柔性衬底LC湿度传感器文献综述

 2022-09-22 11:09

  1. 文献综述(或调研报告):

1、研究背景

传感器是物联网的核心器件。无源无线传感器内部不含电池,随之而来具备两个天然优势:一是体积得到减小;二是不需要更换电池,从而理论上具有无限寿命。正是由于这两点本质上的优势,使得无源无线传感器在某些应用环境下具有无可比拟的优势,比如密闭环境、机械旋转结构等等[1]。

湿度传感器广泛应用于气象监测、农业生产、工业控制、食品安全以及医疗设备等领域。传统的有线湿度传感器虽然能够满足大部分应用,但是布线非常不方便[2]。使用无线湿度传感器,可以大量节省人力、物力、财力,而且技术上也非常容易实现。

无线无源传感器有很多种,其中研究较多的是基于电感近场耦合的无线无源LC传感器。无线无源LC传感器能测量的参数也很多,包括温度、湿度、压力等等。比如LC 无源无线湿度传感器可以置于食品包装内部,通过外部读出设备非接触地测量内部湿度,从而判断食品的质变情况。

2、研究现状

目前绝大多数 LC 无源无线传感器研究都是针对非接触压力检测。相比较而言,LC 无源无线湿度传感器的相关研究并不多,其中采用 MEMS 微加工技术的更是寥寥无几。

Ong K G研究组从2000年开始利用LC无源无线传感技术进行了一系列的非接触检测研究,其中也包括湿度检测 [3] [4] 。其湿度传感器是由 PCB 工艺实现的:在 PCB 铜箔上刻蚀出平面方形螺旋电感以及位于电感中心镂空区域的叉指电容,并将它们连接成LC 谐振回路,然后将 TiO 2 旋涂在叉指电容上作为湿度敏感材料。整个传感器尺寸超过 4cmtimes;4cm,读出设备为 Aglinent 4396B 阻抗分析仪,读出线圈直径为12cm(单圈)。测得的谐振频率在 20MHz 附件,最大检测距离大致为 6cm。

Harpster T J 等人将 MEMS 湿度敏感电容和外部线圈相连接,形成 LC 无源无线湿度传感器,用于测量封装的气密性[5]。其中,使用的湿度敏感电容(1times;1times;0.5mm 3)具有非常高的灵敏度,当湿度从 20%RH 增加到 80%RH,电容值由 180pF增加 240pF。44AWG 规格的铜线绕在铁芯上作为传感器电感,并通过键合线和敏感电容连接形成 LC 谐振回路,整个器件尺寸大致为 7times;1.2times;1.5mm 3 。读出设备为 HP 4194A阻抗分析仪,读出线圈直径约为 1.5~2cm(圈数 4~8)。最大读出距离不足 1cm,灵敏度为-8kHz/%RH(中心频率 4.8MHz)。另外,当读出线圈带有磁芯时,可以把读出距离增加到 2cm,但是此时谐振频率随距离变化非常明显。

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