探空儀用加熱式濕度傳感器及其制備方法及一種濕度檢測(cè)電路的制作方法
【專利摘要】探空儀用加熱式濕度傳感器及其制備方法及一種濕度檢測(cè)電路，屬于濕度度傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。為了解決高空低溫、高濕惡劣環(huán)境下探空儀濕度傳感器容易結(jié)露，高空環(huán)境下濕度波動(dòng)大、電路板分布電容對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響的問題。本發(fā)明的濕度傳感器為具有蛇形加熱器的平板夾心電容式濕度傳感器，并提供了所述傳感器的制備方法。還提出一種基于電容充放電及比較法的濕度測(cè)量電路，從而有效的抑制溫度漂移和零點(diǎn)漂移，減小寄生電容對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。它用于探空儀中。
【專利說明】探空儀用加熱式濕度傳感器及其制備方法及一種濕度檢測(cè)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于濕度度傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)水平是衡量一個(gè)國家大氣探測(cè)科學(xué)水平的主要參考之一，而濕度探測(cè)是高空氣象探測(cè)重要環(huán)節(jié)。由于高空環(huán)境惡劣，濕度變化劇烈，環(huán)境溫度最低達(dá)至卜90°C，這就要求濕度傳感器具有耐低溫、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而電容式濕度傳感器具備上述特點(diǎn)，并且制造成本較低，成為探空儀用濕度傳感器研究的重要方向之一。但由于電容式濕度傳感器自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，當(dāng)在高濕環(huán)境中時(shí)，濕度傳感器表面容易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，使得測(cè)量誤差增大，甚至造成傳感器失效。目前國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者研究重點(diǎn)傾向于優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)、改進(jìn)濕敏材料等方面。歐美等發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域的研究一直處于世界領(lǐng)先的地位，如奧地利E+E公司研制的高分子電容式濕度傳感器從感濕材料方面解決低溫濕度測(cè)量問題，其響應(yīng)時(shí)間約1.5s,分辨率約I %，不確定度約5%，能夠在-80°C正常工作；芬蘭維薩拉公司研發(fā)的RS92型探空儀從傳感器結(jié)構(gòu)和工作模式上解決低溫濕度測(cè)量問題，采用兩片具有加熱功能的濕度傳感器交替工作，其響應(yīng)時(shí)間小于0.5s，分辨率約1% RH，不確定度約5%，是目前公認(rèn)的高空濕度探測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]所以目前濕度傳感器扔存在在低溫環(huán)境下濕度測(cè)量效果不好問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決高空低溫、高濕惡劣環(huán)境下探空儀濕度傳感器容易結(jié)露，高空環(huán)境下濕度波動(dòng)大、電路板分布電容對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響的問題，本發(fā)明提供一種探空儀用加熱式濕度傳感器及其制備方法及一種濕度檢測(cè)電路。
[0005]本發(fā)明的探空儀用加熱式濕度傳感器，它包括由基底、第一絕緣層、蛇形加熱器電極、第二絕緣層、下電極、感濕層和多孔上電極；其中，基底的上表面鋪設(shè)第一絕緣層；在第一絕緣層的上表面設(shè)置有蛇形加熱器電極；
[0006]所述蛇形加熱器電極包括第一加熱器焊盤、第二加熱器焊盤、第一引出電極、第一部分蛇形電極、第二部分蛇形電極、第三部分蛇形電極和第二引出電極；
[0007]第一引出電極的一端與第一部分蛇形電極的首端連接，第一部分蛇形電極的末端與第二部分蛇形電極的首端連接，第二部分蛇形電極的末端與第三部分蛇形電極的首端連接，第三部分蛇形電極的末端和第二引出電極的一端連接，第一引出電極的另一端與第一加熱器焊盤連接，第二引出電極的另一端與第二加熱器焊盤連接；
[0008]第一部分蛇形電極和第三部分蛇形電極在第二部分蛇形電極的兩側(cè)呈鏡像對(duì)稱，且第一部分蛇形電極的蛇形排布方向與第二部分蛇形電極的蛇形排布方向互相垂直；
[0009]所述第二絕緣層鋪設(shè)在蛇形加熱器電極上，并且露出第一加熱器焊盤和第二加熱器焊盤；
[0010]所述下電極鋪設(shè)在第二絕緣層上；所述感濕層鋪設(shè)在下電極上；所述多孔上電極鋪設(shè)在感濕層上；所述基底的下表面設(shè)置有經(jīng)鏤空后形成的凹槽。
[0011]所述的探空儀用加熱式濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:
[0012]步驟一:制備傳感器的基底，并采用去離子水清洗制備的基底；
[0013]步驟二:將步驟一制備的基底的表面氧化，生成一層致密的S12，作為第一絕緣層；
[0014]步驟三:在步驟二獲得絕緣層上表面，采用光刻工藝和磁控濺射的方法制備蛇形加熱器電極；
[0015]步驟四:采用射頻濺射的方法在步驟三制備的蛇形加熱器電極的上表面制備Al2O3保護(hù)層，作為第二絕緣層；
[0016]步驟五:采用光刻工藝和磁控濺射的方法在第二絕緣層的上表面制備下電極；
[0017]步驟六:采用腐蝕鏤空的方法對(duì)步驟五制備的下電極的上表面和步驟一所述基底的下表面分別進(jìn)行鏤空處理；
[0018]步驟七:在鏤空處理后的下電極的上表面制備感濕層；
[0019]步驟八:采用蒸發(fā)鍍膜機(jī)在感濕層的上表面制備多孔上電極。
[0020]一種濕度檢測(cè)電路，其特征在于，所述濕度檢測(cè)電路包括探空儀用加熱式濕度傳感器Cm、標(biāo)準(zhǔn)電容Cs、模擬電阻RP、寄生電容Cp,電阻R1、電阻R2、三個(gè)運(yùn)算放大器、2個(gè)單刀雙擲開關(guān)和供電電源；
[0021]所述濕度傳感器(；的一端和標(biāo)準(zhǔn)電容Cs的一端同時(shí)接供電電源的地端，濕度傳感器(；的另一端與第一單刀雙擲開關(guān)的一個(gè)靜端連接，標(biāo)準(zhǔn)電容Cs的另一端與第一單刀雙擲開關(guān)的另一個(gè)靜端連接，
[0022]第一單刀雙擲開關(guān)的動(dòng)端與模擬電阻Rp的一端連接，模擬電阻Rp的另一端與寄生電容Cp的一端、電阻Rl的一端和第一運(yùn)算放大器的正向輸入端同時(shí)連接供電電源的Vcc端，寄生電容Cp的另一端接供電電源的地端，
[0023]電阻Rl的另一端接第二單刀雙擲開關(guān)的動(dòng)端，第二單刀雙擲開關(guān)的一個(gè)靜端接供電電源的Vcc端，第二單刀雙擲開關(guān)的另一個(gè)靜端接供電電源的地端，
[0024]第一運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端同時(shí)與電阻R2的一端同時(shí)和第一運(yùn)算放大器的反向信號(hào)輸入端連接，第一運(yùn)算放大器的供電電源正極與供電電源的Vcc端連接，第一運(yùn)算放大器的供電電源地端與供電電源的地端連接，電阻R2的另一端同時(shí)與第二運(yùn)算放大器的正向信號(hào)輸入端和第三運(yùn)算放大器的正向信號(hào)輸入端連接，第二運(yùn)算放大器的反向信號(hào)輸入端與供電電源的Vcc端連接，第三運(yùn)算放大器的反向信號(hào)輸入端與供電電源的Vcc端連接，
[0025]第二運(yùn)算放大器的供電電源正極與供電電源的Vcc端連接，第二運(yùn)算放大器的供電電源地端與供電電源的地端連接。
[0026]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明提供了一種具有蛇形加熱器的平板夾心電容式濕度傳感器，通過在不同環(huán)境溫度條件下控制蛇形加熱器電極的加熱功率，使得濕度傳感器表面溫度恒定在理想的溫度范圍，從而有效解決了濕度傳感器高空環(huán)境下結(jié)露的問題。同時(shí)，提供基于所述探空儀用加熱式濕度傳感器的一種濕度檢測(cè)電路，具有很好的溫度穩(wěn)定性，能夠有效的抑制溫度漂移和零點(diǎn)漂移，減小了寄生電容對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的探空儀用加熱式濕度傳感器的原理示意圖。
[0028]圖2為【具體實(shí)施方式】一中第一種加熱器電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3為【具體實(shí)施方式】一中第二種加熱器電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4為【具體實(shí)施方式】一中第三種加熱器電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖5為【具體實(shí)施方式】一中第四種加熱器電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖6為【具體實(shí)施方式】一中所述蛇形加熱器電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖7為【具體實(shí)施方式】十中所述探空儀用加熱式濕度傳感器的等效電路；
[0034]圖8為【具體實(shí)施方式】十中濕度檢測(cè)電路的原理示意圖。
[0035]圖9為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電容及濕度傳感器在相同的情況分別進(jìn)行充電，電容充放電曲線；。
[0036]圖10為本發(fā)明的探空儀用加熱式濕度傳感器在+30°C環(huán)境下濕度檢測(cè)性能測(cè)試曲線；
[0037]圖11為本發(fā)明的探空儀用加熱式濕度傳感器濕度上升與下降測(cè)量特性曲線；
[0038]圖12為本發(fā)明的探空儀用加熱式濕度傳感器濕度傳感器時(shí)間常數(shù)測(cè)試曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0039]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的探空儀用加熱式濕度傳感器，它包括由基底1、第一絕緣層2、蛇形加熱器電極8、第二絕緣層9、下電極10、感濕層11和多孔上電極12 ;其中，基底I的上表面鋪設(shè)第一絕緣層2 ;在第一絕緣層2的上表面設(shè)置有蛇形加熱器電極8;
[0040]所述蛇形加熱器電極8包括第一加熱器焊盤5、第二加熱器焊盤6、第一引出電極、第一部分蛇形電極、第二部分蛇形電極、第三部分蛇形電極和第二引出電極；
[0041]第一引出電極的一端與第一部分蛇形電極的首端連接，第一部分蛇形電極的末端與第二部分蛇形電極的首端連接，第二部分蛇形電極的末端與第三部分蛇形電極的首端連接，第三部分蛇形電極的末端和第二引出電極的一端連接，第一引出電極的另一端與第一加熱器焊盤5連接，第二引出電極的另一端與第二加熱器焊盤6連接；
[0042]第一部分蛇形電極和第三部分蛇形電極在第二部分蛇形電極的兩側(cè)呈鏡像對(duì)稱，且第一部分蛇形電極的蛇形排布方向與第二部分蛇形電極的蛇形排布方向互相垂直；
[0043]所述第二絕緣層9鋪設(shè)在蛇形加熱器電極8上，并且露出第一加熱器焊盤5和第二加熱器焊盤6 ；
[0044]所述下電極10鋪設(shè)在第二絕緣層9上；所述感濕層11鋪設(shè)在下電極10上；所述多孔上電極12鋪設(shè)在感濕層11上；所述基底I的下表面設(shè)置有經(jīng)鏤空后形成的凹槽13。
[0045]由于濕空氣的飽和水蒸氣含量與空氣溫度成正比。當(dāng)空氣溫度較高時(shí)，空氣中能夠存在的水蒸氣多，當(dāng)空氣溫度較低時(shí)，空氣中能夠存在的水蒸氣少，即使含有的水蒸氣很少也會(huì)產(chǎn)生結(jié)露。所以，即使?jié)窨諝庾陨砦催_(dá)到飽和狀態(tài)，當(dāng)濕度傳感器表面溫度低于濕空氣的飽和溫度時(shí)，物體表面的水蒸氣也會(huì)凝結(jié)，產(chǎn)生結(jié)露。若能在不影響濕度傳感器測(cè)量特性的情況下，將濕度傳感器表面溫度恒定在某一個(gè)溫度范圍內(nèi)，使?jié)穸葌鞲衅鞅砻鏈囟雀哂诃h(huán)境溫度，那么就能避免濕度傳感器表面結(jié)露。
[0046]本實(shí)施方式是一種具有蛇形加熱器電極的平板夾心電容式濕度傳感器，通過在不同環(huán)境溫度條件下控制加熱器的加熱功率，使得濕度傳感器表面溫度恒定在理想的溫度范圍，從而有效解決了濕度傳感器高空環(huán)境下結(jié)露的問題。
[0047]同時(shí)，本實(shí)施方式中，采用聚酰亞胺作為濕度傳感器的感濕層11，聚酰亞胺在-200V?+260V之間具有優(yōu)良的力學(xué)性能及介電性能，在此溫度范圍內(nèi)具有較好的尺寸穩(wěn)定性，具有優(yōu)秀的耐高溫、耐低溫、耐輻射、耐磨損性能，并且具有易于改性，加工形態(tài)多樣性、合成多樣性等特點(diǎn)。通過對(duì)濕度傳感器進(jìn)行加熱，使得聚酰亞胺感濕薄膜工作在恒定的溫度條件下。由于聚酰亞胺感濕特性隨溫度的變化而變化，這就要求濕度傳感器在加熱過程中其表面溫度分布均勻，且加熱面積需覆蓋有效感濕區(qū)域，從而保證濕度傳感器測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。
[0048]本實(shí)施方式采用鉬金屬制備蛇形加熱器，為了得到最優(yōu)的加熱效果，采用了如圖2至圖5所示的四種加熱器結(jié)構(gòu)，并將四種加熱器加載到濕度傳感器結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行有限元仿真分析，包括濕度傳感器熱傳遞過程分析、襯底材料傳熱分析。
[0049]首先建立了濕度傳感器熱傳導(dǎo)模型，高空環(huán)境中濕度傳感器熱量主要以熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流及熱輻射三種形式散失，分別表示為TpT2分別表示傳感器內(nèi)部溫度及環(huán)境溫度。濕度傳感器總熱散失Q可由式(I)表示。
[0050]Q — Qcond+Qconv+QRadj ⑴
[0051]為了簡化分析過程，將濕度傳感器近似為一個(gè)規(guī)則的長方體，假設(shè)長方體面積為S，高度為h，那么濕度傳感器熱傳導(dǎo)方程可由式(2)表示
[0052]Ocw = -1Sr-^f(2)
[0053]其中λ為導(dǎo)熱系數(shù)，dt/dx為溫度梯度向量，方向指向溫度升高的方向。對(duì)上式中的X做O?h的積分可得
_4] ftwfA.=-(3)
而H
[0055]熱對(duì)流的實(shí)質(zhì)是由于流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞。熱對(duì)流傳熱方程可表示為
[0056]Qconv = μ (T1-T2)，⑷
[0057]其中μ為空氣對(duì)流系數(shù)，一般取1W/ (m2.K)。
[0058]熱輻射是指物體以電磁輻射的形式將熱能向外散發(fā)的傳熱方式，這種傳熱方式不依賴外界任何條件。根據(jù)斯特藩-玻耳茲曼定律(Stefan-Boltzmann Law),熱福射傳熱方程可表示為
[0059]QKad = 2S σ ε (T1^T24)， (5)
[0060]其中S為加熱區(qū)面積，σ =5.67X10_8W/(m2*K4)，為玻耳茲曼常數(shù)，為了簡化分析過程，假設(shè)傳感器為絕對(duì)黑體，那么ε =1。
[0061]假設(shè)環(huán)境溫度為-70°C，生熱率1.16X 1011W/m3，為了簡化仿真過程，做出以下兩個(gè)約定:忽略材料因溫度、濕度改變引起的導(dǎo)熱系數(shù)的變化；忽略傳感器各層間的接觸熱阻。
[0062]從仿真結(jié)果可知，第一種加熱器結(jié)構(gòu)工藝實(shí)現(xiàn)最簡單，熱分布相對(duì)較均勻，但溫度呈階梯狀下降，有效感濕面邊緣部分溫度不相同；為了使得有效感濕面積溫度相同，在第一種加熱器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，從仿真結(jié)果可知，雖然目標(biāo)溫度覆蓋區(qū)域有所增大，但溫度不連續(xù)，有效感濕面溫度分布不均勻；在前兩種結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，得到第三種加熱器結(jié)構(gòu)，從仿真結(jié)果可知，與前兩種結(jié)構(gòu)相比，第三種結(jié)構(gòu)熱分布有所改善，目標(biāo)溫度覆蓋區(qū)域進(jìn)一步增大，但仍未覆蓋整個(gè)有效感濕面；第四種結(jié)構(gòu)目標(biāo)溫度覆蓋區(qū)域最大，目標(biāo)溫度覆蓋了有效感濕面，但傳感器中心處溫度不連續(xù)。
[0063]在以上四種結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)后，本實(shí)施方式提供了如圖6所示的蛇形加熱器電極的結(jié)構(gòu)。
[0064]加熱器總體積V ^ 2.9X10_8m3。加熱電極電阻可通過式(6)計(jì)算，其中P=I X 1^3 Ω.πι，為鉬電阻的電阻率，L = 33.95 XlO^mm,為加熱電極的總長度，S =
8.5Χ 10_7m，為加熱電極的橫截面積。
「00651 R- _ - lxlt> % x33.95x10 '?^.鶴
SJxkT，
[0066]對(duì)圖6所示的蛇形加熱器電極的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果可知，濕度傳感器最高溫度約為12.5°C，濕度傳感器有效感濕面平均溫度為2°C左右，實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)施方式的濕度傳感器的溫度分布均勻，目標(biāo)溫度覆蓋了有效感濕面。
[0067]當(dāng)對(duì)襯底采用腐蝕工藝進(jìn)行硅襯底刻蝕，生熱率仍然為1.16X1011W/m3，環(huán)境溫度為_70°C，對(duì)襯底鏤空后濕度傳感器傳感器進(jìn)行仿真可看出，濕度傳感器中心最高溫度約為+30°C，濕度傳感器有效感濕面平均溫度約為+20°C，進(jìn)行硅襯底刻蝕后，在相同的加熱功率及環(huán)境溫度下，濕度傳感器溫升更高，提高了加熱的效率，降低了功耗。對(duì)濕度傳感器背面熱進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果可看出，在硅襯底上方制備S12不僅具有絕緣的效果，并且具有較好的隔熱效果，濕度傳感器背面最高溫度約為_47°C，該結(jié)構(gòu)有效降低了傳感器的熱量散失。
[0068]根據(jù)對(duì)濕度傳感器加熱后仿真表面溫度橫向、縱向分布曲線，得出濕度傳感器表面13.5mmX 16.3mm區(qū)域的平均溫度約為20°C，該區(qū)域覆蓋了濕度傳感器有效感濕面積。在高空低溫環(huán)境下，溫度變化范圍為+35°C?_90°C，通過對(duì)環(huán)境溫度的測(cè)量，確定加熱功率，使得濕度傳感器有效面積上的溫度維持在+20°C左右，一方面，保證濕度傳感器表面溫度高于環(huán)境溫度，避免濕度傳感器結(jié)露；另一方面，靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)濕度傳感器表面維持在+20°C左右時(shí)，濕度傳感器的測(cè)量特性最佳。
[0069]進(jìn)行熱仿真分析時(shí)，選取+10°C?_70°C為環(huán)境溫度，濕度傳感器表面目標(biāo)溫度為+20°C，得到了表I中加熱功率與環(huán)境溫度的關(guān)系。
[0070]表I加熱功率與環(huán)境溫度關(guān)系表
[0071]
環(huán)境溫度~^[QI加熱功率

+ 10°C+10°C~ 0.235X 10nW/m3 6.7815W
OT+20°C~ 0.351X10nW/m3 10.1289W

【權(quán)利要求】
1.探空儀用加熱式濕度傳感器，其特征在于，它包括由基底(I)、第一絕緣層(2)、蛇形加熱器電極⑶、第二絕緣層(9)、下電極(10)、感濕層(11)和多孔上電極(12);其中，基底(I)的上表面鋪設(shè)第一絕緣層(2);在第一絕緣層(2)的上表面設(shè)置有蛇形加熱器電極(8)； 所述蛇形加熱器電極(8)包括第一加熱器焊盤(5)、第二加熱器焊盤￠)、第一引出電極、第一部分蛇形電極、第二部分蛇形電極、第三部分蛇形電極和第二引出電極； 第一引出電極的一端與第一部分蛇形電極的首端連接，第一部分蛇形電極的末端與第二部分蛇形電極的首端連接，第二部分蛇形電極的末端與第三部分蛇形電極的首端連接，第三部分蛇形電極的末端和第二引出電極的一端連接，第一引出電極的另一端與第一加熱器焊盤(5)連接，第二引出電極的另一端與第二加熱器焊盤(6)連接； 第一部分蛇形電極和第三部分蛇形電極在第二部分蛇形電極的兩側(cè)呈鏡像對(duì)稱，且第一部分蛇形電極的蛇形排布方向與第二部分蛇形電極的蛇形排布方向互相垂直； 所述第二絕緣層(9)鋪設(shè)在蛇形加熱器電極(8)上，并且露出第一加熱器焊盤(5)和第二加熱器焊盤(6)； 所述下電極(10)鋪設(shè)在第二絕緣層(9)上；所述感濕層(11)鋪設(shè)在下電極(10)上；所述多孔上電極(12)鋪設(shè)在感濕層(11)上；所述基底(I)的下表面設(shè)置有經(jīng)鏤空后形成的凹槽(13)。
2.權(quán)利要求1所述的探空儀用加熱式濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟一:制備傳感器的基底(I)，并采用去離子水清洗制備的基底(I)； 步驟二:將步驟一制備的基底(I)的表面氧化，生成一層致密的S12，作為第一絕緣層(2)； 步驟三:在步驟二獲得絕緣層上表面，采用光刻工藝和磁控濺射的方法制備蛇形加熱器電極⑶； 步驟四:采用射頻濺射的方法在步驟三制備的蛇形加熱器電極(8)的上表面制備Al2O3保護(hù)層，作為第二絕緣層(9)； 步驟五:采用光刻工藝和磁控濺射的方法在第二絕緣層(9)的上表面制備下電極(10)； 步驟六:采用腐蝕鏤空的方法對(duì)步驟五制備的下電極(10)的上表面和步驟一所述基底(I)的下表面分別進(jìn)行鏤空處理； 步驟七:在鏤空處理后的下電極(10)的上表面制備感濕層(11)； 步驟八:采用蒸發(fā)鍍膜機(jī)在感濕層(11)的上表面制備多孔上電極(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探空儀用加熱式濕度傳感器的制備方法，其特征在于， 步驟一中，所述基底(I)是厚度為400 μ m、晶向?yàn)?00的單晶娃； 步驟二中，所述絕緣層的厚度為500nm?lOOOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的探空儀用加熱式濕度傳感器的制備方法，其特征在于，步驟三中，在步驟二獲得絕緣層上表面，采用光刻工藝和磁控濺射的方法制備蛇形加熱器電極(8)的方法為: 以蛇形加熱器電極(8)的鏤空?qǐng)D案為掩膜板，將光刻膠均勻涂在經(jīng)步驟二獲得絕緣層上表面，然后在80°C?100°C下烘20min?40min,曝光15s?30s后,轉(zhuǎn)移至顯影液中顯影20s?40s，在去離子水中漂洗20s?30s，然后在100°C?120°C下堅(jiān)膜30min?40min ； 采用磁控濺射的方法在所述光刻膠的上表面鍍膜，靶材為99.99%的鉬，靶材尺寸為Φ60Χ2.5mm，在真空度達(dá)到lX10_5Pa?2X10_5Pa時(shí)，往濺射室通氬氣，氬氣的流量為15ml/min?25ml/min, IS氣壓強(qiáng)為1.5Pa?2.5Pa ;利用丙酮溶解光刻膠,并超聲至蛇形加熱器電極⑶圖案清晰。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的探空儀用加熱式濕度傳感器的制備方法，其特征在于，步驟四中，采用射頻濺射的方法在步驟三制備的蛇形加熱器電極(8)的上表面制備Al2O3保護(hù)層的方法為: 將光刻膠均勻涂在步驟三制備的蛇形加熱器電極(8)的上表面，然后在80°C?100°C下烘20min?40min,將以焊盤的圖案為掩膜板蓋在光刻膠的上表面，曝光15s?30s后，轉(zhuǎn)移至顯影液中顯影20s?40s,在去離子水中漂洗20s?30s,再在100°C?120°C下堅(jiān)膜30min ?40min ； 當(dāng)真空度達(dá)到IX 10_5Pa?2X 10_5Pa時(shí)，往濺射室通氬氣，氬氣的流量為15ml/min?25ml/min，氬氣壓強(qiáng)為1.5Pa?2.5Pa，濺射功率為60W?80W，時(shí)間為120min?180min，鍍膜時(shí)壓強(qiáng)控制在0.5Pa以下，獲得Al2O3保護(hù)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的探空儀用加熱式濕度傳感器的制備方法，其特征在于，步驟五中，采用光刻工藝和磁控濺射的方法在第二絕緣層(9)的上表面制備下電極(10)的方法為: 利用丙酮溶解第二絕緣層(9)上的光刻膠，剝離掉第一加熱器焊盤(5)和第二加熱器焊盤￠)區(qū)域第二絕緣層(9)，采用磁控濺射的方法在第二絕緣層(9)的上表面進(jìn)行鍍膜，靶材為99.99%的金，靶材的尺寸Φ60Χ2.5mm，在真空度達(dá)到I X KT5Pa?2 X KT5Pa時(shí)，往濺射室通氬氣，氬氣的流量為15ml/min?25ml/min，氬氣壓強(qiáng)為IX KT5Pa?2 X KT5Pa ； 將光刻膠均勻涂在第二絕緣層(9)的上表面，將下電極(10)圖案的掩模板蓋在光刻膠表面的相應(yīng)位置上，曝光15s?30s后,轉(zhuǎn)移至顯影液中顯影20s?40s,在去離子水中漂洗20s?30s，然后，在100°C?120°C下堅(jiān)膜30min?40min，將露出的金膜采用碘和碘化氨飽和溶液腐蝕掉，得到下電極(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的探空儀用加熱式濕度傳感器的制備方法，其特征在于，步驟六中，采用腐蝕鏤空的方法對(duì)步驟五制備的下電極(10)的上表面和步驟一所述基底(I)的下表面分別進(jìn)行鏤空處理的方法為； 對(duì)步驟五制備的下電極(10)的上表面和步驟一所述基底(I)的下表面分別涂上光刻膠，然后在80°C?100°C下烘20min?40min，將以所述下電極(10)的上表面為制版圖形的掩模版蓋在下電極(10)的上表面上，將以鏤空?qǐng)D形為制版圖形的掩模版蓋在基底(I)的下表面的相應(yīng)位置上,雙面曝光15s?30s,把曝光好的基底(I)放入顯影液中顯影20s?40s，在去離子水中漂洗20s?30s，再在100°C?120°C下堅(jiān)膜30min?40min，在70°C?90°C的溫度下，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%?40%的氫氧化鉀溶液對(duì)基底(I)的下表面進(jìn)行鏤空，形成凹槽(13)，凹槽(13)的深度約為350 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的探空儀用加熱式濕度傳感器的制備方法，其特征在于，步驟七中，在鏤空處理后的下電極(10)的上表面制備感濕層(11)的方法為: 將聚酰亞胺感濕溶液涂在下電極(10)的上表面，然后在80°C?100°C下恒溫5min?1min ； 將感濕薄膜圖案為制版圖形的掩膜板蓋在下電極(10)的上表面，曝光15s?30s，然后在N，N 一二甲基乙酰胺中顯影20s?40s，在去離子水中漂洗20s?30s，然后在100°C?120°C下堅(jiān)膜30min?40min,即得到感濕層(11),感濕層(11)厚度約為I μ m。
9.一種濕度檢測(cè)電路，其特征在于，所述濕度檢測(cè)電路包括探空儀用加熱式濕度傳感器Cm、標(biāo)準(zhǔn)電容Cs、模擬電阻RP、寄生電容Cp,電阻R1、電阻R2、三個(gè)運(yùn)算放大器、2個(gè)單刀雙擲開關(guān)和供電電源； 所述濕度傳感器Cm的一端和標(biāo)準(zhǔn)電容Cs的一端同時(shí)接供電電源的地端，濕度傳感器Cm的另一端與第一單刀雙擲開關(guān)的一個(gè)靜端連接，標(biāo)準(zhǔn)電容Cs的另一端與第一單刀雙擲開關(guān)的另一個(gè)靜端連接， 第一單刀雙擲開關(guān)的動(dòng)端與模擬電阻Rp的一端連接，模擬電阻Rp的另一端與寄生電容Cp的一端、電阻Rl的一端和第一運(yùn)算放大器的正向輸入端同時(shí)連接供電電源的Vcc端，寄生電容Cp的另一端接供電電源的地端， 電阻Rl的另一端接第二單刀雙擲開關(guān)的動(dòng)端，第二單刀雙擲開關(guān)的一個(gè)靜端接供電電源的Vcc端，第二單刀雙擲開關(guān)的另一個(gè)靜端接供電電源的地端， 第一運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端同時(shí)與電阻R2的一端同時(shí)和第一運(yùn)算放大器的反向信號(hào)輸入端連接，第一運(yùn)算放大器的供電電源正極與供電電源的Vcc端連接，第一運(yùn)算放大器的供電電源地端與供電電源的地端連接，電阻R2的另一端同時(shí)與第二運(yùn)算放大器的正向信號(hào)輸入端和第三運(yùn)算放大器的正向信號(hào)輸入端連接，第二運(yùn)算放大器的反向信號(hào)輸入端與供電電源的Vcc端連接，第三運(yùn)算放大器的反向信號(hào)輸入端與供電電源的Vcc端連接， 第二運(yùn)算放大器的供電電源正極與供電電源的Vcc端連接，第二運(yùn)算放大器的供電電源地端與供電電源的地端連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種濕度檢測(cè)電路，其特征在于，第二運(yùn)算放大器的反向信號(hào)輸入端和第三運(yùn)算放大器的反向信號(hào)輸入端輸入的電壓范圍為1.5v-2.5v。
【文檔編號(hào)】G01N27/22GK104198545SQ201410411744
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】羅毅, 楊昆, 施云波, 商春雪 申請(qǐng)人:云南師范大學(xué)