QCM湿度传感器测量系统的研制

摘要

QCM传感器是一种新型的传感器测量技术,是目前传感器研究的一个热点。一般 QCM湿度传感器是以石英晶体表面的湿敏薄膜为敏感元件,石英晶体作为换能元件,利用石英晶体的质量—频率变化关系,把湿度信号转换为频率信号输出,从而实现湿度检测。它具有选择性好,灵敏度高、稳定性好、精度高、测量范围广等优点。
　　目前国内成熟的QCM湿度传感器产品甚少,而国外的售价昂贵。本文的主要目的是为 QCM湿度传感器的前期研发和后期产品化研制稳定且便捷的测量系统。
　　本文首先在探讨了QCM等效电路和测量原理的基础上,分析了各种QCM信号采集方法。在综合考虑各类方法的优劣和实际应用场合等因素后,最终确定采用串联型普通振荡电路法作为 QCM信号采集的方法。考虑到 QCM探头本身会有温漂,并且输出频率受外界压强及老化影响,所以采用差频电路来降低这些因素带来的影响,同时降低测量频率以提高测量精度。通过大量测试验证了差频电路的有效性且 QCM测量模块的稳定性良好。然后按照一般产品设计流程,先进行了需求分析,进而提出设计方案,最后进行具体设计,完成对测量系统进行整体硬件设计及单片机程序设计。经调试,能实现了设计目标的所有的功能。最后为了实现 QCM湿度传感器的校准工作,为以后产品化提供便利,设计了灵活的自动校准软件。在对购买的 QCM探头进行测试后,选择合适的露点,采用该自动校准软件进行校准。最终检查结果表明,该 QCM湿度传感器在整个量程内精度在±3Ctd以内,基本接近产品化要求。
　　本课题研制 QCM湿度传感器测量系统完全能满足 QCM湿度传感器的前期研发的需要,并且只需少量工作就能实现产品化的要求了。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3课题来源及主要研究内容

第2章 QCM基本工作原理及信号采集方法分析

2.1理论分析

2.2影响QCM测量结果的因素

2.3 QCM信号采集的方法

2.4本章小结

第3章 系统硬件电路设计

3.1湿度测量电路设计和测试

3.2温度测量电路设计

3.3其他功能模块设计

3.4本章小结

第4章 系统软件设计

4.1单片机程序设计

4.2 PC校准软件设计

4.3本章小结

第5章 QCM传感器的测试及校准

5.1湿度发生系统及参考

5.2 QCM传感器的湿敏特性

5.3 QCM传感器的校准和检查

5.4本章小结

结论

参考文献

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