LC无源湿度传感器研究及实现

摘要

湿度传感器属于十分重要的一类传感器,应用非常普遍,比如气象、工农业生产、测量测控以及仪器设备保护等。根据经典的 LC并联谐振回路,本文介绍了一种无源的 LC湿度传感器,相对湿度的变化可引起电容值的变化,传感器的谐振频率会相应地随之改变。通过使用无线线圈与阻抗分析仪相连检测湿度传感器谐振频率的变化,能够间接地得到相对湿度的变化。
　　文中介绍了LC无源湿度传感器的三种实现结构,并在MATLAB和HFSS中分别进行了建模仿真。第一种是由平面叉指电容和围绕在电容周围的平面螺旋电感组成的并联回路。由于电容和电感的另一端必须在电路板的背面相连,其结构较复杂,制造的工艺流程也相应增加。第二种 LC无源湿度传感器由平面叉指电容和旁置的平面螺旋电感形成并联回路,在结构和实现工艺上都较第一种结构简单,只需单层金属的电路板即可。在完成仿真的基础上,构建了测试平台,进行了传感器的测试,分析了测试结果,传感器的谐振频率随相对湿度的变化率约为10％,并分析了可能引起误差的因素。第三种结构是基于 LTCC技术提出的新型结构,传感器由平面叉指电容和垂直螺旋电感组成并联回路。文中对LTCC埋置垂直螺旋电感和传感器进行了设计仿真。由于LTCC技术的优越性,该湿度传感器也具有相应的优点,传感器的面积相比前两种都有很大的减小,质量也相应减小,并且品质因数较高,更能适用于恶劣的环境。

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第一章 绪论

1.1 背景介绍

1.2 湿度传感器的应用及意义

1.3 湿度传感器的发展

1.4 湿度传感器的分类

1.5 本论文的主要工作

第二章 LC无源传感器原理

2.1 LC并联谐振电路

2.2 LC湿度传感器的检测原理

2.3 聚酰亚胺的感湿机理

2.4 小结

第三章 LC无源湿度传感器的实现

3.1 传感器的结构设计

3.2 传感器的设计仿真

3.3 LC无源湿度传感器的实现

3.4 本章小结

第四章 单层金属LC无源湿度传感器

4.1 传感器的结构设计与仿真

4.2 传感器的工艺实现

4.3 湿度传感器的测试结果及分析

4.4 本章小结

第五章 基于LTCC的LC无源湿度传感器

5.1 LTCC技术简介

5.2 基于LTCC技术的电感

5.3 基于LTCC的无源LC传感器实现

5.3 本章小结

第六章 总结

致谢

参考文献

硕士期间取得的成果