高空湿度探测用加热式湿度传感器的研制

为实现高空高湿环境下对湿度的准确测量,本文设计和研究了集成加热功能的湿度传感器,在探空仪进行高空湿度探过程中利用两只加热式湿度传感器进行轮流加热除湿和湿度测量。通过对聚酰亚胺湿敏材料进行改性和合成,设计和制作了加热式的电容型湿度传感器,其灵敏度为0.2195 pF/%RH、响应时间小于1 s、湿滞为4.8%RH、半年漂移量在±0.3%RH以内。通过分析不同温度下的加热恢复时间,制定了加热式湿度传感器轮流工作的机制,轮流加热时间和周期分别为2s和120 s。并利用数据采集电路以及GPS探空仪对加热式湿度传感器进行了地面静态性能和高空动态性能测试,其高空湿度探测结果与VA SALA RS92的显示出较好的一致性和较低的湿度误差。本文研制的加热式湿度传感器能具有良好的地面性能,实现了交替加热除湿和湿度测量的功能,具有高空湿度探测的应用潜力。     

片上加热电容式湿度传感器研究

提出了一种集成加热结构的电容式湿度传感器结构。对传感器的稳态加热特性进行了分析,并利用红外线热成像技术对传感器加热过程以及稳态温度响应进行了研究。在5 V电压信号的加热下,传感器温度上升约30℃,且温度分布均匀,传感器敏感区域温差<4℃。在加热与不加热条件下,分别对传感器的湿度敏感特性与响应时间特性进行了测试。不加热时,传感器的灵敏度为0.00913 pF/%rH,回滞≈0.12 pF,响应时间约120.8 s;以5 V脉冲信号加热后,传感器灵敏度为0.00903 pF/%rH,最大回滞≈0.025 pF,响应时间约75.2 s。加热后传感器性能有了显著提高。     

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.     

高分子湿度传感器的湿滞建模与智能补偿

高分子湿度传感器在测量过程中由于存在着湿滞特性影响了其测量的精度.根据湿滞特性表现出的分段线性性质与T-S模糊建模原理的相似性,提出利用T-S模糊建模的思想对高分子湿度传感器的湿滞非线性环节进行建模,进而建立起湿滞环节的逆模型,并采用其逆模型实现对湿滞环节的智能补偿.仿真结果表明:经湿滞补偿后,高分子湿度传感器的湿滞由5.56%RH减小到0.045%RH.     

基于一维纳米材料的双层微波湿度传感研究

微波湿度检测方案在传感技术的推进下逐渐形成并得到全面发展,现阶段的研究主要从微波器件的结构设计展开,而忽视了对应的湿敏材料制备及优化。一维纳米材料因其高比表面积和孔隙率,是有助于提高检测灵敏度的优选敏感材料。本文设计了一款基于新型分裂环谐振器的双层微波传感器,利用高压静电纺丝技术制备了聚丙烯腈一维纳米材料,将该湿敏材料置于器件强电场聚集区域,在10 %RH~90 %RH湿度范围内实现了0.05 dB/%RH(基于插入损耗)、0.15 °/%RH(基于相位)的检测灵敏度、1.63 %RH(基于插入损耗)、3.56 %RH(基于相位)的湿滞,在稳定性检测中实现了最大误差0.21 %RH。结果表明除微波检测电极设计,湿敏材料的制备工艺也显著影响了微波湿度传感器的检测特性。     

基于丝网印刷的柔性湿度传感器研究

柔性是可穿戴类设备的基本属性,柔性湿度传感器可以用于检测皮肤湿度、呼吸频率等与人体健康密切相关的生理参数。为了满足丝网印刷的工艺需求,提出了一种银导电墨水的制备方案,分析了加热板、回流焊、马弗炉以及真空管式炉四种不同退火方式对银导电薄膜生长的影响,发现了加热板烧结后的银导线导电率高且成品阻值方差小。使用导电墨水制备电极,聚苯乙烯磺酸钠作为湿敏材料,在柔性衬底聚酰亚胺上印刷制备了平板式电容湿度传感器。该传感器在10%RH～90%RH湿度范围内可实现16.27 pF/%RH的灵敏度和1.65%RH的湿滞,具有良好的稳定性(最大误差0.22%)。通过对导电墨水的制备和烧结方式的研究,利用丝网印刷工艺制备了电容式柔性湿度传感器,为柔性湿度传感领域提供了参考。     

基于MEMS工艺的压阻式湿度传感器的设计制作

提出用硅-硅直接键合的SOI片制作压阻式湿度传感器.它是利用涂覆在硅膜上聚酰亚胺膜吸湿发生膨胀,导致双膜结构发生弯曲产生应力的原理进行工作的.为了确定传感器结构、优化尺寸,采用ANSYS软件进行了模拟计算、设计了MEMS湿度传感器的制造工艺,对制作的微湿度传感器进行了测试,其灵敏度为0.21 mV%RH,最大湿滞为8%RH.     

多孔硅相对湿度传感器的设计

基于对三明治型与平铺型两种多孔硅湿度传感器结构的灵敏度分析与比较,结合两种结构的优点,设计出新的传感器的结构。通过对该结构湿度传感器的性能测试,得出该传感器的灵敏度为1.1 pF/RH%,响应时间为73 s,温度湿度系数为0.5%RH/℃,该湿度传感器适用于在中低湿环境中测量,在每隔20 d的时间对传感器跟踪测试,证明该传感具有较好的稳定性。此外为了传感器可以自解吸附,该传感器采用多晶硅为传感器加热除湿,在金属电极上溅射一层钝化层以防止电极被水汽腐蚀。     

降低高分子电容式湿敏元件湿滞的实验研究

针对高分子电容式湿敏元件的湿滞无法通过后续电路完全实现补偿的问题,提出了从高分子电容式湿敏元件本身降低湿滞的方法。主要从制作工艺、湿敏材料的选择两方面进行了实验验证,并对制作完成的高分子电容式湿敏元件进行性能测试与数据分析。实验结果表明：通过控制制作工艺和对湿敏材料进行改性可以降低湿滞,湿滞优于1.5%RH。采用该方法制作的湿敏元件无需再次通过后续电路进行湿滞补偿。     

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。     

聚酰亚胺电容式湿度传感器的制备工艺研究

改变传统丝网印刷制作电极的方法,采用正胶反刻、干湿结合的CMOS工艺研制出了以聚酰亚胺为感湿介质的相对电容式湿度传感器。并对其结构进行了理论分析,确定了湿度传感器的工艺步骤和版图设计。对其测量范围、湿滞和响应时间进行了测试。通过实验结果与模拟结果的对比分析,给出了该实验中存在的问题和改进意见。     

基于LiCl湿敏涂层的QCM湿度传感特性的研究

对0.2%质量比LiCl薄膜涂层的QCM湿度传感单元湿敏特性进行了系统性的研究。研究结果表明:0.2%质量比LiCl—QCM的湿度传感单元的线性测量范围为13%～94%RH,克服了常规LiCl湿敏材料传感单元量程窄的缺点。另外,此湿度传感单元还具有重复性好、灵敏度高、湿滞小(小于10 Hz)、数字频率化输出等优点,因而,具有较好的潜在应用前景。     

常温下氧化钨基NO2传感器气敏特性的光照强度依赖研究

为了研究WO3的常温气敏性能,以热氧化钨丝的方法制备WQ3纳米材料并制作厚膜气敏元件,通过XRD对材料的晶体结构进行表征,对敏感元件进行了气敏性能测试,测得该元件在常温、0.4W/cm2紫外光(波长:300～450nm)辐照条件下对50ppm的NO2的灵敏度S=15.4,响应时间τres=2.5s,恢复时间τrec=18.1s;在加热功率为0.81W条件下,元件对50ppm NO2的灵敏度为S=22.5,响应时间τres=1.5s,恢复时间τrec=10.7s,研究了灵敏度对光功率密度和加热功率的依赖关系,实验结果表明WO3纳米材料在常温、紫外光照条件下对NO2具有较好的气敏性能.     

一种基于TiO2纳米棒阵列的快速响应湿度传感器研究

通过水热法使TiO2纳米棒阵列直接生长在叉指电极之间,并制备成湿度传感器.纳米棒疏松多孔,直径大约20 nm,长度1μm.在相对湿度6％～97％RH的范围内传感器的电阻变化达3个数量级,感湿曲线的线性较好,湿滞较小.由于纳米棒生长方向一致,形成了许多有利于水分子进出的水汽通道,有效提高了传感器的响应特性,该传感器的响应时间为2s,恢复时间为6s.     

基于柔性打印技术的纳米湿度传感器

研制了一种基于柔性打印技术的纳米湿度传感器,利用氧化石墨烯水溶液对富勒烯粉末进行分散并制成湿敏薄膜,用于修饰打印在聚酯基板上的银叉指电极.考察了频率对传感器灵敏度的影响,研究了传感器的动态响应特性和稳定性,并通过复阻抗谱图分析了传感器的湿敏响应机制.采用打印技术构建的纳米湿度传感器具有成本低、响应时间短、可在柔性衬底上...     

陶瓷传感器的现状与发展趋势

4.湿度传感器多孔陶瓷湿敏元件的测湿范围宽(1～100%RH)、工作温区宽(1～400℃)、响应时间短(5～30s),因而成为主要的湿度传感器.按导电机制分有离子型、电子型和介电型[50],按温度分有常温类和高温类,还有相对湿度类和绝对湿度类之分.本文则按材料的结构类型,分述尖晶石型、钙钛矿型和其它结构多孔陶瓷.     

基于MEMS的镍薄膜加热器催化传感器研究

设计了基于微机电系统(MEMS)工艺,以镍薄膜作为加热体的新型催化传感器。通过磁控溅射沉积、刻蚀等工艺制成镍薄膜加热器,并对其进行了稳定化热处理以及防氧化聚合物涂层处理。传感器性能测试结果表明:镍薄膜加热器具有良好的抗高温氧化能力;气氛老化可缩短50%的老化时间;甲烷气体浓度与灵敏度呈良好的线性关系;对甲烷的灵敏度约为30 m V/1%Vol;传感器功耗约为150 m W,零点和灵敏度年漂移小于1. 5%LEL。     

SnO2/MWCNTs/PVP电阻式柔性湿度传感器的制备及其性能研究

柔性湿度传感器在可穿戴式健康监测中发挥重要作用,合理选择柔性传感器的材料和工艺是制备柔性传感器的关键。为实现柔性基底的高性能湿度传感器,通过静电纺丝工艺在带有柔性电极的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的衬底上制备出SnO₂(二氧化锡)/CNT(MWCNTs多壁碳纳米管)/PVP(聚乙烯吡咯烷酮)湿度传感器和CNT/PVP湿度传感器。通过自主设计湿度生成和测试装置,对两种传感器的灵敏度、响应时间等参数进行测试。实验结果表明,两种湿度传感器输出阻值与相对湿度之间呈线性关系,SnO₂/CNT/PVP传感器的灵敏度是CNT/PVP传感器的3.3倍,说明掺杂SnO₂能显著提高SnO₂/CNT/PVP湿度传感器的灵敏度特性。     

基于金属有机框架化合物修饰的QCM湿度传感器

提出一种基于自行合成的钴金属框架化合物Co2(oda)2(4,4’-bipy)修饰的石英晶体微天平(QCM)的新型湿度传感器,研究了其制备条件、不同溶剂和不同修饰量对传感器性能的影响。实验结果表明:水在1.2×10-6～20×10-6范围内与频率变化量呈良好的线性关系,其相关系数为0.99903,检测灵敏度可达到87.40 Hz/10-6,检测限为0.16×10-6(信噪比为3∶1)。将此传感器在实际环境中对11%～95%RH进行了检测,结果显示频率对数变化logΔf与%RH呈良好的线性关系,其线性方程为logΔf=1.414 2+0.018 18%RH,R=0.999 65。该湿度传感器具有制备简单、体积小、选择性好、灵敏度高、稳定性好等特点,为湿度检测提供了一个新的方法。     

苯乙烯-马来酸酐交替共聚物钠盐/聚苯乙烯磺酸钠复合物的湿敏特性

以苯乙烯-马来酸酐交替共聚物钠盐(NaSMA)与聚苯乙烯磺酸钠(NaPSS)复合物为湿敏材料,在叉指金电极上浸涂成膜制备了电阻型湿度传感器,考察了NaSMA和NaPSS浓度对复合湿度传感器响应特性的影响.研究表明,加入NaPSS可降低传感器在低湿下电阻,同时提高传感器的高湿灵敏度.在最佳条件下,当环境湿度从33%RH增...