  4.以FEP驻极体压力传感器为核心,基于移动医疗舒适、便携的思想,利用高度集成化的测试电路,开发出了便携式脉搏监测系统,并利用该系统成功实现了脉搏信号监测并在便携LCD上进行了实时显示。
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