基于ELC谐振器的湿度传感器
【图文】：
被动式ＲFID应力传感器［17］和ＲFID温度传感器［18］。可以预见，将超常媒质应用在湿度传感器结构设计中，将是实现小型化和提高湿度传感器性能的一种有益尝试。本文选择ELC谐振器［19］作为传感器结构，通过涂覆湿度敏感薄膜聚乙烯醇(PVA)制成LC谐振式无源无线湿度传感器，成功的将超常媒质结构应用于湿度传感器结构上，实现了工作于射频段、低功耗、高灵敏度和小型化等特性。实验结果表明涂覆聚乙烯醇(PVA)湿敏薄膜的ELC谐振器对湿度敏感，且高湿时感湿灵敏度较高，可用于目标环境的相对湿度检测。图1湿度传感器1湿度传感器理论探究1．1湿度传感器结构湿度传感器剖面图如图1(a)所示。图中灰色部分为TaconicTLX_8基板，高度为hsub，介电常数为2．55，损耗角正切值为0．0019，是一种高性能射频微波板材;黑色部分为金属铜构成的微带线结构，，铜厚h为0．018mm;白色部分为涂敷在铜结构表面的聚乙烯醇敏感薄膜，三者高度满足hsub＞hPVA＞h。图1(b)为针对其LC谐振式工作原理所设计的湿度检测框图。两个天线分别连接到矢量网络分析仪的两个端口上作为收发天线，湿度传感器位于电磁波传输路径上，将吸收特定频率的电磁波，使接收端接收到带有谐振信息的电磁波。通过检测电磁波的插入损耗(S21)，可获得传感器谐振特性随湿度变化的规律，从而实现目标环境的湿度检测。图21．2ELC谐振器ELC谐振器作为湿度传感器结构主要有两点原因:从性质上讲，因具有超常媒质特性，使其更易实现结构小型化和良好的谐振特性，有利于提高传感器性能;从结构上讲，其结构简单且高度对称，设计简单，如图2(a)所示。谐振器被一垂直于其表面的电磁波激励后，位于中间用于提供电容的结构强烈耦合电场，驱动整个LC谐振电路
第3期薛严冰，孟影等:基于ELC谐振器的湿度传感器综合ELC谐振器结构和其等效电路模型，其主要结构参数可分成电感参数和电容参数。电感参数包括电感结构长度L，宽度W和线宽d1;电容参数包括电容结构长度LC，间隙gC和线宽g1。利用HFSS(HighFre-quencyStructureSimulator)软件建立了谐振器模型，如图3所示。ELC谐振器位于一个正方体的空气腔中心，其中空气腔前后两个面设置成理想磁边界，上下两个面设置成理想点电边界，用来模拟沿Z轴方向传播的电磁波。通过参数优化方法，仿真研究了6个主要结构参数对谐振特性的影响，仿真结果如图4所示。图4结构参数影响图3ELC谐振器仿真模型图4(a)～图4(c)说明了电感参数对谐振频率影响，电感结构长度L或宽度W增加均会增加电感，从而实现谐振频率的降低，S21幅值也越来越小;图4(c)表明减小电感结构线宽d1也可以增加电感，进而减小谐振频率;图4(d)和图4(e)显示随着电容结构长度LC增加或间隙gC减小，其谐振频率会随着电容值的增大而减小，但谐振特性也随之变差;从图4(f)可以看出电容线宽g1增加，谐振频率会有所降低，但不明显。综上可知，为了保证谐振特性良好，可通过改变电感参数进行谐振频率粗调，采用电容结构参数进行微调。1．3感湿机理仿真通过HFSS对电容型感湿机理进行仿真。在图3所示结构的基础上，在基板上侧添加一个厚度为0．2mm的面构造涂覆湿敏薄膜的ELC谐振器模型;通过薄膜相对介电常数εr变化模拟环境湿度变化，图5为相对介电常数εr变化范围为1～5时的S21。从图中可以看出随着εr增加，其谐振频率减小且S21幅值基本不变。综上可知，通过谐振频率的偏移可以实现对环境相对湿度的检测。343
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 高迎春;陶瓷湿度传感器[J];传感器技术;1983年03期
2 郭秀芬;陶瓷湿度传感器[J];压电与声光;1984年06期
3 何希才,尤克;湿度传感器的选用[J];仪表技术与传感器;1990年02期
4 孙秉军;试谈湿度传感器技术与应用[J];仪器仪表与分析监测;1994年03期
5 阎军,王玉琦;湿度传感器的研究开发和应用[J];自动化博览;1994年02期
6 ;国内外部分湿度传感器参数测试及选型[J];传感器世界;1996年11期
7 吴琼;采用高分子材料的湿度传感器[J];自动化与仪表;2000年05期
8 向馗,何闻,李扬;湿度传感器复阻抗测量方法的研究[J];仪表技术与传感器;2001年11期
9 赵秀珍,王乃钊,毛文华;光照度、空气温/湿度传感器的研究和实验[J];中国仪器仪表;2002年01期
10 王志刚;物性型湿度传感器的物理性能及其应用[J];现代物理知识;2004年01期
相关会议论文 前10条
1 王阳;陈军宁;柯导明;孟坚;;湿度传感器的分类及研究[A];全国第16届计算机科学与技术应用（CACIS）学术会议论文集[C];2004年
2 侯建军;;电子式湿度传感器的选择[A];四川省电子学会传感技术第九届学术年会论文集[C];2005年
3 李小兵;杨明红;廖招龙;;端面镀膜的光纤湿度传感器的实验研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 朱岳辉;;湿度传感器示值误差测量结果不确定度的评定[A];江苏省计量测试学会2005年论文集[C];2005年
5 周锋;张淑娟;刘泰宏;丁立平;房喻;;基于静电纺丝法荧光湿度传感器的制备[A];中国化学会第28届学术年会第11分会场摘要集[C];2012年
6 谢晓;王文;何世堂;;涂覆聚苯胺的声表面波湿度传感器实验研究[A];中国声学学会第十届青年学术会议论文集[C];2013年
7 曾欢欢;赵湛;王奇;方震;张博军;;聚酰亚胺电容式湿度传感器的研制及改进[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集（一）[C];2005年
8 李扬;邓超;杨慕杰;;交联季胺化聚(4-乙烯基吡啶)/聚吡咯复合湿度传感器的制备及其湿敏响应特性研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
9 向光华;忽满利;乔学光;刘玉;;基于光纤Bragg光栅的湿度传感器的设计与研究[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年
10 邓超;李扬;杨慕杰;;测定低湿环境湿度的聚电解质/石墨烯复合湿度传感器的制备及其湿敏特性研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
相关重要报纸文章 前7条
1 重庆中易电测技术研究所;湿度传感器与湿度变送模块[N];电子报;2000年
2 吴琼;高分子材料在湿度传感器中的应用[N];中国电子报;2000年
3 ;全数字三端式湿度传感器研制成功[N];中国电子报;2002年
4 ;ABB新型红外湿度传感器面向纸业[N];消费日报;2010年
5 江西 李靖 编译;3种湿度传感器的应用电路[N];电子报;2011年
6 重庆 潘建;集成温度传感器IH3602及其应用[N];电子报;2001年
7 青化 摘译;简易湿度表[N];电子报;2010年
相关博士学位论文 前6条
1 江凯;基于有机多孔聚合物的湿度传感器的研究[D];吉林大学;2016年
2 姚尧;氧化石墨烯的湿敏特性及其在微纳湿度传感器上的应用[D];西南交通大学;2013年
3 赵振刚;碳纳米管湿度传感器敏感特性研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
4 丁喜波;电容式湿度传感器测试方法与测试系统研究[D];哈尔滨理工大学;2005年
5 王蕊;基于几种介孔结构材料的电阻型湿度传感器的性能研究[D];吉林大学;2010年
6 贺媛;BaTiO_3纳米纤维湿度传感性能的研究[D];吉林大学;2011年
相关硕士学位论文 前10条
1 杜鹏;基于高取向生长的纳米TiO_2湿度传感系统设计与实现[D];西南交通大学;2015年
2 刘U
本文编号：2704809
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2704809.html
