本文關(guān)鍵詞：無(wú)源無(wú)線溫濕度傳感器研究

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【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物,是一種新興的現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)。它在智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能醫(yī)療護(hù)理、公共安全以及國(guó)防軍事等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一,基于MEMS技術(shù)加工的傳感器具有尺寸小,可靠性高以及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)被廣泛的研究。其中,無(wú)源無(wú)線傳感器很適用于惡劣環(huán)境以及、密閉空間或者旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)等無(wú)法引線連接的場(chǎng)所。LC無(wú)源無(wú)線傳感器不僅具有非接觸式探測(cè),理論上有無(wú)限壽命的特點(diǎn),而且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能可靠以及可以通過(guò)各種材料進(jìn)行加工的特點(diǎn)使得它比其他類型的無(wú)源無(wú)線傳感器更具有優(yōu)勢(shì)。無(wú)源無(wú)線溫度、濕度檢測(cè)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以及傳感器測(cè)量中都占有重要的地位,然而,LC無(wú)源無(wú)線溫度傳感器的結(jié)構(gòu)類型稀少,單個(gè)傳感器同時(shí)實(shí)現(xiàn)多環(huán)境參數(shù)檢測(cè)的研究也比較少。基于上述原因,本文提出了兩種LC無(wú)源無(wú)線傳感器,主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括:(1)本文全面介紹了 LC無(wú)源無(wú)線系統(tǒng),包括其系統(tǒng)構(gòu)成、敏感激勵(lì)、電學(xué)頻譜圖的特點(diǎn)以及讀出裝置。對(duì)LC無(wú)源無(wú)線傳感器組成元件及其用于LC無(wú)源無(wú)線傳感器的理論設(shè)計(jì)方法也進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。(2)提出并實(shí)現(xiàn)了一種具有線性自補(bǔ)償?shù)臏孛綦娙�。該溫敏電容主要包括兩種溫度敏感結(jié)構(gòu),可動(dòng)極板隨溫度垂直運(yùn)動(dòng)引起的變化的電容以及橫向運(yùn)動(dòng)引起的變化的電容。通過(guò)橫向運(yùn)動(dòng)溫敏電容補(bǔ)償垂直運(yùn)動(dòng)溫敏電容進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高線性度。利用彈性力學(xué)理論和材料力學(xué)理論對(duì)溫敏電容物理建模。通過(guò)Comsol熱應(yīng)力仿真進(jìn)行了物理模型驗(yàn)證和結(jié)構(gòu)優(yōu)化�；贛etalMUMPs加工工藝加工該溫敏電容。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的溫敏電容的非線性誤差小于6%,其靈敏度為19.4fF/℃。(3)提出并實(shí)現(xiàn)了一種新型LC無(wú)源無(wú)線溫度傳感器。該傳感器通過(guò)高線性度的電容式溫度傳感器芯片與PCB平面螺旋電感連接構(gòu)成。這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了厚電感的加工工藝�？赏ㄟ^(guò)手持式阻抗分析儀對(duì)傳感器性能進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相對(duì)于其他的LC無(wú)源無(wú)線溫度傳感器2kHz/℃～16.97kHz/℃的靈敏度,本文設(shè)計(jì)的新型LC無(wú)源無(wú)線溫度傳感器具有較好的溫度敏感特性,其靈敏度達(dá)到37.7kHz/℃。(4)提出了氧化石墨烯薄膜阻抗隨溫度、濕度、頻率變化的理論模型。氧化石墨烯通過(guò)改進(jìn)的Hummers法制備。通過(guò)TEM,FTIR,XRD以及XPS對(duì)氧化石墨烯薄膜特性進(jìn)行了表征。通過(guò)交流復(fù)阻抗的測(cè)試方法以及曲線擬合,即可以確定氧化石墨烯薄膜的損耗電阻和敏感電容隨溫度、濕度、以及頻率變化的模型。本研究對(duì)基于氧化石墨烯薄膜電學(xué)特性的傳感應(yīng)用提供了基礎(chǔ)理論。(5)提出并實(shí)現(xiàn)了一種同時(shí)遙測(cè)溫度、濕度的集成無(wú)源無(wú)線傳感器。傳感器由電感線圈和敏感電容形成LC諧振回路。電感是單層的平面螺旋銅電感,電容通過(guò)硅玻璃鍵合工藝實(shí)現(xiàn),并基于氧化石墨烯薄膜作為敏感介質(zhì)。通過(guò)檢測(cè)阻抗實(shí)部最大值和傳感器回路的諧振頻率,可以得到變化的電容和電阻值,進(jìn)而可以推導(dǎo)出環(huán)境的溫度和濕度值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出,在測(cè)試范圍內(nèi),諧振頻率和實(shí)部阻抗最大值隨濕度變化的靈敏度分別為-17.80kHz/%RH 和-7.32Ω/%RH,隨溫度變化的靈敏度分別為-7.69kHz/℃ 和-6.27Ω/℃。本文提出了兩種LC無(wú)源無(wú)線傳感器結(jié)構(gòu)。前者結(jié)合具有高線性度的電容式溫度敏感結(jié)構(gòu)給出一種新型LC無(wú)源無(wú)線溫度傳感器,后者給出一種單個(gè)LC無(wú)源無(wú)線傳感器實(shí)現(xiàn)溫度、濕度兩種參數(shù)同時(shí)檢測(cè)的方法。同時(shí),本文詳細(xì)給出LC傳感器設(shè)計(jì)的規(guī)則,為新型LC傳感器設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212

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1 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2009年10期

3 ;石墨烯納米帶制備研究獲新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2011年07期

4 張文毓;全識(shí)俊;;石墨烯應(yīng)用研究進(jìn)展[J];傳感器世界;2011年05期

5 沈熙磊;;科學(xué)家用石墨烯成功制備出石墨烷[J];半導(dǎo)體信息;2011年05期

6 沈熙磊;;美國(guó)研發(fā)新技術(shù)可人工合成高質(zhì)量石墨烯[J];半導(dǎo)體信息;2011年06期

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8 鄭冬冬;;多國(guó)確定人工制造石墨烯指南[J];半導(dǎo)體信息;2012年04期

9 ;英研究顯示“神奇材料”石墨烯可自我修復(fù)[J];電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn);2012年05期

10 康越;楚增勇;張東玖;張朝陽(yáng);;石墨烯衍生材料在憶阻器中的應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報(bào);2013年07期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂(lè);;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國(guó)顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國(guó)青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無(wú)機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來(lái)應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過(guò)黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛玲;石墨烯：市場(chǎng)未啟 炒作先行[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競(jìng);再說(shuō)石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復(fù)合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 姚成立;多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯/無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料的仿生合成及機(jī)理研究[D];安徽大學(xué);2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

10 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

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