水分测量装置和方法、兰姆波传感器及气体湿度测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水分测量装置和方法、兰姆波传感器及气体湿度测量方法，其中，该兰姆波传感器包括：硅衬底层；地电极层，设置在所述硅衬底层上；压电薄膜，设置在所述地电极层上；叉指电极，设置在所述压电薄膜上；其中，所述硅衬底层的底部涂覆有亲水性材料层，用于吸收所述气体中的水分。本发明专利技术通过在兰姆波传感器的硅衬底层底部涂覆亲水性材料层，使得在测量气流中的水分时，由于吸收水分导致质量发生变换，进而引起振动频率的变化，由于可以测量出气体中的水分，实现兰姆波传感器在水分测量中的应用。

Moisture measuring device and method, Lamb wave sensor and gas humidity measuring method

The invention discloses a moisture measuring device and method, Lamb wave sensor and gas humidity measuring method, wherein, the Lamb wave sensor includes a silicon substrate layer; electrode layer is arranged on the silicon substrate layer; a piezoelectric film disposed on the electrode layer; interdigital electrodes set in the piezoelectric film; wherein, the bottom coating of the silicon substrate layer has a hydrophilic material layer for absorbing the moisture in the air. The present invention through the silicon substrate coated with a hydrophilic material layer at the bottom of the Lamb wave sensor, which can be measured in the flow of water, water quality caused by absorption of change, and change the vibration frequency, due to the measurement of water content in gas, realizes the application of LAN sensor in the measurement of moisture in mpo.

【技术实现步骤摘要】
水分测量装置和方法、兰姆波传感器及气体湿度测量方法
本专利技术涉及测量
，具体涉及一种水分测量装置和方法、兰姆波传感器及气体湿度测量方法。
技术介绍
目前国内测量高纯气体中水分含量主要采用电容法、电解法以及露点法等。但随着电子工业、化学工业的高速发展，这些方法的测量精度、速度已渐渐无法满足越来越严格、浓度低至10-9体积分数(ppbv)级别的超微量水分分析需求。专利技术人发现，压电声波传感器(如兰姆(Lamb)波传感器)在检测灵敏度、选择性、微量样品定量分析、响应时间、体积等方面具备独特优势，满足高端制造业用气中超微量水分快速、连续、在线分析与监测需求。专利技术人却发现现有的压电传感器具备用来测量气体中的水分含量的基础，例如中国专利文献CN105241505A公开的一种基于单个Lamb波器件的压力和流速多参数测量装置和方法，其中，Lamb波传感器从下至上依次设有硅衬底层、地电极、氧化铝压电薄膜及叉指电极。该Lamb波传感器虽然可以用于测量流体的流速和压力，但是却无法用来检测气体中的水分。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于现有的Lamb波传感器无法测量气体中的水分，从而提供一种水分测量装置和方法、兰姆波传感器及气体湿度测量方法。本专利技术实施例的一方面，提供了一种兰姆波传感器，用于测量气体中的水分，所述兰姆波传感器包括：硅衬底层；地电极层，设置在所述硅衬底层上；压电薄膜，设置在所述地电极层上；叉指电极，设置在所述压电薄膜上；其中，所述硅衬底层的底部涂覆有亲水性材料层，用于吸收所述气体中的水分。可选地，所述压电薄膜为氮化铝压电薄膜。可选地，所述地电极层为钛材料层或者钼材料层。可选地，所述硅衬底层的底部设置有腐蚀槽，其中，所述亲水性材料层涂覆在所述腐蚀槽内。可选地，所述亲水性材料层为以下之一：纳米材料层、聚乙烯有机薄膜、纤维材料层、氧化石墨烯复合材料层。本专利技术实施例的另一方面，提供了一种水分测量装置，包括：流道底座，其上设置有凹槽，所述凹槽底部设置有气体流道；兰姆波传感器，设置在所述凹槽内；流道上板，覆盖在所述流道底座上。可选地，所述兰姆波传感器的硅衬底层的底部朝向所述气体流道。可选地，在所述凹槽侧边与所述兰姆波传感器接触的位置设置密封部件。可选地，所述密封部件为密封圈，其中，所述凹槽外侧设置有环形槽，用于设置所述密封圈，所述密封圈的高度大于所述环形槽的深度，所述密封圈与所述兰姆波传感器接触，形成密封。可选地，还包括：电路板，覆盖在所述流道上板上；弹性探头，其一端与所述电路板电连接，另一端穿过所述流道上板并延伸形成弹性触头，其中，所述弹性触头与所述兰姆波传感器的叉指电极和地电极层电连接。本专利技术实施例的另一方面，提供了一种水分测量方法，包括：在水分测量装置的气体流道内通入待测气体；涂覆在所述兰姆波传感器底部的亲水性材料层吸收所述待测气体中的水分；所述兰姆波传感器在所述待测气体激发下产生电信号，输出所述电信号，其中，所述电信号用于表示所述亲水性材料层吸收所述待测气体中的水分后所述兰姆波传感器生成的振动信号。本专利技术实施例的另一方面，提供了一种气体湿度测量方法，包括：获取水分测量装置检测到的电信号，所述电信号用于表示所述亲水性材料层吸收待测气体中的水分后所述兰姆波传感器生成的振动信号；根据所述电信号确定出所述兰姆波传感器生成的振动信号的频率；根据气体相对湿度与所述兰姆波传感器生成的振动信号的频率之间的对应关系，确定所述待测气体的相对湿度；或者，确定所述兰姆波传感器生成的振动信号的频率与基准频率之间的变化量，其中，所述基准频率为所述兰姆波传感器在干燥气体的激发下生成的振动信号的频率；根据气体相对湿度与变化量之间的对应关系，确定所述待测气体的相对湿度。根据本专利技术实施例，通过在兰姆波传感器的硅衬底层底部涂覆亲水性材料层，使得在测量气流中的水分时，由于吸收水分导致质量发生变换，进而引起振动频率的变化，由于可以测量出气体中的水分，实现兰姆波传感器在水分测量中的应用。另外，本专利技术实施例所提供的兰姆波传感器相对于其他的压电传感器，具有体积小、灵敏度高的优势。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中兰姆波传感器的一个具体示例的示意图；图2为本专利技术实施例中水分测量装置的一个具体示例的爆炸图；图3示出了图2中流道底座的内部结构示意图；图4为本专利技术实施例中水分测量方法的一个具体示例的流程图；图5为本专利技术实施例中水分测量方法的另一个具体示例的流程图；图6为本专利技术实施例中气体湿度测量方法的一个具体示例的流程图；图7为本专利技术实施例中气体湿度测量方法的另一个具体示例的流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。本专利技术实施例提供了一种兰姆波传感器，该兰姆波传感器可以用于测量气体中的水分，具体地，可以用于测量气体的相对湿度。如图1所示，该兰姆波传感器包括：从下到上依次设置的硅衬底层91、地电极层93、压电薄膜94和叉指电极95。地电极层93设置在硅衬底层91上；压电薄膜94设置在地电极层93上；叉指电极95设置在压电薄膜94上。进一步地，硅衬底层91的底部涂覆有亲水性材料层92，用于吸收气体中的水分。在测量气体中的水分的时候，该亲水性材料层92与气流接触，亲水性材料层92具有较强的吸水性，以将气流中的水分吸收，致使其质量增加。由于本专利技术实施例的兰姆波传感器包括上下电极(地电极层93和叉指电极95，均可以是平面电极)和夹在它们之间的压电薄膜94，当电压施加在电极上时，压电薄膜94由于逆压电效应产生机械形变，在压电薄膜94内质点发生弹性振动，并在其内传播形成弹性机械波，继而在两电极之间来回反射形成机械谐振波，然后叉指电极通过正压电效应将传递来的机械振动转变成电信号输送出去。当亲水性材料层92与气流接触，并吸收气流中的水分时，其质量发生变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兰姆波传感器，其特征在于，用于测量气体中的水分，所述兰姆波传感器包括：硅衬底层；地电极层，设置在所述硅衬底层上；压电薄膜，设置在所述地电极层上；叉指电极，设置在所述压电薄膜上；其中，所述硅衬底层的底部涂覆有亲水性材料层，用于吸收所述气体中的水分。

【技术特征摘要】
1.一种兰姆波传感器，其特征在于，用于测量气体中的水分，所述兰姆波传感器包括：硅衬底层；地电极层，设置在所述硅衬底层上；压电薄膜，设置在所述地电极层上；叉指电极，设置在所述压电薄膜上；其中，所述硅衬底层的底部涂覆有亲水性材料层，用于吸收所述气体中的水分。2.根据权利要求1所述的兰姆波传感器，其特征在于，所述压电薄膜为氮化铝压电薄膜。3.根据权利要求1所述的兰姆波传感器，其特征在于，所述地电极层为钛材料层或者钼材料层。4.根据权利要求1所述的兰姆波传感器，其特征在于，所述硅衬底层的底部设置有腐蚀槽，其中，所述亲水性材料层涂覆在所述腐蚀槽内。5.根据权利要求1至4任一项所述的兰姆波传感器，其特征在于，所述亲水性材料层为以下之一：纳米材料层、聚乙烯有机薄膜、纤维材料层、氧化石墨烯复合材料层。6.一种水分测量装置，其特征在于，包括：流道底座，其上设置有凹槽，所述凹槽底部设置有气体流道；权利要求1至5任一项所述的兰姆波传感器，设置在所述凹槽内；流道上板，覆盖在所述流道底座上。7.根据权利要求6所述的水分测量装置，其特征在于，所述兰姆波传感器的硅衬底层的底部朝向所述气体流道。8.根据权利要求6所述的水分测量装置，其特征在于，在所述凹槽侧边与所述兰姆波传感器接触的位置设置密封部件。9.根据权利要求8所述的水分测量装置，其特征在于，所述密封部件为密封圈，其中，所述凹槽外侧设置有环形槽，用于设置所述密封圈，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周连群，孔慧，李传宇，郭振，邱亚军，张威，姚佳，张芷齐，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，苏州国科芯感医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32