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探空仪MEMS湿度传感器的封装与测试

更新时间：2020-03-14 08:37:04 大小：13M 上传用户：IC老兵查看TA发布的资源 标签：mems 湿度传感器 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

湿度检测具有重要的研究意义和应用价值。在高空气象探测领域，探空仪是获取高空湿度数据的有效手段之一。由于高空气象环境恶劣，温度可能低至-90℃，湿度变化从0％RH至100％RH，并且在穿越云层时湿度变化急剧，这就要求探空仪携带的湿度传感器能够耐低温、响应速度快、抗干扰能力强。此外，探空仪属于一次性使用的仪器，因此传感器还必须满足低成本的要求。

在实验室前期研究的基础上，本文选用叉指-三明治结构的电容式湿度传感器作为研究对象。叉指-三明治结构在传统叉指电容结构的基础上增加了一层金膜，这一结构能够有效增大传感器的有效电容和灵敏度，提高传感器的性能。此外，传感器中集成加热结构，可以对传感器的感湿区域进行加热。在传感器的封装方面，考虑到实际应用中必须减少湿度测量的滞后效应以及降低封装成本，本文选择简易的封装形式，将湿度传感器的感湿区域直接暴露在空气中，与空气充分接触。

在敏感电容测试系统方面，选择Pcap02芯片作为电容检测芯片，单片机C8051F350作为控制芯片，Pcap02将检测得到的电容数据通过IIC通信程序发送给C8051F350单片机，在单片机内进行处理过后将数据输出显示。此外，为了改善传感器在高空低温环境下的回滞特性和响应时间特性，对测试系统进一步改进，加入加热控制模块，借助MAX4618芯片搭建加热选通电路，实现了电容式湿度传感器的加热控制和交替测量。为了达到较好的加热效果，对传感器的加热策略进行了分析和比较，最终确定采用两个传感器交替加热的加热方案。

为了验证测试系统的功能，对传感器的灵敏度、回滞特性、响应时间等进行测量。实验结果表明，在不进行加热的情况下，随着环境温度的降低，传感器的灵敏度和线性度均降低，回滞增大;对传感器进行加热操作，灵敏度和线性度均有所上升，回滞特性改善，在低温下改善效果更明显。在响应时间的测试实验中，不加热情况下，传感器的响应时间为84s，加热情况下，传感器的响应时间缩短为23s，加热对响应特性的改善效果比较显著。