基于ELC谐振器的湿度传感器

LC谐振式湿度传感器因无源无线,可极大拓展传感器应用范围,已成为湿度传感器的研究热点之一.将超常媒质(metamaterials)应用在谐振器的结构选择上,解决了传统LC谐振式传感器尺寸过大,灵敏度较低的问题.湿度传感器由电耦合LC谐振器(ELC谐振器)和聚乙烯醇(PVA)敏感薄膜构成.首先利用电磁仿真软件,分析ELC谐振器主要结构参数对谐振特性的影响,设计和制作谐振频率为2.45 GHz的谐振器,品质因数达到302.然后通过滴涂法将制备好的感湿材料聚乙烯醇溶液涂敷在ELC谐振器表面制作湿度传感器,并进行了湿度敏感测试.实验结果显示:ELC谐振器在全频段内磁导率均为正,在频段2.19 GHz~2.98 GHz内介电常数为负,具有超常媒质特性;湿度传感器在相对湿度35% RH~88% RH范围内,谐振频率共偏移69.875 M,且在83%~88% RH湿度范围内感湿灵敏度η达到71.5 MHz/% RH.研究表明ELC谐振器因超常媒质特性实现了结构小型化,且由于品质因数较高改善了湿度灵敏度.     

Terfenol-D/SAW谐振器/Terfenol-D复合磁传感器

设计了一种由超磁致伸缩材料Terfenol-D和SAW谐振器构成的复合磁传感器,在磁场作用下,Terfenol-D沿长度方向伸缩,并将应力应变传递至SAW谐振器,使其产生应变,造成谐振频率改变,通过测量SAW谐振器谐振频率的变化来测量磁场强度.分析了该磁传感器的传感原理,建立了该复合磁传感器的静态模型,对弹性敏感元件进行了受力分析,根据压磁方程和受力平衡得到该磁传感器的静态特性.实验结果表明:该复合磁传感器灵敏度可达341.6Hz/Oe,较Terfenol-D/SAW谐振器结构灵敏度提高了3倍;测量谐振频率的分辨率为1Hz,SAW谐振器频率稳定度为0.1×10-6时,该磁传感器对磁场的分辨率为10-6T.     

基于超支化聚合物的声表面波化学毒剂传感器

基于声表面波（SAW）技术的化学毒剂传感器在检测下限、响应速度以及减小温度、湿度交叉敏感等方面还需进一步提高。提出了在SAW双端口谐振器上涂敷超支化聚合物的方法提高传感器的检测下限和灵敏度。通过建立Van Dyke模型,分析了敏感膜对SAW化学毒剂传感器Q值、插入损耗以及电路阻抗匹配的影响。利用谐振器代替延迟线,确保了器件具有插入损耗、高Q值的特点。实验证实,在谐振器的中心栅结构上涂覆聚合物可以减小粘弹性聚合物对谐振器插损、Q值以及输入输出阻抗的影响。对设计的化学毒剂传感器进行了沙林毒剂检测实验,采用315MHz的SAW谐振器结合超支化聚合物膜,检测沙林气体浓度为5．0mg／m^3。实验表明：这种传感器的灵敏度可达到600Hz／mg／m^3,响应时间为50s,恢复时间约为60s。     

一种谐振器型单端SAW湿度传感器测试系统

声表面波(SAW)传感器已经广泛应用在各个领域.本文介绍了一种基于改进皮尔斯振荡器,中心频率为433.92MHz的谐振器型单端SAW(SAWR)湿度传感器的测试系统,经测试该办法可有效抑制同频点传统SAW振荡器所产生的87MHz附近的谐波,并能有效提高输出信号的功率.本文采用有机复合材料酞菁铜(CuPc)掺杂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为SAW传感器敏感膜进行了湿度测试,并讨论了膜层厚度对传感器特性的影响.     

双声路声表面波毒剂传感器的设计

对声表面波（SAW）芯片结构类型、参数条件、覆膜方法及制作工艺流程进行了详细研究,设计了一种新型双声路谐振器型SAW毒剂传感器,并以聚表氯醇PECH为敏感膜材料,测试了该传感器对芥子气（HD）的检测性能,结果表明：该传感器具有稳定性好、灵敏度高、响应快速、适于连续实时检测等特点,为发展毒剂检测器材提供了依据。     

含Pd纳米线SAW气体传感器氢敏特性分析

基于COMSOL Muhiphysics软件,建立了含Pd纳米线的声表面波(SAW)传感器三维模型,以YZ铌酸锂为压电基底,叉指电极固定于基底表面,分析了Pd纳米线长度对模型本征频率的影响.对电极施加20V电压得到了不同氢气体积分数下电极上电导纳值和本征频率偏移值.通过磁控溅射制作了Pd薄膜,设计了SAW传感器测试夹具,得到了传感器氢敏特性.将仿真值与实验值进行对比,得到了含Pd纳米线氢敏材料的SAW传感器具有比含面形Pd膜传感器更高的灵敏度.     

平面电容传感器设计及在材料探伤中的应用研究

材料内部不同损伤具有不同的介电特性,利用平面电容传感器可以实现无损检测。平面电容传感器电极位于同一平面,敏感场非均匀分布,电极结构是影响传感器敏感场分布的主要因素。研究敏感场分布特性有助于提高传感器测量精度。本文基于有限元研究了不同电极结构的平面电容传感器,仿真结果表明,矩形叉指电极敏感场分布均匀性好。分别优化矩形叉指电极和圆形电极结构参数,并基于PCB工艺研制传感器用于材料损伤检测。实验验证了平面电容传感器用于材料探伤的有效性,且矩形叉指电极传感器测量效果优于圆形电极。     

声表面波质量传感器

在128°Y切割X传播方向上的LiNbO3基片上设计并研制了新型声表面波(SAW)质量传感器.它将输入叉指换能器激发的SAW中心对称分成两路并由各自的输出叉指换能器检测输出.由于环境温度对SAW延迟线振荡器的振荡频率影响较大,传感器的输出不仅决定于质量沉积区所沉积的质量,还决定于测量时所处的环境温度.为此,在SAW质量传感器测量时,同时监测传感器的输入信息质量沉积区的质量和环境温度及其输出频率信息,采用多传感器信息融合技术进行融合处理,质量传感器的温度灵敏度分别从α s0.2=0.8007/℃,α s0.6=0.2488/℃提高到α' s0.2=1.71×10-2/℃,α‘ s0.6=3.28×10-3/℃.     

基于LCP衬底的柔性湿度传感器研究

介绍了一种新型柔性电容式湿度传感器.该柔性电容式湿度传感器采用液晶高分子聚合物(LCP)作为衬底,金属铜(Cu)作为叉指电极,聚酰亚胺(PI)作为湿度传感器的湿敏介质.LCP衬底的应用使得该传感器具有良好的柔性和可弯曲性.该柔性湿度传感器与传统硅基湿度传感器相比较具有成本低廉、结构简单、制作方便等优点.该柔性湿度传感器在25℃下的平均灵敏度为0.04%pF/%RH,最大回滞为±4.16%RH,其平均灵敏度在25℃~70℃范围内受温度影响较小.在25℃下其响应时间和恢复时间分别为36 s和39 s.该柔性湿度传感器可以应用于环境湿度检测、人工电子皮肤系统和可穿戴设备等领域.     

一种电压输出型CMOS集成电容湿度传感器

设计一种湿度传感器。该传感器选用聚酰亚胺作为湿度传感器的感湿介质,采用叉指电容式结构以增加感湿灵敏度,以电荷转移电路为微电容测量电路,用0.35μm多晶硅栅进行设计,形成单片集成湿度传感器。整个组成电路均与CMOS工艺兼容。仿真结果表明:在测量激励方波激励下,片上湿度传感器在27℃下模拟显示出较好的直流电压输出特性。     

基于MWCNTs/Nafion复合膜的高性能声表面波湿敏传感器研究

湿度检测广泛应用于工业、医疗等各个领域,对高性能湿度传感器的需求日趋迫切。首先对声表面波传感器敏感机理进行了深入的分析,得到影响其性能的主要因素。在此基础上研制出一种以多壁碳纳米管(MWCNTs)和Nafion复合材料为湿敏膜,高频声表面波谐振器为换能元件的高性能湿敏传感器。实验表明,制得的湿敏传感器在宽湿度范围内(1...     

水热腐蚀铁钝化多孔硅的湿敏特性研究

采用水热腐蚀铁钝化法在单晶硅片上生长铁钝化多孔硅(IPS)薄膜,以IPS为感湿介质制成湿敏元件。在不同湿度环境以及测试频率下,测出其电容值,得到了IPS的湿敏特性曲线。研究发现,当相对湿度从11%RH逐渐增加到95%RH的过程中,在测试频率为100Hz时,IPS湿敏元件的电容值增大幅度达1500%,电容响应时间在升湿过程和脱湿过程分别为15s和5s,并且IPS湿敏元件的温度系数在15℃到35℃的范围内较小。结果表明:IPS湿敏元件的特性包括灵敏度、响应时间以及温度系数等均优于多孔硅(PS)湿敏元件的特性。     

基于延迟线理论的新型无源声表面波传感器研究

基于声表面波的延迟线理论,设计出一款新型的无线无源SAW温度和压力混合传感器.该传感器中温度对信号的影响掺杂在检测压力变化的信号中,通过引入权重因子,把压力信号从温度和压力共同影响的混合信号中分离出来,从而达到温度和压力同时检测的目的.此设计充分利用了IDT的转换能量,减少了信号之间的干扰,并对IDT及反射器进行优化设计,提高了传感器的灵敏度.此传感器具有无线无源等特点,适合在复杂环境下工作.     

Humidity sensing and electrical properties of a composite material of nano-sized SiO2 and poly(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate)

A composite material of nano-sized SiO₂ and poly(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate) (poly(AMPS)) was used to make a humidity sensor. The infrared (IR) spectra and microstructure of the material were analyzed, and the humidity sensing and electrical properties of the sensor were measured. The sensor well responded to humidity with a relative good linearity, though it depended on the applied frequency. The temperature influence between 15 and 35 °C was −0.71 and −0.15% RH/°C at 30 and 90% RH, respectively. The sensor showed a negligible hysteresis and fast response time upon humidification and desiccation. The stability of the sensor in a highly humid and alcoholic environment increased with increasing the SiO₂ content. The activation energy for conduction reduced with water adsorption. The different impedance plots observed at low and high relative humidity suggested different sensing mechanisms of the SiO₂/poly(AMPS) composite material.     

基于射频技术的无线智能传感标签设计

针对目前普通电子标签和现有传感标签功能的局限性,设计了一种集射频识别、传感信息采集、物流仓储信息显示于一体的特高频（ UHF）智能传感标签。该标签采用ATmega 328P为控制核心,温湿度传感器SHT10、运动传感器MPU6050为感知器件,LED作为信息显示器件,UHF无源标签芯片UCODE I2 C作为射频信号的收发器,在减少功耗的同时,实现了环境监测、姿态监控和物流操作信息提示。     

可用于环境监测的无线传感器网络节点的设计

提出了一种新的可用于对环境中温度、湿度、光强数据进行监测无线传感器网络节点的设计方案。详细介绍了节点系统的硬件和软件实现,并通过实际组网测试,结果表明:节点可以广泛用于环境监测,从而验证了设计方案的可行性。     

A straightforward method of measuring MPRT using LC test cells

Abstract— A simple method based on integration over time to measure motion‐picture response time (MPRT) has been developed. Liquid‐crystal response time (LCRT) alone cannot express the motion blur perceived by the observer; one must also take into account the transition between intermediate gray levels and the sample‐and‐hold effect. The method shows similar results to other previously reported methods based on temporal integration, while being simpler and more straightforward. Indeed, just monopixel test cells are required for measuring MPRT. This method can be used for comparison between different materials, alignments surfaces, or other manufacturing details with no need of fabricating the whole LCD structure. Nevertheless, the method could also be used for characterization of commercial displays with major changes. A comparison of MPRT values for three different liquid‐crystal materials is presented in this work. The behavior of the MPRT parameter in the case of an ideal liquid‐crystal material with an LCRT equal to zero has also been studied. The results obtained for this material have been used as a reference to establish comparisons with real materials.     

多孔硅湿敏元件的频率特性

用多孔硅作为湿敏元件, 室温下在20Hz~100kHz频率范围,湿度从11%RH升至95%RH进行实验。结果表明:不同测试频率对多孔硅湿敏元件有较大影响,低频范围测量灵敏度高;高频范围效果不佳。讨论了频率影响的机理,其理论分析和实验结果一致。