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。     

湿度传感元件制备、封装及检测电路设计的研究进展

湿度传感器是一种用于感知环境湿度参数的器件,在气象探测、农业种植、工业制造、馆藏存储等领域应用广泛。湿度传感器的检测特性主要由湿敏材料、检测电极、封装及检测电路共同决定,其中湿敏材料的材料特性和结构特征对传感性能的影响最为显著,也是该领域的研究热点。讨论了湿度传感元件的感湿机理和湿敏材料的分类,介绍了湿度传感器的检测参数及优化,阐述了纳米湿敏材料在湿度传感器中的应用,对常用的湿度传感器封装方案和检测电路设计进行了综述。     

基于微带天线的粮食水分含量检测研究

粮食含水量在作物生产、交通运输和谷仓存储等环节中均为重要的检测参量.微波能穿透被检测对象,与其内部水分子相互作用,将水分含量转换为散射参数的变化,从而测定材料中的水分含量.本文以大米作为检测对象,设计并加工了一款微带贴片式天线,实现了非接触、实时、高精度的含水量检测.采用接触与非接触两种检测方式,研究了大米含水量、体密...     

基于微波传感器的微流控设计方案改进研究

结合微流控通道制备传感器进行溶液检测可规划流体路径、减少样品使用量、避免环境干扰。本文提出了一种基于环形互补开口谐振环(Complementary Split Ring Resonators, CSRR)的微波传感器,结合微流控增强检测特性,用于乙醇浓度检测。设计了CSRR边界、金属间隙、金属区域和蛇形线微通道,研究其对检测灵敏度的影响,通过测得的频移、幅值、相位等多种参数进行表征。通过优化微流控通道设计,将频移表征的灵敏度从0.03 MHz/%提高到0.225 MHz/%,其中蛇形线微通道可以聚集更强的电场进而极大地提高了微波传感器灵敏度。当使用幅值和相位来表征检测灵敏度时,金属间隙区域微流控表现出最高的灵敏度,分别为0.168 dB/%和0.402 °/%。本研究为微波溶液浓度检测的微流控设计提供了重要参考。