親水極性有機(jī)敏感膜及QCM濕度傳感器系統(tǒng)研究.pdf

1、QCM濕度傳感器是將濕度敏感材料涂覆于晶片表面，利用QCM對微質(zhì)量的敏感特性設(shè)計而成的濕度檢測裝置，是目前傳感器研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。該傳感器具有響應(yīng)快、靈敏度高等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于航天、醫(yī)療等領(lǐng)域。
　　本課題組長期從事電子封裝材料的研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚酰亞胺(PI)與環(huán)氧樹脂(EP)、酚醛樹脂(PF)與環(huán)氧樹脂(EP)兩種復(fù)合膜的質(zhì)量之比分別為4∶1和7∶2時，親水性能較好，可作為濕度傳感器的敏感材料。本研究課題擬以PI/EP和PF

2、/EP復(fù)合膜作為有機(jī)敏感膜，結(jié)合QCM微質(zhì)量測量技術(shù)，采用FPGA數(shù)據(jù)采樣平臺，設(shè)計并研制出一種濕度傳感器探測系統(tǒng)，能快速而穩(wěn)定地測量出環(huán)境中的濕度。
　　首先，進(jìn)行QCM振蕩電路的搭建。根據(jù)QCM壓電效應(yīng)與等效電路，確定QCM振蕩電路的方法為普通振蕩法。采用比較器芯片(MAX913)進(jìn)行輸出級電路設(shè)計，實現(xiàn)弦波信號到TTL信號的轉(zhuǎn)換。經(jīng)測試，該振蕩電路可輸出頻率變化在±2Hz以內(nèi)的穩(wěn)定方波信號。
　　其次，進(jìn)行FPGA信號

3、采集平臺的軟硬件設(shè)計。以EP2C5T144芯片為控制核心，搭建FPGA信號采集平臺的整體電路（包括頻率檢測模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊以及顯示模塊）。通過Verilog語言與modelsim軟件，實現(xiàn)各模塊的程序設(shè)計與功能仿真。經(jīng)串口調(diào)試工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，驗證PC端可正確顯示8位數(shù)據(jù)。
　　紅外光譜分析表明，PI/EP復(fù)合膜的羥基(-OH)峰比PF/EP的強(qiáng)，即PI/EP復(fù)合膜親水性較好，通過潤濕角實驗進(jìn)一步證明了這一點(diǎn)。因此，實驗中主要

4、以PI/EP復(fù)合膜作為濕度傳感器的敏感材料，并研究了敏感探頭的制作工藝，確定了以滴涂法為主并結(jié)合甩膠機(jī)進(jìn)行甩膠的敏感膜涂覆方法。
　　最后，對所研制的濕度傳感器探測系統(tǒng)進(jìn)行性能測試。實驗中用5種飽和鹽溶液（LiCl溶液—11％RH，MgCl溶液—34％RH，K2CO3溶液—43％RH，NaCl溶液—76％RH，KCl溶液—87％RH）作為濕度發(fā)生裝置，對測試系統(tǒng)各項性能進(jìn)行測試。結(jié)果表明，該濕度檢測系統(tǒng)的靈敏度為23Hz/RH％，