一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器制造技术

一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，该传感器包括电源模块、检测模块、起振电路，所述检测模块连接信号调理电路，所述信号调理电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接MCU处理器模块，所述MCU处理器模块连接无线收发模块、拨码开关。本实用新型专利技术一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，具有灵敏度高、稳定性好、精度高、测量范围广、成本低、易于实现现场连续检测的优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种湿度传感器，具体是一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器。
技术介绍
湿度作为一个常规物理，在需要对电气设备进行在线监测时，常常需要监测多路数据且对湿度传感器要较高的要求。传统湿度传感器在测量湿度时存在很多弊端和问题，灵敏度低、互换性差、稳定性差、响应速度慢等；且一个传感器需要对应一套监测系统，不能实现分布式监控。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，具有灵敏度高、稳定性好、精度高、测量范围广、成本低、易于实现现场连续检测的优点。本技术采取的技术方案为：一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，该传感器包括电源模块、检测模块、起振电路，其特征在于：所述检测模块连接信号调理电路，所述信号调理电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接MCU处理器模块，所述MCU处理器模块连接无线收发模块、拨码开关。所述电源模块包括电源芯片LM25007MM，该芯片输入电压的范围为9V-42V。所述检测模块由石英基片、镀银电极、敏感薄膜、引线以及基座组成，石英基片为频率为32.768kHz的压电石英晶体，纳米材料均匀修饰于石英晶片表面，形成敏感薄膜。所述起振电路与信号调理电路连接，起振电路为基于电压比较器的串联型振荡电路，其输出是TTL电平，该电路选用了超高速电压比较器LT1711作为起振电路的核心芯片。所述信号调理电路将频率信号转化为电信号，通过A/D转换模块转化变成MCU处理器模块可以识别的模拟量；信号调理电路包括LM331芯片，LM331芯片将频率转换为电压信号，再通过ADC0809将模拟量传输到MCU处理器模块。所述MCU处理器模块为MSP430F247单片机。所述无线收发模块为NRF905型无线收发模块。所述无线收发模块连接PC机。本技术一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，技术效果如下：1：在需要测量多路湿度信息时，可将多路湿度信息同时发送到上位机，上位机可识别这些电压信息并显示出来。2：利用纳米氧化锌修饰石英晶体微天平晶体湿度传感器，传感器灵敏度高、稳定性好、精度高、测量范围广，成本低，易于实现现场连续检测。3：该传感器便于制作。4：该传感器的信号调理电路为频率电压转换电路，便于实现数据采集和数据传递。附图说明图1是本技术的结构框图。图2是本技术的电源模块的电路图。图3是本技术的检测模块的结构示意图。图4是本技术的起振电路的电路图。图5是本技术的信号调理电路的电路图。具体实施方式如图1所示，一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，该传感器包括电源模块、检测模块、起振电路，所述检测模块连接信号调理电路，所述信号调理电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接MCU处理器模块，所述MCU处理器模块连接无线收发模块、拨码开关。电源模块采用电源芯片LM25007MM作为电源模块的核心芯片，该芯片输入电压的范围为9V-42V，满足系统输入电压的要求，并且该芯片有过热保护、欠压锁定、限流保护等良好性能，是一款理想的开关稳压芯片。电源模块电路图如图2所示。其中，C1＝0.1uF，C2＝0.1uF，C3＝2200uF，C4＝0.1uF，C5＝10uF，C6＝0.1uF，C7＝0.1uF，C8＝10uF，C9＝0.1uF，C10＝10uF，整流桥为将交流变为直流1A，R1＝4.7kΩ。检测模块由石英基片、镀银电极、敏感薄膜、引线以及基座组成。检测模块的基体为频率为32.768kHz的压电石英晶体，纳米材料均匀修饰于石英晶片表面，形成敏感薄膜，如图3所示。图中1是石英晶片振臂，2是纳米氧化锌薄膜，3、4是两个镀银电极引出脚，5是基座。起振电路是一种基于电压比较器的串联型振荡电路，这种电路起振能力强，稳定性好，即使在液相总也能稳定起振，而且其输出是TTL电平，便于后续信号处理，电路选用了超高速电压比较器LT1711作为起振电路的核心芯片，电路图如图4所示。信号调理电路是将频率信号转化为电信号，通过A/D转化，变成单片机可以识别的模拟量。采用LM331芯片将频率转换为电压信号，再通过ADC0809这种A/D转换模块将模拟量传输到MCU处理器模块。频率转换为电压的电路图如图5所示。MCU处理器模块采用MSP430F247单片机，MSP430F247单片机具有低功耗，处理能力强大，工作性能稳定，便于开发等特点。无线传输部分主要有无线收发模块和拨码开关组成。无线收发模块采用NRF905型号无线收发模块、与拨码开关一起，组成无线传输部分。工作原理：首先是用电子称称取一定量的药品、清洗好烧杯，其次是配置反应液，配制等摩尔比的醋酸锌和六亚甲基四胺的水溶液为反应液。然后混合后摇匀然后放到超声波清仪中超声操作15min，然后倒入小瓶，放入烘箱后将温度设定为95℃，加热24小时。完成加热后玻璃瓶底部出现白色沉淀物。最后，过滤提取该白色物质，用去离子水充分清洗，置于室温下自然干燥。最后，把所有样品在500℃退火10～30min即可得到纳米氧化锌。之后将石英晶片放在丙酮溶液中浸泡30min，然后用去离子水清洗5min，最后放到烘箱中温度设置为50℃进行烘干，将处理好的石英晶片振臂1浸入到制备好的纳米氧化锌前驱液中，然后提起，置于50℃烘箱中烘干，此过程依次进行5次，直至石英晶片振臂1上附着有一层白色纳米氧化锌薄膜2，将经初步修饰的石英晶片放到350℃的烘箱中退火30分钟，米氧化锌薄膜2吸附在石英晶片的两个振臂上，得到经纳米氧化锌修饰的石英晶体微天平湿度传感器的检测模块。然后测量此时石英晶振的振动频率，利用谐振频率与电极表面质量变化之间的关系式，分析纳米氧化锌薄膜2的的质量，公式如下：其中△f0为频移，f0为晶体基频，m为音叉悬臂梁的有效质量，△m为质量改变量，根据修饰前和修饰后的振动频率以及晶体振动的基本频率，可以大体估算出涂覆上的纳米氧化锌薄膜2的质量和厚度，方便后续工作时精确计算。这样，传感器就具备了良好的光电活性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力和催化活性等一系列氧化锌普通材料所不具备的性能。同时，传感器在湿度测量方面特性极好，灵敏度、稳定性等各项性能指标均得到很大提升。经纳米氧化锌修饰的石英晶体微天平湿度传感器，在石英晶体上的电极表面吸附待测物质时。它的固有频率就会发生改变，且频率的变化量与吸附质量相关，在石英晶体上的电极表面镀上一层纳米氧化锌薄膜2，当湿敏薄膜吸附待测物质后，通过测量石英晶体微天平湿度传感器的频率变化，即可获得待测物质的浓度。石英晶体微天平湿度传感器利用晶体的逆压电效应，在交变电场的作用下产生形变，这样就有机械波传播。这种机械波是一种体波，利用石英晶体的厚度切变振动模式，其振荡频率为n＝1,3,5…，式中t表示晶片的厚度，ρ代表石英晶体的密度，c'66表示石英晶体的弹性刚度系数，n表示谐波次数，Kn表示频率常数。对于特定的石英晶体微天平晶体的基频和电极面积是定值，那么石英晶体的频率的变化与晶体表面电极上附着的质量变化成简单的线性关系。附电极上附着的质量的增大(减小)对应石英晶体的谐振频率的下降(上升)。石英晶体微天平晶体湿度传感器就是基于这个质量敏感原理。当感受到湿度变化，石英晶体就会输出频率，然后将频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，该传感器包括电源模块、检测模块、起振电路，其特征在于：所述检测模块连接信号调理电路，所述信号调理电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接MCU处理器模块，所述MCU处理器模块连接无线收发模块、拨码开关。

【技术特征摘要】
1.一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，该传感器包括电源模块、检测模块、起振电路，其特征在于：所述检测模块连接信号调理电路，所述信号调理电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接MCU处理器模块，所述MCU处理器模块连接无线收发模块、拨码开关。2.根据权利要求1所述一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，其特征在于：所述电源模块包括电源芯片LM25007MM，该芯片输入电压的范围为9V-42V。3.根据权利要求1所述一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，其特征在于：所述检测模块由石英基片、镀银电极、敏感薄膜、引线以及基座组成，石英基片为频率为32.768kHz的压电石英晶体，纳米材料均匀修饰于石英晶片表面，形成敏感薄膜。4.根据权利要求1所述一种分布式石英晶体微天平晶体湿度传感器，其特征在于：所述起振电路与信号调理电路连接，起振电路为基...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，张迪，袁雪珺，曹诗龙，刘泓锴，吴袭，吴昊，镇凡迪，白雪，陈锦地，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42