探空儀MEMS濕度傳感器的封裝與測試.pdf

1、濕度檢測具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。在高空氣象探測領(lǐng)域，探空儀是獲取高空濕度數(shù)據(jù)的有效手段之一。由于高空氣象環(huán)境惡劣，溫度可能低至-90℃，濕度變化從0％RH至100％RH，并且在穿越云層時(shí)濕度變化急劇，這就要求探空儀攜帶的濕度傳感器能夠耐低溫、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)。此外，探空儀屬于一次性使用的儀器，因此傳感器還必須滿足低成本的要求。
　　在實(shí)驗(yàn)室前期研究的基礎(chǔ)上，本文選用叉指-三明治結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器作為研究對(duì)象。叉指

2、-三明治結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)叉指電容結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了一層金膜，這一結(jié)構(gòu)能夠有效增大傳感器的有效電容和靈敏度，提高傳感器的性能。此外，傳感器中集成加熱結(jié)構(gòu)，可以對(duì)傳感器的感濕區(qū)域進(jìn)行加熱。在傳感器的封裝方面，考慮到實(shí)際應(yīng)用中必須減少濕度測量的滯后效應(yīng)以及降低封裝成本，本文選擇簡易的封裝形式，將濕度傳感器的感濕區(qū)域直接暴露在空氣中，與空氣充分接觸。
　　在敏感電容測試系統(tǒng)方面，選擇Pcap02芯片作為電容檢測芯片，單片機(jī)C8051F350作為

3、控制芯片，Pcap02將檢測得到的電容數(shù)據(jù)通過IIC通信程序發(fā)送給C8051F350單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理過后將數(shù)據(jù)輸出顯示。此外，為了改善傳感器在高空低溫環(huán)境下的回滯特性和響應(yīng)時(shí)間特性，對(duì)測試系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)，加入加熱控制模塊，借助MAX4618芯片搭建加熱選通電路，實(shí)現(xiàn)了電容式濕度傳感器的加熱控制和交替測量。為了達(dá)到較好的加熱效果，對(duì)傳感器的加熱策略進(jìn)行了分析和比較，最終確定采用兩個(gè)傳感器交替加熱的加熱方案。
　　為了驗(yàn)證測