新型抗腐蚀结构声表面波湿度传感器的研究

为解决声表面波(SAW)湿度传感器存在易被污染、不易清洁、稳定性差等问题,提出了一种新的基于改进的单端口SAW谐振器结构用于湿度检测。在此结构中,在ITO材料制作的叉指换能器和反射阵上溅射厚度为5pm Si3N4层以屏蔽各种腐蚀性物质如酸性、碱性等腐蚀性气体对SAW谐振器电极的侵蚀。相比常规谐振器,新结构加大了谐振器叉指换能器与一个反射阵之间距用于涂敷湿敏材料,同时在石英基片背面布设ITO材料脱湿电路。给出了基于此类结构SAW湿度传感器的制作工艺、感湿实验测试结果。实验验证了该结构SAW湿度传感器的可清洁性、耐腐蚀性及该结构的有效性。     

声表面波传感器的原理及应用综述

详细论述了声表面波传感器的工作模式、工作原理;结合目前声表面波传感器的发展状况,详细论述了声表面波在智能变电站、电力设备、列车、湿度检测以及在复杂多变环境中的应用;对声表面波传感器的发展给出了展望.     

声表面波湿度传感器

叙述了声表面波的有关概念。介绍了声表面波湿度传感器的工作原理及器件制作,并对这种新型湿度传感器的性能及有关问题作了讨论.     

基于磁致伸缩效应的声表面波电流传感器敏感机理分析

为实现高灵敏度、低温漂的高性能电流传感器,提出将声表面波技术与磁致伸缩效应相结合的电流检测方法,分析了其敏感机理并改善其温度特性.这种声表面波电流传感器采用128°YX-LiNbO3作为压电基片,表面覆盖SiO2薄膜来改善器件温度稳定性,并溅射超磁致伸缩TbDyFe薄膜以响应电流.在电流作用下,TbDyFe薄膜会发生磁致伸缩效应和ΔE效应,引起声表面波相速度的改变.结合层状介质中声传播理论,分析了给定电流下层状结构中声表面波的传播特性,特别分析了TbDyFe和SiO2膜厚对传感器响应的影响.计算结果表明,TbDyFe和SiO2薄膜厚度分别为0.5μm、2μm时,该声表面波电流传感器具有最大检测灵敏度58.2 kHz/A,有良好温度稳定性和较高的灵敏度,从而为高性能声表面波电流传感器的研制奠定理论基础.     

声表面波NO_2传感器敏感膜研究进展

由于工业检测、环境监测、医学监测等领域的需求,高性能NO2传感器得到了广泛的研究。声表面波传感器技术的发展为研发高灵敏度、高稳定性、响应快速、小型化的NO2传感器提供了极大的潜能。总结了近30年来声表面波NO2传感器敏感膜的研究现状,并根据现有的研究和传感器的应用需求,深入探讨了声表面波NO2传感器敏感膜面临的挑战和发展趋势。     

陶瓷湿敏元件的稳定化研究

本文对研制的 Nasicon系和 Zr O2 系陶瓷湿敏材料和湿度传感器的稳定化进行了分析研究 .采用直流电导法判定 Nasicon系和 Zr O2 系湿敏材料的导电机制分别是离子电导为主的离子 -电子混合电导和离子电导 .施加交直流电场能激活材料的离子电导 .提出了适用于离子型电导为主湿敏材料的状态模型 .湿度传感器经常处于交流电场 (工作电压 )下可锁定其活化状态 ,是保持湿度传感器稳定化的有效方法     

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...     

MgCr_2O_4—SnO_2烧结体半导体陶瓷型湿度传感器与数字式湿度测控仪

MgCr_2O_4—SnO_2烧结体湿敏半导体陶瓷具有微孔结构。合理地选取配方,可使温度系数α_T极小。由这种湿敏元件组成的湿度传感器采用微孔结构的RuO_2电极和加热清洗装置,底座上还设置了导电环。解决了空气中油蒸气、尘埃等侵入引起的污染问题,延长了传感器使用寿命,保证了测湿精度。这种湿度传感器配用数字式湿度测控仪,可实现数字测湿。为高温环境中测湿控湿提供了新的测试手段。文中引用了计量部门的测试标定报告,说明这种湿度传感器及数字式湿度测控仪的性能和技术数据。     

多孔Al_2O_3薄膜感湿材料的湿敏特性研究

通过对阳极氧化多孔Al2 O3 薄膜感湿材料的制备工艺及其电容湿敏特性进行研究 ,将阳极氧化参数对多孔Al2 O3 薄膜的结构和形态的影响与多孔Al2 O3 薄膜作为湿度传感器感湿材料的湿敏特性联系起来进行分析 ,为优化制备工艺参数提供更充分的实验数据 ,使新型多孔Al2 O3 薄膜湿度传感器具有更好的感湿特性。     

电容式湿度传感器设计

电容式湿度传感器是以高分子湿度湿敏电容器为基本感湿元件,利用单片机对测量结果进行分析处理、显示和远距离传输,测量准确度达±2.5%。     

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。     

Sensitivity of an anadically oxidized aluminium film on a surface acoustic wave sensor to humidity

The sensitivity, transient response and sensitivity mechanism of a surface acoustic wave humidity sensor using porous anodically oxidized aluminium (alumina) films as mechanical interfaces have been studied theoretically and experimentally. It is found that the sensitivity of alumina films of 1.0 μm thickness is -0.034 m/(s %RH) and is the same order as that of polyimide films. The transient response of alumina films to humidity is about one order faster than that of polyimide films. For the sensitivity mechanism, the phase-velocity change is attributed to the mechanical perturbation caused by the absorption of water molecules. The equivalent density change of alumina films between 0 and 100%RH is about 0.7%. In addition, the actual stiffness constants of alumina films are two orders less than those of bulk alumina.     

High relative humidity measurements using gelatin coated long-period grating sensors

A long-period grating (LPG) coated with gelatin was developed as a high relative humidity (RH) sensor. The resonance dip or coupling strength of the LPG spectrum varies with RH. Experimental investigations on the sensor yield a sensitivity of 0.833%RH/dB with an accuracy of ±0.25%RH, and a resolution of ±0.00833%RH. The LPG RH sensor also offers repeatability, hysteresis and stability errors of less than ±0.877, ±0.203 and ±0.04%RH, respectively. In addition to the characterization of the LPG RH sensor, further studies were conducted to determine the effect of grating periodicities on the sensitivity of the sensor. Results show that higher order cladding modes from smaller grating periods enable the sensor to achieve higher sensitivity to humidity. This method is proposed to be more cost effective as compared to more complex spectroscopic methods based on wavelength detection. This sensor can also help to solve problems in measuring high humidity with existing relative humidity measurement systems.     

Nano-grass polyimide-based humidity sensors

This paper deals with a micro-capacitive-type relative humidity sensor with nano-grass polyimide as a dielectric sensing material. Our humidity sensor achieves key performance indices such as quick response, high sensitivity, and stability enabled by the modification of polyimide into nano-grass morphology where the dimension of a typical individual pillar is 387 nm × 40 nm. A low hysteresis operation is also achieved by integrating a micro-heater in the sensing area. The nano-grass morphology is created with an oxygen plasma treatment on polyimide surface which increases surface to volume ratio by more than 280 times larger than that of a simple flat-film. This amplification of the surface to volume ratio leads to the rapid adsorption and desorption of water into the sensing material. Furthermore the oxygen plasma treatment introduces a carbonyl group that facilitates an enhanced affinity of the polyimide surface to water molecules. XPS analysis is used to confirm the emergence of carbonyl groups as a result of the treatment. The total response time of a nano-grass sensor is 11 s which is improved by about 2.5 times than a normal flat-film sensor. The sensitivity of the nano-grass sensor is 0.08 pF/%RH (relative humidity) which is improved by 8 times compared with the flat-film one. In stability test for 200 h, the signal of the nano-grass sensor is fluctuated ±1.0%RH. Theoretical models employing the Looyenga and Dubinin equations are used to explain the behavior of the nano-grass sensor.     

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.     

基于Si-NPA的BaTiO3薄膜的电容湿敏性能研究

采用溶胶-凝胶和旋涂技术制备了基于Si-NPA的BaTiO3薄膜(BaTiO3/Si-NPA).场发射扫描电镜和X射线衍射实验表明,钙钛矿结构BaTiO3薄膜很好地覆盖了Si-NPA表面.通过蒸镀双面梳状电极,制作了电容型BaTiO3/Si-NPA湿敏元件并对其湿敏性能进行了测试.结果表明,室温下湿敏元件在11%～95%RH范围内具有很高的灵敏度和较快的响应速度,且电容值的对数对湿度呈现出很好的线性.虽然该薄膜湿敏元件在不同湿度下均存在温度漂移,但分析表明这种漂移有可能通过电极设计或信号补偿加以解决.     

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。     

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。     

SAW氢传感器的研究进展

对声表面波(SAW)氢传感器的研究目前主要集中在改善其敏感性、加快响应速度、增强稳定性以及消除温度的影响。要实现这些目标,一是改善SAW氢传感器的关键部件——敏感薄膜的性能;二是改进传感器的结构。对主要研究机构在这些方面的研究进行了系统的综述,并提出了发展方向。     

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。