CN111487285A - 一种横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，在压电体同侧的第一电极和第二电极间的凹陷部内设置聚酰亚胺材料。在应用时，聚酰亚胺材料吸湿膨胀，改变压电体内部应力，从而改变压电体内体波的共振频率，通过探测该共振频率实现湿度检测。因为设置于凹陷部的聚酰亚胺材料能够对压电体产生更多的扩张力，能够更多地改变压电体内的应力，所以本发明具有湿度探测灵敏度高的优点，在湿度传感领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及湿度传感领域，具体涉及一种横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器。
背景技术
湿度传感器是广泛应用的常见传感器件之一，在气象学、工业过程控制、自动化系统、农业生产、食物仓储等领域具有重要应用。着眼于湿度传感器微型化、集成化、低成本化等方面的考虑，基于微机电系统的湿度传感器具有良好的应用前景。增强湿度敏感物质对微机电系统的影响、提高湿度探测的灵敏度是当前的难点。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，该湿度传感器包括：压电体、第一电极、第二电极、聚酰亚胺材料，第一电极和第二电极设置在压电体的同侧，在第一电极和第二电极间、压电体上设置凹陷部，聚酰亚胺材料设置于凹陷部内；使用时，聚酰亚胺材料吸湿膨胀，改变压电体中的应力，导致压电体中体波的共振频率改变，通过探测该共振频率实现环境湿度的检测。
更进一步地，凹陷部为多个。
更进一步地，凹陷部的截面为梯形。
更进一步地，凹陷部的截面为倾斜的平行四边形。
更进一步地，压电体的材料为氮化铝、氧化锌、或锆钛酸铅压电陶瓷。
更进一步地，第一电极和第二电极的材料为铝。
更进一步地，聚酰亚胺材料突出所述凹陷部。
更进一步地，在第一电极和第二电极间覆盖氧化石墨烯气凝胶膜。
本发明的有益效果：本发明提供了一种横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，在压电体同侧的第一电极和第二电极间的凹陷部内设置聚酰亚胺材料。在应用时，聚酰亚胺材料吸湿膨胀，改变压电体内部应力，从而改变压电体内体波的共振频率，通过探测该共振频率实现湿度检测。因为设置于凹陷部的聚酰亚胺材料能够对压电体产生更多的扩张力，能够更多地改变压电体内的应力，所以本发明具有湿度探测灵敏度高的优点，在湿度传感领域具有良好的应用前景。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器的示意图。
图2是又一种横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器的示意图。
图3是再一种横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器的示意图。
图4是再一种横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器的示意图。
图中：1、压电体；2、第一电极；3、第二电极；4、凹陷部；5、聚酰亚胺材料。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，如图1所示，该湿度传感器包括压电体1、第一电极2、第二电极3、聚酰亚胺材料5。第一电极2和第二电极3设置在压电体1的同侧。本发明采用在压电体1同侧设置第一电极2和第二电极3，将压电体1的另一侧裸露，采用这种激励方式减少了一次制备电极的加工步骤，降低了成本。在第一电极2和第二电极3间、压电体1上设置凹陷部4。聚酰亚胺材料5设置于凹陷部4内。本发明采用聚酰亚胺材料5作为吸湿膨胀材料，其他吸湿膨胀材料亦可实现本发明的效果。压电体1的材料为氮化铝、氧化锌、或锆钛酸铅压电陶瓷。第一电极2和所述第二电极3的材料为铝。
在应用时，在第一电极2和第二电极3间施加交流激励信号和接受传感器响应电信号，湿度传感器的响应电信号反映了湿度传感器的共振频率。在待测环境中，聚酰亚胺材料5吸湿膨胀，改变压电体1的内部应力，从而改变压电体1内体波的共振频率，通过探测该共振频率实现湿度检测。因为，设置于凹陷部4的聚酰亚胺材料5能够对压电体1产生更多的扩张力，能够更多地改变压电体1内的应力，所以本发明具有湿度探测灵敏度高的优点，在湿度传感领域具有良好的应用前景。
更进一步地，聚酰亚胺材料5突出凹陷部4。也就是说，除在凹陷部4内设置聚酰亚胺材料5外，聚酰亚胺材料5还突出了凹陷部4。突出的聚酰亚胺材料5有利于吸收更多的水分，对压电体1产生更多的扩张力，更多地改变压电体1内的应力，更多地改变湿度传感器的共振频率，提高湿度探测的灵敏度。
更进一步地，在第一电极2和第二电极3间覆盖氧化石墨烯气凝胶膜。也就是说，氧化石墨烯气凝胶膜也覆盖住了聚酰亚胺材料5。这样一来，氧化石墨烯气凝胶膜不仅可以帮助聚酰亚胺材料5吸收更多的水分，而且在第一电极2和第二电极3间附着更多的水分，这两方面的效果都增加了湿度传感器的共振频率，所以在第一电极2和第二电极3间覆盖氧化石墨烯气凝胶膜将更多地改变器件的共振频率，提高湿度探测的灵敏度。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，凹陷部4为多个，在凹陷部4内设有聚酰亚胺材料5。当凹陷部4为多个时，在相邻凹陷部4的中间也存在压电体5材料，声波也会扩散到相邻凹陷部4中间的压电体1中。当多个凹陷部4内的聚酰亚胺材料5膨胀时，在相邻凹陷部4中间压电体1的应力剧烈改变，改变压电体1整体的力学特性，从而改变压电体1的共振频率，实现湿度探测。
实施例3
在实施例1的基础上，如图3所示，凹陷部4的截面为梯形。也就是在第一电极2和第二电极3连线方向，凹陷部4的截面为梯形。梯形的下底边长、上底边短，这样保证了在聚酰亚胺材料5膨胀时，在压电体1内产生更多的扩张力，更多地改变共振频率，提高湿度探测的灵敏度。
实施例4
在实施例1的基础上，如图4所示，凹陷部4的截面为倾斜的平行四边形。在图4中的水平方向，平行四边形的宽度小于共振波长的半个波长；在竖直方向，平行四边形的深度大于共振波长的1个波长。平行四边形将压电体1分作左右两个部分。当平行四边形内的聚酰亚胺材料5吸湿膨胀时，改变了左右两部分的距离，改变了左右两部分中的声波耦合，改变压电体1的共振频率。所以，本实施例中的原理与以上三个实施例不同，从不同的原理改变共振频率。因为波在不同物体间耦合时，耦合效率与效果对两物体间的距离非常灵敏，所以本实施例具有灵敏度高的优点。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，其特征在于，包括：压电体、第一电极、第二电极、聚酰亚胺材料，所述第一电极和所述第二电极设置在所述压电体的同侧，在所述第一电极和所述第二电极间、所述压电体上设置凹陷部，所述聚酰亚胺材料设置于所述凹陷部内；使用时，所述聚酰亚胺材料吸湿膨胀，改变所述压电体中的应力，导致所述压电体中体波的共振频率改变，通过探测该共振频率实现环境湿度的检测。
2.如权利要求1所述的横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，其特征在于：所述凹陷部为多个。
3.如权利要求1所述的横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，其特征在于：所述凹陷部的截面为梯形。
4.如权利要求1所述的横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，其特征在于：所述凹陷部的截面为倾斜的平行四边形。
5.如权利要求1-4任一项所述的横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，其特征在于：所述压电体的材料为氮化铝、氧化锌、或锆钛酸铅压电陶瓷。
6.如权利要求5所述的横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，其特征在于：所述第一电极和所述第二电极的材料为铝。
7.如权利要求6所述的横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，其特征在于：所述聚酰亚胺材料突出所述凹陷部。
8.如权利要求7所述的横向场激励的薄膜体波谐振器湿度传感器，其特征在于：在所述第一电极和所述第二电极间覆盖氧化石墨烯气凝胶膜。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115989912A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-04-21 | 惠州市龙源电力技术服务有限公司 | 一种带受潮检测的低压带电作业绝缘手套及其制备方法 |
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2020
- 2020-06-02 CN CN202010487833.0A patent/CN111487285A/zh not_active Withdrawn
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