濕度檢測技術在氣候監(jiān)測、智能制造、智慧農業(yè)、航空航天等領域發(fā)揮著重要的作用。針對兆赫茲頻率級別輸出的石英晶體微天平（Quartz Crystal Microbalance,QCM）濕度傳感器,雖然具有靈敏度高和響應速度快等優(yōu)點,但存在體積大、功耗高、輸出信號需要屏蔽纜線等問題。因此,本文通過對國內外技術現(xiàn)狀和應用領域調研,提出以聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol,PVA）為濕敏材料,結合石英音叉諧振器,設計一種數字型濕度傳感器,該傳感器具有體積小、功耗低、靈敏度高等特點。本論文采用理論分析和實驗驗證相結合的方法進行傳感器的研究與設計。首先,對石英音叉諧振器的工作機理進行闡述,在分析PVA材料與水分子感濕特性的基礎上,將PVA涂覆在石英音叉臂的頂端,結合PVA對水分子吸附、脫附而導致石英音叉臂質量的微小變化,引起石英音叉諧振頻率的偏移;根據石英音叉臂質量變化與石英音叉諧振頻率偏移之間的濕敏特性,通過仿真建立傳感器濕度頻率特性關系曲線,完成濕度傳感器機理的理論分析。其次,采用ABS外殼及松香樹脂對傳感器結構進行封裝,完成傳感器原型設計,同時將石英音叉諧振頻率振蕩和分頻電路與微處理... 

【文章頁數】：65 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 濕度傳感器簡介
        1.2.1 濕度表示方法
        1.2.2 濕度傳感器相關特性參數
    1.3 國內外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 濕敏材料發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.2 濕敏元件發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.3 國內外濕度傳感器發(fā)展現(xiàn)狀
    1.4 主要研究內容
第2章 濕度傳感器的敏感機理研究與設計
    2.1 石英音叉
        2.1.1 機械特性
        2.1.2 振動模式
        2.1.3 有限元分析
    2.2 濕敏材料
        2.2.1 聚乙烯醇
        2.2.2 親水機理
    2.3 濕度傳感器構成
    2.4 濕度傳感器制備
        2.4.1 聚乙烯醇溶液制備
        2.4.2 石英音叉預處理
        2.4.3 濕敏材料涂覆與傳感器封裝
    2.5 傳感系統(tǒng)方案設計
    2.6 本章小結
第3章 濕度傳感系統(tǒng)設計
    3.1 頻率采集系統(tǒng)設計
        3.1.1 主控電路設計
        3.1.2 振蕩電路設計
        3.1.3 分頻電路設計
        3.1.4 頻率采集器設計
    3.2 網絡節(jié)點系統(tǒng)設計
    3.3 數據可視化系統(tǒng)設計
        3.3.1 可視化方案設計
        3.3.2 局域網訪問
        3.3.3 內網穿透
    3.4 本章小結
第4章 實驗結果與分析
    4.1 測試環(huán)境搭建
        4.1.1 濕度標定方法
        4.1.2 頻率采集客戶端設計
    4.2 濕頻特性分析
        4.2.1 靜態(tài)特性分析
        4.2.2 動態(tài)特性分析
    4.3 本章小結
結論
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表的學術成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]硅基石墨烯納米墻的制備及其濕度傳感器的應用[J]. 張楠,李久榮,向鵬程,胡緒瑞,陳達,王剛.  材料科學與工程學報. 2020(01)
[2]單根Sb摻雜ZnO微米線非平衡電橋式氣敏傳感器的制作與性能[J]. 馮秋菊,石博,李昀錚,王德煜,高沖,董增杰,解金珠,梁紅偉.  物理學報. 2020(03)
[3]基于馬赫-曾德干涉的光纖濕度傳感器[J]. 王勇能,沈常宇.  中國計量大學學報. 2019(04)
[4]MIL-125（Ti）及其氨基功能化材料修飾石英晶體微天平的濕敏性能[J]. 武月桃,樊煜,劉艷麗,徐甲強.  無機化學學報. 2019(04)
[5]無芯片RFID濕度傳感器[J]. 王思睿,薛嚴冰,宋智,孟影.  儀器儀表學報. 2019(01)
[6]基于碳納米管-紙纖維的電阻型濕度傳感器[J]. 周培迪,林建平,陳魯倬.  福建師范大學學報(自然科學版). 2018(06)
[7]Active-Thermal-Tunable Terahertz Absorber with Temperature-Sensitive Material Thin Film[J]. Zhao Zhang,Zhen Tian,Chao Chang,Xueguang Wang,Xueqian Zhang,Chunmei Ouyang,Jianqiang Gu,Jiaguang Han,Weili Zhang.  Nanotechnology and Precision Engineering. 2018(02)
[8]基于樹莓派的遠程水質監(jiān)測系統(tǒng)設計[J]. 郭鵬飛,溫志渝,周穎,劉海濤.  重慶理工大學學報(自然科學). 2018(04)
[9]基于LCP襯底的柔性濕度傳感器研究（英文）[J]. 章丹,黃見秋,王立峰.  傳感技術學報. 2017(10)
[10]壓電陶瓷發(fā)電裝置的能效優(yōu)化系統(tǒng)設計[J]. 王曙光,李南,張小博.  壓電與聲光. 2017(06)

博士論文
[1]相對濕度及其動態(tài)變化對人體熱舒適的影響研究[D]. 李超.重慶大學 2018
[2]石英音叉諧振式溫度傳感器及關鍵技術的研究[D]. 徐軍.哈爾濱理工大學 2014

碩士論文
[1]基于傾斜光纖光柵的濕度傳感器研究[D]. 劉斌.大連理工大學 2017
[2]一種聚酰亞胺（PI）感濕膜平行板電容式濕敏元件及其特性模擬研究[D]. 陳美娟.蘭州交通大學 2015
[3]基于神經網絡的FPGA溫度補償QCM濕度傳感器系統(tǒng)設計[D]. 高古鵬.西南交通大學 2014
[4]基于沸石薄膜的QCM濕度傳感器感濕特性研究[D]. 李東娟.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[5]基于納米氧化鋅的濕敏石英諧振傳感器的研究[D]. 周曉峰.華東師范大學 2007



本文編號：3704150