CN111579603B - 一种集成加热控制及超声振动的mems电容式湿度传感器 - Google Patents

Abstract

一种集成加热控制及超声振动的硅基电容式湿度传感器，其中该传感器包括从下至上依次布置的以下部件：第一绝缘层和设置在该第一绝缘层上的压电陶瓷；第二绝缘层和设置在该第二绝缘层上的加热电阻；保护层和设置在该保护层上的电容电极和敏感结构温度传感器；和覆盖在所述电容电极上的感湿薄膜。

Description

一种集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器

技术领域

本发明涉及一种湿度测量装置，具体涉及一种集成加热控制及超声振动的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)电容式湿度传感器，属于传感技术领域。

背景技术

在气象探测、农业生产、工业控制、医疗监控、食品储存等领域，湿度检测具有广泛的需求。目前，湿度的检测主要通过电容式或电阻式湿度传感器实现，电容式湿度传感器以感湿薄膜作为电容的介质材料，当水分子吸附到感湿薄膜上时，电容的介电常数发生变化，导致电容变化，通过此机理进行湿度测量。电容式湿度传感器具有成本低、功耗低、灵敏度高、响应速度快、湿度回滞量小、产品互换性好和易于实现小型化、集成化制造等优点，应用最为广阔。

电容式湿度传感器根据极板的布局主要分为三明治结构和叉指结构，其中三明治结构的极板相互正对着，感湿薄膜处于两极板中间。叉指结构的极板处于同一平面，感湿薄膜均匀涂于极板表面。2018年，Hassana 等设计了三明治电容式湿度传感器，采用多孔上极板结构，有限元仿真表明实现湿度传感器在0-100％RH测量范围内的灵敏度达到22pF/％RH。 (Abdurrashid Shuaibu Hassana,Vimala Julieta,C.Joshua Amrith Raj.MEMSbased humidity sensor with integration of temperature sensor[J].MaterialsToday:Proceedings,2018,5(4):10728-10737)。2011年，Cheng-Long Zhao 设计了叉指电容结构电容式湿度传感器，当湿敏材料聚酰亚胺厚度为 1.7um时灵敏度是0.85fF％RH。(Chenglong Zhao,Ming Qin,Qingan Huang. A fully packaged CMOS interdigitalcapacitive humidity sensor with polysilicon heaters[J].IEEE Sensors Journal,2011,11(11):2986-2993)。

传感器在测量过程中，当环境温度高于传感器温度时，会出现冷凝结露现象，极大降低传感器测量精度，影响响应速度，通常通过加热的方式可以解决冷凝结露问题。2018年，Luo Yi等人设计了带有蛇形加热器的三明治电容式湿度传感器，上极板采用多孔结构，传感器灵敏度为 2.3RH％/pF，重复性约1.9％，在30℃环境温度下，湿度从30％RH到 70％RH的上升响应时间约0.5s(稳定信号的63％)。(Luo Yi,Yang Kun,Shi Yunbo,etal.Research of radiosonde humidity sensor with temperature compensationfunction and experimental verification[J].Sensors and Actuators A:Physical,2014,218:49-59)。

现场长期使用后，敏感材料上会附着各种大小的杂质颗粒，影响传感器测量性能。2011年，Cheng-Long Zhao设计的传感器通过增加透气膜，将污染颗粒阻隔在透气膜外，仅仅只有水分子能够通过，极大降低了污染颗粒对传感器的影响。(Chenglong Zhao,MingQin,Qingan Huang.A fully packaged CMOS interdigital capacitive humiditysensor with polysilicon heaters[J].IEEE Sensors Journal,2011,11(11):2986-2993)。

现有技术的缺点和产生这些缺点的技术原因大致说明如下：(1)在解决传感器的冷凝结露问题时，现有传感器使用开环控制方法向加热电阻施加指定大小的功率，即根据当前环境温度拟合计算出加热功率，使传感器敏感结构温度保持大概恒定。Luo Yi将环境温度与加热功率拟合为线性关系，在-70～20℃测量环境下，将传感器温度保持在20℃左右，该方法较好解决了结露问题，在气象探空上得到了验证。但是该方法随着环境温度降低，加热功率逐渐增大，将本就短缺的电池能量消耗在加热上，使得系统工作时间大大缩短，影响系统的易用性；(2)在解决环境对传感器测量性能的影响时，针对附着物问题，Cheng-Long Zhao设计的传感器通过增加透气膜的方法杜绝了该问题，但是该方法增加了水分子穿过透气膜的环节，降低了传感器的响应速度，长期使用后，随着透气膜上的附着物积累，会使得水分子透过时间越来越长，导致传感器性能越来越低。

发明内容

本发明的实施方式针对现有技术的不足，提出了一种集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器，在消除冷凝结露问题时降低加热消耗功率，在清除感湿薄膜上的颗粒时加快响应速度，降低环境的影响，提高传感器的环境适应性。

根据本发明的一个实施方式的一种集成加热控制及超声振动的 MEMS电容式湿度传感器，其中该传感器包括从下至上依次布置的以下部件：第一绝缘层和设置在该第一绝缘层上的压电陶瓷；第二绝缘层和设置在该第二绝缘层上的加热电阻；保护层和设置在该保护层上的电容电极和敏感结构温度传感器；和覆盖在所述电容电极上的感湿薄膜。

在一个可选的实施方式中，所述集成加热控制及超声振动的MEMS 电容式湿度传感器还可包括设置在所述电容电极外侧的隔热条；和设置在所述隔热条外侧的环境温度传感器。

在一个可选的实施方式中，所述集成加热控制及超声振动的MEMS 电容式湿度传感器还可包括：设置在所述第一绝缘层下方的衬底，该衬底的底部被镂空加工形成凹槽。

在一个可选的实施方式中，所述集成加热控制及超声振动的MEMS 电容式湿度传感器中的所述电容电极为两个交错设置的叉指电容电极。

在一个可选的实施方式中，所述集成加热控制及超声振动的MEMS 电容式湿度传感器中的所述压电陶瓷、所述加热电阻、所述电容电极和所述敏感结构温度传感器的两端各分别设置有焊盘，用于进行焊接固定。

在一个可选的实施方式中，所述电容电极和所述敏感结构温度传感器均处于所述加热电阻的覆盖范围内。

在一个可选的实施方式中，所述加热电阻为螺旋形加热电阻。

在一个可选的实施方式中，所述第一绝缘层和第二绝缘层由二氧化硅材料制成。

在一个可选的实施方式中，所述感湿薄膜由聚酰亚胺材料制成。

在一个可选的实施方式中，所述传感器还可包括PID控制器，用于使用所述环境温度传感器测量的环境温度进行目标温度可变的变参数 PID温度控制来对所述传感器的温度进行闭环控制。

在一个可选的实施方式中，所述PID控制器进行目标温度可变的变参数PID温度控制过程中，被调节的所述传感器的目标温度随环境温度的变化而改变。

在一个可选的实施方式中，所述传感器还包括可操作地连接至所述压电陶瓷的DDS驱动器，以通过DDS技术产生变频变幅的不同波形的信号驱动所述压电陶瓷产生超声振动。

本发明的一个实施方式提供的一种新型的MEMS湿度传感器结构，集成了湿度测量、加热控制及超声除尘功能。以叉指电容作为敏感机构，将感湿薄膜涂于叉指电容表面，充分与空气接触，提高响应速度；集成两路温度传感器，同时检测环境温度和敏感结构温度，利用加热电阻对传感器进行加热，采用目标温度可变的变参数PID(ProportionIntegration Differentiation)控制方法实现湿敏结构温度的闭环控制，将目标温度设为高出环境温度5～10℃，达到消除冷凝结露问题的目的，同时降低加热消耗功率；在传感器底部设置压电陶瓷，基于超声振动除尘原理，采用压电陶瓷逆压电效应结合直接数字合成(Direct Digital Synthesizer，DDS)技术产生随机变频变幅的不同波形超声波驱动信号，加快水分子及污染颗粒从感湿薄膜中逸出的速度，除去感湿薄膜上的污染颗粒，减少或消除污染颗粒对传感器的影响，同时加快响应速度。

根据本发明的实施方式所提供的一种新型的MEMS湿度传感器结构与现有技术相比所具有的有益效果：集成了湿度测量、加热控制和超声除尘的功能，在实现正常的湿度测量同时，能够消耗最小功率消除冷凝结露问题，并清除感湿薄膜上的附着颗粒，使传感器快速恢复到正常测量状态，加快动态响应，提高环境适应性；采用了两路温度传感器，能同时测量环境温度和湿敏结构温度，结合目标温度可变的变参数PID控制方法对传感器敏感结构的温度进行闭环控制，保证传感器敏感结构温度始终高于环境温度5～10℃，在消除冷凝结露问题的同时，减小系统功耗；设计了目标温度可变的变参数PID控制方法实现湿敏结构温度的闭环控制，将加热的目标温度设为环境温度的函数，将PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数设为温度误差值的函数，以适应不同调节阶段对PID控制器三个系数的要求，达到最好的调节效果；改进了加热电阻形状，采用螺旋状加热电阻，进一步加大加热覆盖面积，且使传感器受热均匀；通过压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动，结合DDS技术，产生随机变频变幅及不同波形的超声波驱动信号，快速清除传感器感湿薄膜上附着的不同大小的颗粒，加快传感器动态响应，使传感器测量性能保持最优化。

通过参考附图和以下说明，本发明的其它装置、设备、系统、方法、特征和优点将是明显的。包括在本说明书中的所有的另外的这种系统、方法、特征和优点都在本发明的范围内，且由所附权利要求保护。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。通过参考附图可更好地理解本发明。

图1示出了根据本发明的实施方式的一种集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器的结构爆炸示意图。

图2示出了根据本发明的实施方式的一种集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器的结构整体示意图。

图3示出了根据本发明的实施方式的叉指电容的结构示意图。

图4示出了根据本发明的实施方式的加热电阻与湿敏结构和温度传感器的布局示意图。

图5示出了根据本发明的实施方式的湿敏结构温度闭环控制的示意框图。

图6示出了根据本发明的实施方式的压电陶瓷的结构示意图。

图7示出了根据本发明的实施方式的基于DDS技术的超声驱动信号产生的示意框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。这里所使用的某些术语仅仅是为了方便并不被认为是对本发明的限制。例如，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“垂直”、“向上”和“向下”等术语仅仅描述附图中所示的构造。实际上，部件可以被定向在任何方向上，且因此除非以其它方式指出了，术语应当被理解为包括所有这种变化。在本说明中，词“包括”应理解为其“开放”意义，即“具有”的意思，因此不应被限制为“封闭”意义，即“仅包括”的意思。相应的意思也适用于相应的词“包括”，“包括有”等。尽管可能使用例如“第1”、“第2”、“第一”和“第二”的表述来描述本发明的各个元件，但它们并未意于限定相对应的元件。例如，上述表述并未旨在限定相对应元件的顺序或重要性。上述表述仅用于将一个部件和另一个部件区分开。

参考附图1-4，以一个或多个详细的实施方案对本发明的技术方案进行详细阐述。图1示出了根据本发明的实施方式的一种集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器的结构爆炸示意图。图2示出了根据本发明的实施方式的一种集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器的结构整体示意图。图3示出了根据本发明的实施方式的叉指电容的结构示意图。图4示出了根据本发明的实施方式的加热电阻与湿敏结构和温度传感器的布局示意图。

参考图1，示出了根据本发明的一个实施方式的集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器的结构爆炸示意图，包括：衬底层1、第一绝缘层2、第二绝缘层3、压电陶瓷4、加热电阻5、叉指电容电极一6a、叉指电容电极二6b、敏感结构温度传感器7、环境温度传感器8、保护层9、感湿薄膜10、隔热条11、压电陶瓷焊盘一12a、压电陶瓷焊盘二12b、加热电阻焊盘一13a、加热电阻焊盘二13b、叉指电容焊盘一 14a、叉指电容焊盘二14b、敏感结构温度传感器焊盘一15a、敏感结构温度传感器焊盘二15b、环境温度传感器焊盘一15c、环境温度传感器焊盘二15d和凹槽16。

继续参考图1，对根据本发明的实施方式的集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器进行说明。在该实施方式中，第一绝缘层2 铺设在衬底1的上表面；在第一绝缘层2的上表面设置压电陶瓷4，并且在压电陶瓷4的两端对称布置压电陶瓷焊盘一12a和压电陶瓷焊盘二12b，该压电陶瓷焊盘一12a和压电陶瓷焊盘二12b分别与压电陶瓷4的两端相连；第二绝缘层3铺设在压电陶瓷4上表面，并且露出压电陶瓷焊盘一12a和压电陶瓷焊盘二12b；在第二绝缘层3的上表面加工出加热电阻 5，并且在加热电阻5两端对称布置加热电阻焊盘一13a和加热电阻焊盘二13b；保护层9铺设在加热电阻5和敏感结构温度传感器7上，并且露出加热电阻焊盘一13a和加热电阻焊盘二13b；在保护层9的上表面设置叉指电容电极一6a和叉指电容电极二6b，二者交错，形成叉指电容，在叉指电容电极一6a和叉指电容电极二6b的两端对称设置叉指电容焊盘一14a和叉指电容焊盘二14b，分别与叉指电容电极一6a和叉指电容电极二6b的两端相连，在叉指电容旁边设计敏感结构温度传感器7，且该敏感结构温度传感器7与叉指电容6a和6b均处于加热电阻5所覆盖的范围内，在敏感结构温度传感器7两端对称布置敏感结构温度传感器焊盘一15a和敏感结构温度传感器焊盘二15b，分别与敏感结构温度传感器 7两端相连；感湿薄膜10铺设在叉指电容电极一6a和叉指电容电极二 6b组成的叉指电容结构上，并且露出叉指电容焊盘一14a、叉指电容焊盘二14b、敏感结构温度传感器焊盘一15a和敏感结构温度传感器焊盘二 15b；在整个结构外侧设置隔热条11；环境温度传感器8设置在隔热条 11外侧，在环境温度传感器8的两端对称放置环境温度传感器焊盘一15c 和环境温度传感器焊盘二15d，分别与环境温度传感器8两端相连；衬底层1的下表面进行镂空加工，形成凹槽16。参考图2，示出了根据本实施方式的加热控制及超声振动的电容式湿度传感器结构集成之后的整体示意图。可选地，在其它实施方式中，根据需要，传感器的各元件可使用除了焊接以外的其它固定方式，例如粘接，卡接，螺钉连接等，从而不需要在元件上设置焊盘。

在该实施方式中，衬底层1选用硅片材料；第一绝缘层2与第二绝缘层3选用二氧化硅材料；保护层9选用氧化铝材料；感湿薄膜10选用聚酰亚胺材料，从而在实现所述功能的同时仅需要较低的成本。本领域技术人员应理解，根据不同的需求，上述各元件所使用的材料不限于此，也可选用其它合适的材料。尽管未示出，本领域技术人员应理解，在不同的需求环境下，可以选择地使用以上实施方式中的元件，以及适当增加或减少其数量。

以下进一步对根据本发明的实施方式进行说明。

参考图3，根据本发明的实施方式提供的集成加热控制及超声振动的 MEMS电容式湿度传感器的敏感结构为叉指电容6a和6b。可选地，在该实施方式中，叉指电容6a和6b厚度远小于长度及宽度，且叉指电容 6a和6b均处于同一平面，以实现好的响应效果。可选地，可在该叉指电容6a和6b的上表面涂有一层感湿薄膜。采用叉指电容作为敏感结构，能够有效地增加感湿面积，感湿薄膜涂层尽可能薄，加快动态响应。

传感器在测量过程中，当环境温度高于传感器温度时，会出现冷凝结露现象，导致传感器无法正常工作。为解决冷凝结露问题，本实施方式中采用加热电阻对传感器敏感结构进行加热。在本实施方式中，设置了两路温度传感器，即环境温度传感器8和敏感结构温度传感器7，分别对环境温度及敏感结构温度进行测量。在一个实施方式中，可将加热目标温度设置为高于环境温度5～10℃，采用PID控制器通过目标温度可变的变参数PID控制方法实现湿敏结构温度的闭环控制，提高加热速率。可选地，该PID控制器可设置成可操作地连接至所述敏感结构温度传感器和所述环境温度传感器以及所述加热电阻。另外，为使得感湿薄膜10的吸水性能保持一致，需保证湿度敏感结构区受热均匀，因此，要求加热电阻5的结构合理，加热范围既能完全覆盖传感器结构，又能均匀对传感器进行加热。参考图4，示出了根据本发明的一个实施方式采用的螺旋形加热电阻5，其加热面积覆盖传感器敏感结构，螺旋结构电阻有利于对湿敏结构均匀加热。加热电阻5与湿敏结构6a和6b和温度传感器7布局示意图见图4所示。尽管图中未示出，本领域技术人员应理解，根据需要，也可采用其它合适形式的加热电阻。

在本发明的一个实施方式中，将传感器湿敏结构的温度调整为高于环境温度5～10℃，有利于防止冷凝结露。由于环境温度变化，因此，目标温度需变化，以节省加热功耗。为加快加热速度，本发明的一个实施方式中采用变参数PID控制方法进行加热功率的闭环控制。

参考图5，示出了根据本发明的一个实施方式中使用的变参数PID控制方法进行加热功率的闭环控制的原理示意框图。在该实施方式中，环境温度传感器8检测环境温度，将目标温度设置为高于环境温度T℃(T 取5-10之间的值)。为防止目标温度变化过于频繁导致系统失调，设置目标温度时，首先对环境温度进行2点平滑滤波，若滤波结果高于当前设定的目标温度减T/2℃或者低于当前设定目标温度减3T/2℃，则更新当前目标温度。

可选地，为加快PID调节速度，采用参数预调整的PID控制方法，以当前温度误差为输入，调整PID的微调比例系数K_P、积分系数K_I、微分系数K_D，即将比例系数K_P、积分系数K_I、微分系数K_D设为误差的函数，即：

式中f1、f2、f3可为分段常数函数，常数值通过大量的试验确定。实验中，先将所有积分系数和微分系数设为0，调整比例系数，使响应曲线最快调整到稳态，此时一般会存在稳态误差。然后再调整积分系数和微分系数，消除稳态误差，但要注意不要出现波动。最后微调比例系数、积分系数和微分系数，使温度响应曲线迅速调整到设定状态。

图6示出了根据本发明的一个实施方式的压电陶瓷结构。传感器在工作过程中，感湿薄膜10上可能会附着杂质颗粒，不利于水分子从感湿薄膜10吸附或逸出，导致传感器测量性能降低，动态响应速度变慢。为解决该问题，在一个实施方式中，可在传感器底部设置压电陶瓷4，利用压电陶瓷4的逆压电效应产生超声振动达到除尘目的，当向压电陶瓷4 施加高频交变电压信号，产生极化方向的交变形变，带动整个结构进行振动，加快水分子及污染颗粒从感湿薄膜10中逸出的速度，除去感湿薄膜10上的污染颗粒，减少或消除污染颗粒对传感器的影响。可选地，可在传感器完成一次有效测量后进行超声除尘的过程，使得传感器能够马上恢复正常测量状态，而不受上一次测量的影响。可选地，压电陶瓷4 在超声除尘过程中的振动方向为垂直于圆面，以实现好的除尘效果。

图7示出了根据本发明的另一个实施方式中使用的DDS技术产生超声驱动信号的示意框图。传感器在测量过程中会吸附各种大小的颗粒，为快速清除感湿薄膜上的颗粒及水分子，根据本发明的一个实施方式采用DDS驱动器产生变频变幅的不同波形的信号驱动压电陶瓷4，产生相应频率幅值的振动，以达到最好的清除效果。在一个可选的实施方式中，该DDS驱动器可操作地连接至所述压电陶瓷4，以采用DDS驱动器产生变频变幅的不同波形的信号驱动压电陶瓷4。

参考图7，根据本发明的一个实施方式中使用的DDS技术在工作中利用存储器保存各种波形的数据，生成查找表，相位累加器通过检测时钟脉冲，将自身输出与频率控制字相加，作为查找表的地址，查找表输出对应的数字信号到数模转换器(Digital-to-AnalogConverter，DAC)，累加器溢出频率为信号频率，幅值则为查表后输出给DAC的最大值，波形类型则由存储器内的查找表确定。因此，DDS技术可产生任意频率和幅值的各种波形，用于驱动压电陶瓷产生超声振动，达到清除感湿薄膜吸附颗粒的目的。实际中，可设置随机频率、幅度及波形参数，产生变频变幅和不同波形的超声驱动信号，快速清除附着颗粒。

接下来继续参考附图1-7，对本发明传感器的工作过程进行进一步说明。当电容式湿度传感器接触到空气中水份时，感湿薄膜10吸收水分子，其介电常数发生变化，从而使传感器电容产生变化，通过测量电容值变化量便能得到对应的环境湿度。为解决环境温度高于传感器温度时产生的冷凝结露问题，设计两路温度传感器，即环境温度传感器和敏感结构温度传感器，同时检测环境温度和敏感结构温度，利用加热电阻5对传感器进行加热，采用目标温度可变的变参数PID控制方法进行加热功率闭环控制，快速将敏感结构温度调整到设置的目标温度。为解决恶劣环境下杂质颗粒附着在传感器感湿薄膜表面降低测量性能的问题，在完成一次测量后，使用压电陶瓷的逆压电效应，结合超声波除尘原理，去除感湿薄膜上的附着颗粒，结构上将压电陶瓷设置在传感器底部，施加随机变频变幅及不同波形的交变电压信号，产生超声振动，达到清除感湿薄膜上各种大小的颗粒以及水分子的目的，使传感器快速恢复到正常测量状态。

根据本发明的实施方式的MEMS电容式湿度传感器提供的功能可包括，集成了湿度测量、加热控制和超声振动功能，在实现正常的湿度测量同时，能够消耗最小功率消除冷凝结露问题，并清除感湿薄膜上的附着颗粒，使传感器快速恢复到正常测量状态，加快动态响应，提高环境适应性。

根据本发明的实施方式的MEMS电容式湿度传感器提供的功能还可包括，在加热控制时采用了两路温度传感器，能同时测量环境温度和湿敏结构温度，结合目标温度可变的变参数PID控制方法对传感器敏感结构的温度进行闭环控制，保证传感器敏感结构温度始终高于环境温度 5～10℃，在消除冷凝结露问题的同时，减小系统功耗。根据本发明的实施方式的目标温度可变的变参数PID控制方法实现湿敏结构温度的闭环控制，将加热的目标温度设为环境温度的函数，将PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数设为温度误差的函数，以适应不同调节阶段对 PID控制器三个系数的要求，达到最好的调节效果。根据本发明的实施方式的MEMS电容式湿度传感器的加热电阻采用螺旋结构，增大加热覆盖范围，保证湿敏结构处于加热覆盖范围内，且受热均匀。本发明的实施方式的MEMS电容式湿度传感器底部设置压电陶瓷，通过压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动，结合DDS技术，产生随机变频变幅及不同波形的超声波驱动信号，快速清除传感器感湿薄膜上附着的不同大小的颗粒及水分子，加快传感器动态响应，使传感器测量性能保持最优化。

此外，前述仅说明了一些实施方式，可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质，该实施方式是示意性的而不是限制性的。此外，所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式，其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式，相反地，旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外，上述说明的多种实施方式可与其它实施方式共同应用，如，一个实施方式的方面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另外，任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。

为了示意和说明的目的提供实施方式的前述说明，其不意图穷举或限制本公开。具体实施方式的各元件或特征通常不限于该具体实施方式，但是在可应用的情况下，即使没有具体地示出或说明，各元件或特征也是可互换且可用于选择的实施方式，还可以多种方式改变。该改变不看作从本公开偏离，且所有该改变都包括在本公开的范围内。

因此，应理解这里通过示例的方式提供了附图和说明书，以有助于对本发明的理解，且不应构成对其范围的限制。

Claims (5)

1.一种集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器，其中该传感器包括从下至上依次布置的以下部件：

第一绝缘层和设置在该第一绝缘层上的压电陶瓷；

第二绝缘层和设置在该第二绝缘层上的加热电阻；

保护层和设置在该保护层上的电容电极和敏感结构温度传感器；和

覆盖在所述电容电极上的感湿薄膜；

设置在所述电容电极外侧的隔热条；

设置在所述隔热条外侧的环境温度传感器；

设置在所述第一绝缘层下方的衬底，该衬底的底部被镂空加工形成凹槽；

其中所述加热电阻为螺旋形加热电阻；其中所述第一绝缘层和第二绝缘层由二氧化硅材料制成；其中所述感湿薄膜由聚酰亚胺材料制成；

其中该传感器还包括PID控制器，用于使用所述环境温度传感器测量的环境温度进行目标温度可变的变参数PID温度控制来对所述传感器的温度进行闭环控制；

其中该传感器还包括可操作地连接至所述压电陶瓷的DDS驱动器，以通过DDS技术产生变频变幅的不同波形的信号驱动所述压电陶瓷产生超声振动。

2.如权利要求1所述的集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器，其中所述电容电极为两个交错设置的叉指电容电极。

3.如权利要求1所述的集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器，其中所述压电陶瓷、所述加热电阻、所述电容电极和所述敏感结构温度传感器的两端各分别设置有焊盘，用于进行焊接固定。

4.如权利要求1所述的集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器，其中所述电容电极和所述敏感结构温度传感器均处于所述加热电阻的覆盖范围内。

5.如权利要求1所述的集成加热控制及超声振动的MEMS电容式湿度传感器，其中所述PID控制器进行目标温度可变的变参数PID温度控制过程中，被调节的所述传感器的目标温度随环境温度的变化而改变。

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