用于高空气象探测的聚酰亚胺薄膜湿敏电容研究

设计制作了一种基于MEMS技术,可应用于高空湿度探测的薄膜湿敏电容.电容采用三明治结构,聚酰亚胺薄膜作为湿度敏感层材料,金作为上、下电极.测试结果表明,在15%RH~95%RH的全量程范围内,湿敏电容的合格率≥80%,灵敏度约为0.29pF/%RH,线性误差<1.5%RH,湿滞较小,响应时间小于4 s,温度系数好,具有良好的长期稳定性.研究表明,制作的湿敏电容综合指标良好,适合批量生产,可以满足高空气象探测要求.     

PI 电容湿度传感器的研制

采用集成电路光刻工艺在玻璃衬底上制成了以聚酰亚胺 (PI) 为介质膜,以铬、金为电极的电容式湿度传感器.给出了传感器的制造工艺、湿敏特性和工作原理.测试结果表明:在相对湿度RH为0～96 % 范围内C～RH曲线线性度良好,灵敏度为RH 变化 1 %,电容变化 0.15～0.17 pF,该种湿度传感器的 RH长期稳定性为3 %/a.     

基于光纤湿度传感器的物理模型材料温湿度耦合研究

为了获得矿山开采物理模型的湿度,研制出一种采用聚酰亚胺薄膜材料涂敷的光纤布拉格(Bragg)光栅湿度传感器。提出了聚酰亚胺溶液与光纤Bragg光栅的耦合方法,采用提拉法涂敷制作湿度监测的光纤Bragg湿度传感器(PFBG),进行湿度范围20%~90%RH的标定。物理模型材料在环境温度35℃,湿度35%~65%条件下的试验,得出了增湿和降湿过程中内部湿度达到相对平衡的稳态时间,以及引起的温度变化规律。试验表明,增湿过程,模型内部温度和湿度达到稳态的时间相近;降湿过程,模型内部湿度达到稳态的时间是温度达到稳态时间的2.5倍。在模型内外湿度差相同情况下,模型内部增湿响应速率是降湿速率3倍;外界湿度变化30%RH,模型内部温度变化2.3℃.其研究成果有助于认识物理相似模型干燥过程和确定干燥时间。     

高响应速度光纤光栅海洋温度传感器设计与仿真研究

设计了一种适合海洋抛弃式测量的高速响应光纤光栅温度传感器。通过对传感器的温度灵敏度的理论分析,采用有限元方法对不同结构参数传感器的响应时间进行了仿真和对比分析,设计了一种响应时间为17 ms的传感器,其灵敏度理论值可以达到30.7 pm/℃,适用于海洋温度快速测量。     

基于氧化铝陶瓷的无线无源湿度传感器的制备和测试

通过湿度感应技术与近场电磁耦合原理相结合,构成了基于氧化铝陶瓷的无线无源湿度传感系统。此传感器包含叉指电容与电感线圈构成的LC谐振电路和由聚酰亚胺薄膜构成的湿敏结构。当聚酰亚胺薄膜吸收水分子后,聚酰亚胺和水组成的复合体系的介电常数发生变化,导致LC电路的谐振频率发生改变,通过读取天线将传感器频率信号读取出来。搭建湿度测试平台对传感器进行测试,结果表明传感器的谐振频率随着密闭环境中空气湿度的线性增大而呈线性减小的趋势。当湿度从50%RH变化到88%RH的时候,传感器谐振频率从113.712 1 MHz变化到92.311 5 MHz,灵敏度为0.545MHz/%RH。     

TDLAS湿度传感器与维萨拉湿度传感器性能对比研究

水汽含量对于诸如文物保护、气象、工业生产等领域都有明确标准并需要严格控制,因此能够精确和快速的实现环境湿度监测已成为一大研究热点.现在常用的湿度传感器为芬兰VAISALA生产的湿度传感器系列,但是其测湿部分采用聚合物高分子薄膜电容传感器,存在响应时间长,褪湿慢等缺点,已经不能满足用户需求.基于TDLAS技术的湿度传感器使用半导体激光器作为光源,参考气室提供光谱调节反馈,构成了一种高精度水汽含量检测系统,响应速度快,灵敏度高,可以克服传统湿度传感器的不足.该文以米歇尔露点仪为标准,对比测试了TDLAS湿度传感器与传统的VAISALA电容传感器响应时间、测量精度等性能.证明了TDLAS湿度传感器具有更好的测量准确度与灵敏度.     

PI电容湿度传感器的研制

采用集成电路光刻工艺在玻璃衬底上制成了以聚酰亚胺（ＰＩ）为介质膜,以铬,金为电极的电容式湿度传感器,给出了传感器的制造工艺,湿敏特性和工作原理,测试结果表明,在相对湿度ＲＨ为０￣９６％范围内Ｃ￣ＲＨ曲线线性度良好,灵敏度为ＲＨ变化１％,电容变化０．１５￣０．１７ｐＦ,该种湿度传感器的ＲＨ长期稳定性为３％ａ。     

基于杠杆原理的高灵敏度光纤光栅压力传感器实验

目的为更好地扩大光纤光栅压力传感器的适用范围,设计一种基于拉伸铝片的新型高灵敏度光纤光栅压力传感器.方法应用杠杆原理实现力的增敏,并改变力的方向,使光纤光栅受力增大,从而提高压力传感器的灵敏度及线性度.通过有限元模拟仿真,将实验结果与模拟结果进行对比分析.结果新型压力传感器的灵敏度实验结果与模拟结果相近,实测拉力灵敏度为2.239×10~(-6)nm/Pa,比裸光纤增敏了730倍,其线性度为"0.99".同时通过改变杠杆的比例、材料截面、形式等因素,可以使传感器适应更多的环境需求.结论笔者设计的光纤光栅压力传感器线性度好,灵敏度高,可以满足工程实用性.     

基于ZnO/SiNWs异质结阵列的电容式湿度传感器

采用湿法化学刻蚀方法制备硅纳米线（SiNWs）,对其进行快速热退火处理,利用水浴法在SiNWs表面生长氧化锌（ZnO）纳米线,制备了ZnO/SiNWs异质结湿度传感器.采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分析了ZnO/SiNWs异质结的表面形貌和结构.测试了ZnO/SiNWs异质结湿度传感器不同湿度环境的电容响应,分析了它的工作机制.测试结果表明：传感器具有相对较大的灵敏度,较短的响应时间,较好的重复性、湿滞特性和稳定性,从而说明ZnO/SiNWs异质结在湿敏领域有很好的应用前景.     

光纤布拉格光栅湿度传感器研究

基于光纤布拉格光栅(FBG)的应力传感特性,提出了一种湿度传感方法,给出了湿度传感器的设计和实验测量系统。理论推导显示,涂有湿敏材料的FBG对湿度的传感可转化为对应变的快速响应,结合温度的有效补偿,可以共同反映在FBG中心反射波长的漂移上。研究结果表明,FBG湿度传感器能在较大温度范围内保持线性特性,并具有稳定性持久、响应速度快等优点。     

保护层对湿敏元件响应特性的影响

以聚苯乙烯磺酸钠(NaPSS)为湿敏材料，制备了高分子电阻型湿敏元件，研究了保护层对湿敏元件响应特性的影响，并对不同保护层材料的保护效果进行了比较。研究表明，外加保护层可改善元件的耐高湿性能，纤维素具有最佳的保护效果。     

镀有敏感膜的长周期光纤光栅NO气体传感特性

为提高长周期光纤光栅(LPFG)化学传感器检测折射率小于1.4介质时的灵敏度,实现对一氧化氮(NO)气体的高灵敏度检测,采用在常规长周期光纤光栅包层外镀上折射率大于包层折射率的SiO2-WO3薄膜的方法,运用四层阶跃折射率耦合模理论,分析长周期光纤光栅谐振波长的光谱特性.当膜厚为最佳值时,谐振波长变化率最大,灵敏度最高.在室温下,用镀有不同膜厚的传感器检测体积分数为2%的NO气体.结果表明,只有镀3层膜的传感器谐振波长红移4.77 nm,灵敏度达3%,元件响应时间10 s,恢复时间20 s,其他膜厚的传感器谐振波长没有变化.     

基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器

针对扭转角度的精确测量问题,提出一种基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器.采用对温度不敏感的保偏光子晶体光纤作为扭转角度的传感单元,当保偏光子晶体光纤被旋转一定角度时,其双折射值会发生改变,进而影响光在环镜系统内的干涉情况,最终表现为光谱仪上干涉谱的移动.理论推导出系统的传感规律后,实验测得该传感器在扭转角度为0°~101°的范围内,灵敏度为0.061 7 nm/(°);若光谱仪分辨率为0.01 nm,则系统最小分辨力为0.16°,并具有超低的温度灵敏度-0.6 pm/℃.该角度传感器具有体积小、成本低、对温度不敏感及可用于远距离传输等优点.     

具有温度补偿的光纤光栅压力传感器

为了实现高压测量时的温度交叉敏感问题,提出一种基于自由弹性变形体的光纤光栅压力传感器结构及光纤光栅传感信号的自解调方法。与传统光纤光栅传感器中传感单元与解调单元相互分离的结构不同,该文提出的光纤光栅压力传感器系统利用一对匹配的光纤光栅和一个简单的等腰三角形悬臂梁结构,实现了传感解调的合而为一,解决了光纤光栅传感器的交叉敏感和信号啁啾的问题。仿真与初步的试验结果表明,在高达100M Pa的压力范围内,测量灵敏度为8.5 pm/M Pa。     

基于酒精选择性填充光子晶体光纤的Sagnac应变传感器

提出了一种基于酒精选择性填充光子晶体光纤的新型Sagnac光纤环应变传感器,实现了对微小应变的高灵敏度测量.利用酒精对光子晶体光纤的选择性填充使之产生双折射效应,并将已经填充好的光子晶体光纤嵌入到Sagnac干涉环中,实现了Sagnac干涉效应.当给光子晶体光纤施加应变时,Sagnac干涉谱的波峰会随着应变变化而变化,实现对应变的测量.实验结果表明,当微应变在0~3 958时,测量微应变的灵敏度能够达到3.66 pm.同时,本结构具有高灵敏度、高稳定性、抗电磁干扰、易于搭建等优点.     

一种高分子电阻型湿度传感器的制备及研究

以苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐(Na-SMA)为湿敏材料,采用浸涂的方法,在小型叉指金电极上成膜,制备了高分子电阻型湿度传感器.研究了浸涂液组成对传感器响应特性的影响.研究表明,随着浸涂液中Na-SMA浓度的提高,元件的电阻、湿滞降低;而随着浸涂液中聚乙烯醇(PVA)浓度的提高,元件的电阻降低,湿滞增加.     

直流溅射掺杂Pt的SnO2薄膜气敏特性

采用非醇盐溶胶-凝胶工艺在Al2O3基片上旋转涂敷制备掺杂Sb的SnO2薄膜,再经直流溅射制得表面掺杂Pt的Sb∶SnO2薄膜,测试了薄膜对乙醇、汽油、苯、二甲苯、甲苯、丙酮和NH3气体的气敏性能,探讨了不同Pt掺杂量对乙醇气敏性能的影响.结果表明,Pt的溅射时间为90 s时,元件对50×10-6乙醇气体的灵敏度高达43,且薄膜具有较好的响应-恢复特性,其响应时间和恢复时间均为6 s.选择性研究表明,薄膜在加热温度为280℃时,具有很好的酒敏特性和选择性.     

基于光纤光栅传感器的变压器储油柜油位计研究

常规电力变压器储油柜油位采用电信号传感器进行监测,传感器信号易受变压器高电压、大电流等复杂电磁环境的干扰,针对上述不足,研究了一种基于光纤光栅传感器的变压器储油柜油位计,即光纤光栅油位计.该光纤光栅油位计主要由光纤光栅传感器和C型弹簧管组成,利用光纤光栅对应变的传感特性、液体压强与液位高度的关系实现储油柜油位的监测,是一种能有效提高变压器稳定运行的非电量监测方法.结果表明:光纤光栅油位计中心波长偏移量与储油柜油位变化呈良好的线性关系,线性拟合度均值为0.9996,灵敏度均值为4.7472 pm/dm,能够满足变压器储油柜油位的监测要求.