【技术实现步骤摘要】
本技术涉及湿度传感，尤其是一种柔性双湿敏介质湿度传感器。
技术介绍
1、湿度，通常被定义为空气中水蒸气含量的多少。空气中水蒸气的含量不仅与人们自身的日常生活以及生产活动有关，而且大自然中生物的生存，都跟周围环境的湿度是息息相关的。如今，湿度传感器的应用已经遍布在各个领域中。在农业生产方面，温室养殖已经发展为农林畜牧各个产业非常重要的一种技术。在温室中，湿度的测量与控制与温度有着同等重要的作用。把湿度控制在适宜动植物生长的范围内才能有效的减少病虫害，提高其产量值。在工业生产方面，产品的产量以及质量都与空气环境的湿度有着直接的关系，比如在陶瓷生产中，陶瓷胚体放在陶瓷干燥室中进行干燥的过程当中，为了确保胚体中的水分在成型所需的范围之内，就必须把空气的温度和湿度控制在合适的范围内。在仓储方面，不同的物品种类对环境的要求不尽相同，湿度过高或过低的环境均会导致物品偏离原有的性能。例如，在湿度比较高的地区，电子产品的寿命缩减及损害都是比较严重的，其中非金属零件会产生霉变，绝缘性能随之降低，产生泄漏电流甚至发生电击穿等现象；金属零件会受水汽腐蚀而生锈。军用电子电路的可靠性要求很高，为了保证它们能正常准确地工作，通常在进行封装时将微型湿度传感器和集成电路一块封装，用来监测其工作状况。在半导体集成电路和电子器件、精密仪器的加工场所，对湿度进行检测是一项非常重要的工作。
2、目前，湿度传感器普遍存在的问题是，需要供应电源和物理连接的信号传输系统，这使得其使用场合和工作时长都受到很大的局限。为了解决传感器耗能和应用范围的问题，无源无线的湿度
技术实现思路
1、针对目前密闭狭小空间的环境湿度测量需求，本技术提出一种柔性双湿敏介质湿度传感器，包括湿敏薄膜、螺旋线圈、叉指电极和湿敏纤维；所述螺旋线圈和所述叉指电极设于湿敏纤维同一侧，相连组成lc谐振电路；湿敏薄膜和湿敏纤维分别设于叉指电极的两侧，同步将环境的湿度变化响应为介电常数的变化。
2、为了实现传感器的湿度的无线无源测量，采用平面叉指电极和平面螺旋电感组成的lc无线无源谐振电路进行湿度测量。由于采用电容湿敏的方法实现传感器的湿度传感功能，因此电容器结构的选择就很重要，所选用的结构要对湿度变化灵敏。
3、优选的，电容器选用平面叉指电极，由许多叉指电极组成，叉指电极之间为电容介质，也方便在叉指电极表面涂抹湿敏材料。叉指电极指数的增加会增强湿度传感器的灵敏度，但同时也减缓了其响应/恢复速度。优选的，所述10-30指的叉指电极的湿度传感器既能兼顾高灵敏度，又有良好的响应/恢复速度。
4、优选的，电感选用平面双螺旋电感，与叉指电极相连构成lc并联谐振回路。采用平面双螺旋线圈，电感线圈的两条引线可以从同一个平面引出，与叉指电极的两级相连，避免了单螺旋线圈造成的电容和电感的一端必须另外在背面连接，而导致的需要打孔等工艺，解决了工艺相对较复杂的问题。同时，将螺旋线圈和叉指电极设置于同一平面减少了电路的弯折，提高了其在弯折状态下的可靠性。
5、湿敏薄膜的选择既需要提高叉指电极对湿度的响应灵敏度，又与传统的刚性电路板不同，需要将传感器制成所需形状并放置在任何类型的表面，且制造简单、成本较低。优选的，湿敏薄膜选择聚合物湿敏材料聚乙烯醇(pva)，涂覆于所述叉指电极表面。
6、pva通过加碱催化醇解聚醋酸乙稀酯制备，是一种无毒、无腐蚀性的安全可降解的高分子材料，被广泛用于食品、物流、医药、智能包装等领域。pva具有卓越的吸水性、粘结性和生物亲和性，同时还具有良好的成膜性，能形成透明、强韧、耐撕裂、耐磨且较柔软的膜，适用于制作湿度传感器的敏感薄膜。pva分子中含有大量羟基，极易在分子间形成氢键，且易交联形成大分子网络结构，交联形式主要为物理交联和化学交联。物理交联网络中羟基与水分子之间形成氢键吸附水分子。化学交联pva具有很强的交联共价键，在“—o—”结合水分子后，会与结合的水分子周围的水分子形成氢键，这种氢键的强度比pva羟基与水分子之间形成的氢键弱，但吸附了更多的水分子。干燥的pva材料介电常数约为1.6，吸水(ε＝80)后介电常数增加。水属于一种极性电解质，分子之间能够相互吸引而形成氢键，凝聚成液体，极性材料的表面是非常容易吸附水分子的。pva表面吸附水分子之后将引入强极性键，当存在外电场的作用时，湿敏薄膜的偶极矩增加了。当存在一定的外电场作用时，偶极矩的增加量和水分子数量存在一定的关系，就是湿度增大时，水分子偶极矩相应的增大，湿敏膜吸附的水分子就会增加，因此聚酰亚胺内的偶极矩也会增加，宏观上的效果就是介电常数的增大，反之亦然。相对湿度范围为12.3％rh～69.5％rh时，pva介电常数变化范围为5～8.6，随着环境湿度增加，介电常数缓慢增长；相对湿度范围为69.5％rh～94％rh时，介电常数变化范围为8.6～41，随着环境湿度增加，介电常数迅速增长。
7、同时，为了保证湿度传感器的柔性，特别是耐弯折性，优选的，所述湿敏薄膜的厚度为0.1-0.3mm。当厚度过大时，会影响整个薄膜传感器的柔性，进而限制其应用，并且水分子无法充分渗透湿敏薄膜，会造成湿敏薄膜和叉指电极接触的微环境没有充分响应湿度的变换。当厚度过小时，会影响聚合物湿敏薄膜对叉指电极的保护作用。
8、湿敏纤维的选择，需要考虑其环境湿度变化时，介电常数响应规律与湿敏薄膜相同，且具有良好的柔性。优选的，湿敏纤维选择纤维素纤维或氨基纤维，因为纤维素纤维和氨基纤维都具有良好的吸水性。
9、进一步，选择纸张纤维，因为构成纸张的主要成分是纤维素，有较强的吸水性，可以不添加湿敏材料，只以纸本身的吸水特性设计湿度传感器，降低成本。直接以纸为传感器基材，可以将电子产品的生产与传统的包装生产相结合，从而降低了加工步骤和成本，适用于大规模的智能包装应用。作为湿敏单元的纤维素纸基，随着环境湿度从30％rh增加到90％rh，相对介电常数变化范围为2.0变化到4.0。而水的介电常数约为80，所以水分子能在较大程度上调节纤维素纸基的介电常数。
10、进一步，湿敏纤维采用柯达相纸。柯达相纸单面涂布涂层，另一面与普通打印纸相同，纤维孔隙较大，吸水性较好，所以柯达基底传感器具有良好的高湿灵敏度。
11、为了降低传感器的整体厚度，优选的，所述湿敏纤维的厚度为0.1-0.3mm。在该厚度范围内，湿敏纤维的纤维既可以有效的为湿敏薄膜、螺旋线圈和叉指电极提供支撑，同时也具备较好的柔性，易于贴附不同结构的表面。柯达相纸的基底厚度为0.28mm，水分子吸附深度较深，水分子团本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柔性双湿敏介质湿度传感器，其特征在于：所述湿度传感器包括湿敏薄膜、螺旋线圈、叉指电极和湿敏纤维；所述螺旋线圈和所述叉指电极设于湿敏纤维同一侧，相连组成LC谐振电路；湿敏薄膜和湿敏纤维分别设于叉指电极的两侧，同步将环境的湿度变化响应为介电常数的变化。
2.如权利要求1所述的柔性双湿敏介质湿度传感器，其特征在于：所述湿敏纤维采用纤维素纤维或氨基纤维。
3.如权利要求1所述的柔性双湿敏介质湿度传感器，其特征在于：所述湿敏纤维的厚度为0.1-0.3mm。
4.如权利要求1所述的柔性双湿敏介质湿度传感器，其特征在于：所述湿敏薄膜的厚度为0.1-0.3mm。
5.如权利要求1所述的柔性双湿敏介质湿度传感器，其特征在于：所述螺旋线圈采用平面双螺旋结构。
6.如权利要求1所述的柔性双湿敏介质湿度传感器，其特征在于：所述螺旋线圈和叉指电极的材料为表面上沉积一层保护金属或合金的铜线。
7.如权利要求6所述的柔性双湿敏介质湿度传感器，其特征在于：所述铜线的厚度为0.1-0.2mm。
8.如权利要求1所述的柔性双
...【技术特征摘要】
1.一种柔性双湿敏介质湿度传感器，其特征在于：所述湿度传感器包括湿敏薄膜、螺旋线圈、叉指电极和湿敏纤维；所述螺旋线圈和所述叉指电极设于湿敏纤维同一侧，相连组成lc谐振电路；湿敏薄膜和湿敏纤维分别设于叉指电极的两侧，同步将环境的湿度变化响应为介电常数的变化。
2.如权利要求1所述的柔性双湿敏介质湿度传感器，其特征在于：所述湿敏纤维采用纤维素纤维或氨基纤维。
3.如权利要求1所述的柔性双湿敏介质湿度传感器，其特征在于：所述湿敏纤维的厚度为0.1-0.3mm。
4.如权利要求1所述的柔性双湿敏介...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁镓骏，刘欢，
申请(专利权)人：杭州定方科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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