CN206557139U - Qcm湿度传感器 - Google Patents

Abstract

一种QCM湿度传感器，包括基座以及设于所述基座上的检测模块，所述检测模块包括石英基片和所述石英基片的下端的固定板，所述固定板与所述基座可拆卸链接，所述石英基片的两侧面分别均匀镀有银电极层，所述银电极层的外侧设有聚酰亚胺保护膜，所述聚酰亚胺保护膜的外侧设有湿敏薄膜，所述电极连接有引线，所述固定板的下端设有电极接头，所述引线与所述电极接头连接，所述基座上设有与所述QCM湿度传感器的电极接头匹配的接线槽，所述接线槽与所述基座内的电源连接。

Description

QCM湿度传感器

技术领域

本实用新型涉及湿度传感器技术领域，特别是涉及一种QCM湿度传感器。

背景技术

QCM湿度传感器的核心是石英晶体，它是由一定切向的石英晶体薄片与喷涂在其表面上的金属激励电极构成，根据石英晶体的压电效应，当对石英晶体施加突变电压时，石英晶体就会振动，当震荡电路的频率与石英晶体的固有频率一致时，便会产生共振，此时的振动最稳定。石英晶体的固有频率随着吸附质量的改变而变化。当石英晶体表面敷在有其他的物质时，固有频率会发生变化。QCM湿度传感器就是根据这一原理，在石英晶体表面涂覆上一层敏感薄膜，利用敏感薄膜对待测物质的吸引作用，把待测物质的浓度转化成频率信号来进行测量。石英晶体的谐振频率与晶体电极表面质量负载之间的关系式为：

其中，ΔF为频移，ΔM为质量改变量，A为电极面积，μ，ρ分别为石英晶体密度和剪切模量。

现有技术中的QCM湿度传感器，一般在石英晶体薄片上镀银电极，但是银电极容易被环境中的含硫化氢等各种腐蚀气体腐蚀，不仅影响电极的性能，而且改变了ΔM的值，使QCM湿度传感器的准确度大大降低，影响了QCM湿度传感器检测的准确度度和灵敏度。

而且，石英基片安装时，需要将电极上的引线与基座上的管脚连接，一般是将引线焊接到管脚上，安装和拆卸十分繁琐。

实用新型内容

鉴于上述状况，有必要提供一种提高检测准确度和便于安装、拆卸的QCM湿度传感器。

一种QCM湿度传感器，包括基座以及设于所述基座上的检测模块，所述检测模块包括石英基片和所述石英基片的下端的固定板，所述固定板与所述基座可拆卸链接，所述石英基片的两侧面分别均匀镀有银电极层，所述银电极层的外侧设有聚酰亚胺保护膜，所述聚酰亚胺保护膜的外侧设有湿敏薄膜，所述电极连接有引线，所述固定板的下端设有电极接头，所述引线与所述电极接头连接，所述基座上设有与所述QCM湿度传感器的电极接头匹配的接线槽，所述接线槽与所述基座内的电源连接。

上述QCM湿度传感器，其中，所述固定板上设有定位柱，所述基座上设有与所述定位柱匹配的定位槽。

上述QCM湿度传感器，其中，所述石英基片外设有防护罩，所述防护罩与所述固定板可拆卸链接，所述防护罩包括两层过滤网以及两层所述过滤网之间的合成纤维滤料。

上述QCM湿度传感器，其中，所述湿敏薄膜为SBA-15有序介孔材料或纳米氧化锌。

上述QCM湿度传感器，其中，所述检测模块至少设置2个。

上述QCM湿度传感器，其中，所述QCM湿度传感器还包括无线通讯模块，所述无线通讯用于无线发送所述QCM湿度传感器检测的湿度。

上述QCM湿度传感器，其中，所述基座上设有与所述固定板大小匹配的凹槽，所述基座上设有夹片，所述夹片与所述基座旋转连接，用于将所述固定板固定在所述基座上。

上述QCM湿度传感器，其中，所述石英基片的两侧面呈波浪状。

本实用新型通过在银电极层上设置聚酰亚胺保护膜防止环境中的腐蚀物质腐蚀银电极层，以提高QCM湿度传感器的准确度，而且通过固定板将石英基片固定在基座上，固定板上设有连接银电极层的电极接头，通过电极接头与基座上的接线槽的配合，快速的实现石英基片的安装和拆卸。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例中的QCM湿度传感器的结构分解示意图；

图2为图1中检测模块的结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例中的QCM湿度传感器的结构示意图；

图4为本实用新型第二实施例中的QCM湿度传感器的结构示意图；

图5为本实用新型第三实施例中的QCM湿度传感器的结构示意图。

主要元件符号说明

石英基片	10	电极接头	15
				固定板	20	接线槽	31
基座	30	定位槽	32
				银电极层	11	凹槽	33
聚酰亚胺保护膜	12	夹片	34
				湿敏薄膜	13	防护罩	40
引线	14	定位柱	21

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供该实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图3，为本实用新型提供的一种QCM湿度传感器。如图1所示，所述QCM湿度传感器包括基座30、设于所述基座30上的检测模块。所述检测模块包括石英基片10以及所述石英基片10的下端的固定板20。所述石英基片10固定在所述固定板20上，所述石英基片10为方形，板状结构。可以理解的在本实用新型其他实施例中所述石英基片10也可以为圆形或其他形状。

如图2所示，所述石英基片10的两侧面分别均匀镀有银电极层11，所述银电极层11的外侧设置一层聚酰亚胺保护膜12，所述聚酰亚胺保护膜12的外侧设置一层湿敏薄膜13。

两个所述电极连接有引线14，用于连接所述基座30内的电源。所述固定板20的下端设有电极接头15，所述引线14与所述电极接头15连接。如图1所示，所述基座30上设有与所述电极接头15匹配的接线槽31，所述接线槽31通过导线与所述基座30内的电源的正负极连接。所述电源通过驱动电路与石英基片10上的银电极层11连接，根据石英晶体的压电效应，当对石英晶体施加突变电压时，石英晶体就会振动。

安装所述检测模块时，直接将电极接头15插入接线槽31内，即可实现银电极层11与电源的连接，达到快速安装的目的，而且，如果检测模块损坏时也方便快速更换。

进一步的，所述基座30上设有与所述固定板20大小匹配的凹槽33，所述基座30上靠近所述凹槽33处设有夹片34，所述夹片34呈狭长、薄片状，所述夹片34与所述基座30旋转连接，用于将所述固定板20固定在所述基座30上。所述固定板20的底部上设有定位柱21，所述基座30上设有与所述定位柱21匹配的定位槽32。所述定位柱21和设置两个，分别位于固定板20相对的两边，同样定位槽32也相应的设置两个。安装所述检测模块时，将所述检测模块的固定板20放置在凹槽33内，并将固定板20的底部的定位柱21对准凹槽33内的定位槽32，定位后，电极接头15正好对准接线槽31，再将夹片34旋转至固定板20上，从而将固定板20固定在基座30上。安装后的QCM湿度传感器的结构示意图如图3所示。

可以理解的所述固定板20与所述基座30也可以通过螺纹连接。例如，在固定板20上设置螺纹孔，通过螺钉将所述固定板20固定在所述基座30上。

在传感检测中，多孔结构有利于水分子在湿敏薄膜13中的快速扩散和吸附，从而大幅度提升传感器的灵敏度、响应速度，也大大提高了检测限。本实施例中，所述湿敏薄膜13采用纳米微孔材，例如采用SBA-15有序介孔材料。SBA-15有序介孔材料的孔径低于100纳米，且具有较高的比表面积、高的孔隙率，有利于物质快速进出孔道，因此具有很强的吸附能力。将SBA-15有序介孔材料制成的涂覆液均匀涂覆在聚酰亚胺保护膜12的外侧，再进行烘干即可得到SBA-15有序介孔材料修饰的QCM湿度传感器。

由于银容易与环境中的含硫化合物发生化学反应而腐蚀，腐蚀后的银电极不仅质量发生变化而且其电子的流动速度慢，影响QCM湿度传感器的测量的准确度和测量反应速度。而聚酰亚胺保护膜具有抗腐蚀的功能，通过在银电极层的表面涂覆一层聚酰亚胺保护膜能防止环境中含腐蚀性物质腐蚀银电极层。

本实施例通过在银电极层上设置聚酰亚胺保护膜防止环境中的腐蚀物质腐蚀银电极层，保证测量的准确度，而且通过固定板将石英基片固定在基座上，固定板上设有连接银电极层的电极接头，通过电极接头与基座上的接线槽的配合，快速的实现石英基片的安装和拆卸。

可以理解的，在本实用新型另一实施例中，所述湿敏薄膜也可以采用纳米氧化锌制成。纳米纤维具有较大的比表面积，在湿度传感器方面相比于通用的膜材料，可以大大地提高其灵敏性。当比表面积增大时，湿敏薄膜与水蒸气的接触面积增大，从而可以增强吸附能力。随着纳米纤维直径的减小，表面产生更多的晶界，晶界势垒增加的同时，吸附时导致的势垒变化更加明显，从而响应值就提高了。

请参阅图4，为本实用新型第二实施例中的QCM湿度传感器，其与第一实施例中的QCM湿度传感器的结构基本相同，不同之处在于，所述石英基片外设有防护罩40，所述防护罩40与所述固定板20可拆卸链接。所述防护罩40的高度与所述石英基片10的高度匹配，所述防护罩40的底部通过螺钉固定在固定板20上。所述防护罩40包括两层过滤网以及两层所述过滤网之间的合成纤维滤料，合成纤维滤料不吸收环境中的水，因而对湿敏薄膜吸收环境中的水分无任何影响，即不影响QCM湿度传感器的检测。通过设置防护罩40能将环境中的灰尘、杂质过滤掉，确保湿敏薄膜吸收的水分的纯净度，进一步提高QCM湿度传感器的精确度。

进一步的，本实施例中石英基片10的两侧面呈波浪状。由于QCM湿度传感器的响应速度与吸附的水的质量有关，湿敏薄膜与空气接触的面积太小的话，其吸附的水质量变化不明显。将石英基石的两侧面呈波浪状，增大了涂覆在石英基片上的湿敏薄膜的面积，提高QCM湿度传感器的测量反应速度。

请参阅图5，为本实用新型第三实施例中的QCM湿度传感器，其与第一实施例中的QCM湿度传感器的结构基本相同，不同之处在于，所述检测模块至少设置2个，如图5所示，本实施例中所述检测模块设置4个。每个检测模块均包括石英基片10和固定板20，固定板20通过固定件可拆卸地固定在基座30上。基座30内设置有电源、振荡器和微处理器，每个石英基片上的银电极层均与基座内的电源，每个所述石英基片均连振荡器，所述振荡器连接了微处理器。微处理器用于处理石英基片10产生的频率信号，并将其转换为湿度信息。微处理器对多个检测模块的频率信号同时进行处理，输出平均值，增加了湿度检测的准确性，而且，即使其中一个检测模块损坏时，其他的检测模块仍能工作。本实施例提供的QCM湿度传感器特别适用于对湿度要求严格的生产或实验中。

进一步的，本实用新型另一实施例中，所述QCM湿度传感器还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块与所述QCM湿度传感器的微处理器连接，用于无线发送所述QCM湿度传感器检测的湿度。用户可以通过手机、平板电脑或其他终端设备匹配QCM湿度传感器，建立连接，并通过无线通讯方式接收QCM湿度传感器检测的湿度。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种QCM湿度传感器，其特征在于，包括基座以及设于所述基座上的检测模块，所述检测模块包括石英基片和所述石英基片的下端的固定板，所述固定板与所述基座可拆卸链接，所述石英基片的两侧面分别均匀镀有银电极层，所述银电极层的外侧设有聚酰亚胺保护膜，所述聚酰亚胺保护膜的外侧设有湿敏薄膜，所述电极连接有引线，所述固定板的下端设有电极接头，所述引线与所述电极接头连接，所述基座上设有与所述QCM湿度传感器的电极接头匹配的接线槽，所述接线槽与所述基座内的电源连接。

2.如权利要求1所述的QCM湿度传感器，其特征在于，所述固定板上设有定位柱，所述基座上设有与所述定位柱匹配的定位槽。

3.如权利要求1所述的QCM湿度传感器，其特征在于，所述石英基片外设有防护罩，所述防护罩与所述固定板可拆卸链接，所述防护罩包括两层过滤网以及两层所述过滤网之间的合成纤维滤料。

4.如权利要求1所述的QCM湿度传感器，其特征在于，所述湿敏薄膜为SBA-15有序介孔材料或纳米氧化锌。

5.如权利要求1所述的QCM湿度传感器，其特征在于，所述检测模块至少设置2个。

6.如权利要求1所述的QCM湿度传感器，其特征在于，所述QCM湿度传感器还包括无线通讯模块，所述无线通讯用于无线发送所述QCM湿度传感器检测的湿度。

7.如权利要求1所述的QCM湿度传感器，其特征在于，所述基座上设有与所述固定板大小匹配的凹槽，所述基座上设有夹片，所述夹片与所述基座旋转连接，用于将所述固定板固定在所述基座上。

8.如权利要求1所述的QCM湿度传感器，其特征在于，所述石英基片的两侧面呈波浪状。