CN111443111A - 一种压电悬臂梁湿度探测器 - Google Patents
一种压电悬臂梁湿度探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111443111A CN111443111A CN202010487659.XA CN202010487659A CN111443111A CN 111443111 A CN111443111 A CN 111443111A CN 202010487659 A CN202010487659 A CN 202010487659A CN 111443111 A CN111443111 A CN 111443111A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- moisture
- piezoelectric
- cantilever beam
- insulating
- absorption expansion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 5
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical group CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 3
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 10
- 230000005606 hygroscopic expansion Effects 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种压电悬臂梁湿度探测器，在结构层上设置吸湿膨胀部和活动部。应用时，吸湿膨胀部吸湿后产生膨胀，改变悬臂梁的质量和质量分布，改变悬臂梁的共振频率，通过检测悬臂梁的共振频率实现湿度探测。因为悬臂梁的共振频率对悬臂梁的质量和质量分布非常敏感，所以本发明具有灵敏度高的优点，在湿度探测领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及湿度探测领域，具体涉及一种压电悬臂梁湿度探测器。
背景技术
湿度影响着人类生活的各个方面，广大研究者对湿度探测器进行了广泛的研究。传统湿度探测器有毛发湿度探测器、干湿球湿度探测器、电量式湿度探测器。传统湿度传感器往往存在精度低、响应时间长、灵敏度低的缺点。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种压电悬臂梁湿度探测器，该湿度探测器包括结构层、基底、绝缘层、压电模块、绝缘部、传感模块；结构层的一端固定在基底上，绝缘层置于结构层上，压电模块、绝缘部、传感模块置于绝缘层上，绝缘部隔离压电模块和传感模块，压电模块包括自下而上排列的下电极、压电部、上电极，传感模块包括弹性层、活动部、吸湿膨胀部，弹性层置于绝缘层上，活动部和吸湿膨胀部置于弹性层上，吸湿膨胀部置于活动部与绝缘部之间；工作时，吸湿材料部吸湿后产生膨胀，改变悬臂梁的共振频率，通过检测悬臂梁的共振频率实现湿度探测。
更进一步地，活动部的远离吸湿膨胀部的一端厚。
更进一步地，活动部的远离吸湿膨胀部的一端密度大。
更进一步地，活动部为多孔材料。
更进一步地，在靠近吸湿膨胀部一侧，活动部中的孔洞数目多于远离吸湿膨胀部一侧，活动部中的孔洞数目。
更进一步地，在结构层的下底面设有凹槽。
更进一步地，结构层的材料为硅，吸湿膨胀部的材料为聚酰亚胺，压电部的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。
本发明的有益效果：本发明提供了一种压电悬臂梁湿度探测器，在结构层上设置吸湿膨胀部和活动部。应用时，吸湿膨胀部吸湿后产生膨胀，改变悬臂梁的质量和质量分布，改变悬臂梁的共振频率，通过检测悬臂梁的共振频率实现湿度探测。因为悬臂梁的共振频率对悬臂梁的质量和质量分布非常敏感，所以本发明具有灵敏度高的优点，在湿度探测领域具有良好的应用前景。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种压电悬臂梁湿度探测器的示意图。
图2是又一种压电悬臂梁湿度探测器的示意图。
图中：1、结构层；2、基底；3、绝缘层；4、下电极；5、压电部；6、上电极；7、绝缘部；8、弹性层；9、活动部；10、吸湿膨胀部。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种压电悬臂梁湿度探测器，如图1所示，该压电悬臂梁湿度探测器包括结构层1、基底2、绝缘层3、压电模块、绝缘部7、传感模块。结构层1的一端固定在基底2上，基底2用于固定结构层1。结构层1的材料为硅。绝缘层3置于结构层1上。压电模块、绝缘部7、传感模块置于绝缘层3上，绝缘部7隔离压电模块和传感模块。压电模块和绝缘部7固定在绝缘层3上。压电模块包括自下而上排列的下电极4、压电部5、上电极6。下电极4和上电极6的材料为金或铝。绝缘层7电隔离了结构层1与下电极4。压电部5的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。传感模块包括弹性层8、活动部9、吸湿膨胀部10，弹性层8置于绝缘层3上，绝缘层3还电隔离了结构层1与弹性层8。活动部9和吸湿膨胀部10置于弹性层8上，吸湿膨胀部10置于活动部9与绝缘部7之间。吸湿膨胀部10的材料为聚酰亚胺。
使用时，下电极4接地，上电极6施加射频信号，该射频信号在压电部5中产生声波。该声波迫使结构层1及结构层1上的传感模块振动。压电模块和绝缘部7固定在绝缘层3上。在待测环境中，吸湿膨胀部10吸湿后产生膨胀，产生两方面的效果：一方面吸湿膨胀部10吸湿后增加了吸湿膨胀部10的质量；另一方面吸湿膨胀部10挤压活动部9向远离结构层1的固定端移动，也就是向图1中的右侧移动，使得活动部9的质心向右移动，相当于增加了悬臂梁的长度。这两方面的效果均增大了悬臂梁的共振周期，减小了悬臂梁的共振频率，所以本发明中吸湿膨胀部10吸湿后能够更多地改变悬臂梁的共振频率，所以湿度探测灵敏度高，在湿度探测领域具有良好的应用前景。
更进一步地，活动部9的远离吸湿膨胀部10的一端厚，也就是图1中活动部9的右侧厚、左侧薄。这样一来，当吸湿膨胀部10吸湿产生膨胀时，能够将活动部9的质心更多地向远离结构层1固定端移动，从而使悬臂梁的共振频率改变更多，提高湿度探测的灵敏度。
更进一步地，活动部9的远离吸湿膨胀部10的一端密度大，也就是图1中活动部9的右侧密度大、左侧密度小。这样一来，当吸湿膨胀部10吸湿产生膨胀时，也能够将活动部9的质心更多地向远离结构层1固定端移动，从而使悬臂梁的共振频率改变更多，提高湿度探测的灵敏度。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，活动部9为多孔材料。一方面，多孔材料减小了悬臂梁的整体质量。当吸湿膨胀部10吸湿时，对悬臂梁整体质量改变的相对量更大；另一方面，多孔材料也能够吸收水分，使得悬臂梁的质量增加。这两方面的效果均导致悬臂梁共振频率改变更多，提高了湿度探测的灵敏度。
更进一步地，在靠近吸湿膨胀部10一侧，活动部9中的孔洞数目多于远离吸湿膨胀部10一侧，活动部9中的孔洞数目。也就是说，在图1中，在活动部9的左侧，孔的密度大；在活动部9的右侧，孔的密度小，从而导致活动部9左侧的质量密度小，活动部9右侧的质量密度大。当吸湿膨胀部10吸湿膨胀时，能够更多地向右移动活动部9的质心，相当于增加了悬臂梁的长度，从而更多地改变悬臂梁的共振频率，提高湿度探测的灵敏度。
实施例3
在实施例1或实施例2的基础上，在结构层1的下底面设有凹槽。凹槽减少了结构层1的质量，从而导致吸湿膨胀部10吸湿后，对质量改变的相对值更大，对悬臂梁共振频率的改变更多，提高湿度探测的灵敏度。
更进一步地，在凹槽内设置吸水纤维。在待测环境中，吸水纤维吸水后增加悬臂梁的整体质量，因为吸水纤维的强吸水性，吸水前后吸水纤维的质量发生显著地变化，所以本方案能够更进一步地改变悬臂梁的质量，从而更进一步地改变悬臂梁的共振频率，提高湿度探测的灵敏度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种压电悬臂梁湿度探测器，其特征在于，包括：结构层、基底、绝缘层、压电模块、绝缘部、传感模块；所述结构层的一端固定在所述基底上，所述绝缘层置于所述结构层上，所述压电模块、所述绝缘部、所述传感模块置于所述绝缘层上，所述绝缘部隔离所述压电模块和所述传感模块，所述压电模块包括自下而上排列的下电极、压电部、上电极，所述传感模块包括弹性层、活动部、吸湿膨胀部，所述弹性层置于所述绝缘层上，所述活动部和所述吸湿膨胀部置于所述弹性层上，所述吸湿膨胀部置于所述活动部与所述绝缘部之间；工作时，所述吸湿材料部吸湿后产生膨胀，改变悬臂梁的共振频率，通过检测悬臂梁的共振频率实现湿度探测。
2.如权利要求1所述的压电悬臂梁湿度探测器，其特征在于：所述活动部的远离所述吸湿膨胀部的一端厚。
3.如权利要求1所述的压电悬臂梁湿度探测器，其特征在于：所述活动部的远离所述吸湿膨胀部的一端密度大。
4.如权利要求1所述的压电悬臂梁湿度探测器，其特征在于：所述活动部为多孔材料。
5.如权利要求4所述的压电悬臂梁湿度探测器，其特征在于：在靠近所述吸湿膨胀部一侧，所述活动部中的孔洞数目多于远离所述吸湿膨胀部一侧，所述活动部中的孔洞数目。
6.如权利要求1-5任一项所述的压电悬臂梁湿度探测器，其特征在于：在所述结构层的下底面设有凹槽。
7.如权利要求6所述的压电悬臂梁湿度探测器，其特征在于：所述结构层的材料为硅，所述吸湿膨胀部的材料为聚酰亚胺，所述压电部的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010487659.XA CN111443111A (zh) | 2020-06-02 | 2020-06-02 | 一种压电悬臂梁湿度探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010487659.XA CN111443111A (zh) | 2020-06-02 | 2020-06-02 | 一种压电悬臂梁湿度探测器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111443111A true CN111443111A (zh) | 2020-07-24 |
Family
ID=71655364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010487659.XA Withdrawn CN111443111A (zh) | 2020-06-02 | 2020-06-02 | 一种压电悬臂梁湿度探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111443111A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE2350610A1 (en) * | 2023-05-22 | 2024-11-23 | Cleanguard Ab | A system and method for acoustic detection of a change in moisture |
-
2020
- 2020-06-02 CN CN202010487659.XA patent/CN111443111A/zh not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE2350610A1 (en) * | 2023-05-22 | 2024-11-23 | Cleanguard Ab | A system and method for acoustic detection of a change in moisture |
| WO2024242605A1 (en) * | 2023-05-22 | 2024-11-28 | Cleanguard Ab | A system and method for acoustic detection of a change in moisture |
| SE546752C2 (en) * | 2023-05-22 | 2025-02-18 | Cleanguard Ab | A system and method for acoustic detection of a change in moisture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101655302B1 (ko) | 표면 탄성파 센서 시스템 | |
| CN104990968A (zh) | 基于薄膜体声波谐振器的湿度传感器件 | |
| CN111443111A (zh) | 一种压电悬臂梁湿度探测器 | |
| CN119533638B (zh) | 一种人形机器人可穿戴柔性振动感知传感器及其制备方法 | |
| CN111579603A (zh) | 一种集成加热控制及超声振动的硅基电容式湿度传感器 | |
| CN113640592A (zh) | 一种基于压电效应的声表面波电场传感器件 | |
| CN108507666B (zh) | 一种基于压电传感的微振动检测器 | |
| CN101477083B (zh) | 具有主动抑制声能损失功能的薄膜体声波传感器及方法 | |
| CN220153737U (zh) | 一种基于轴向极化的三维压电纤维声学传感器 | |
| CN117288806A (zh) | 一种高灵敏抗振动压电mems声敏探测元件阵列及制备方法 | |
| CN111721814A (zh) | 基于谐振式脱附的湿度传感器 | |
| CN111650447A (zh) | 一种声表面波固态电场传感器 | |
| BR9911463B1 (pt) | método e aparelho para determinar uma freqüência na qual ressoa um ressonador. | |
| CN118795229A (zh) | 模态局域化感应式微型电场传感器及其检测方法 | |
| CN109358099A (zh) | 一种基于模态局部化的谐振式气体感测装置及检测方法 | |
| KR100474281B1 (ko) | 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 환경 센서 | |
| CN209727986U (zh) | 一种杠杆式双向声表面波加速度传感器 | |
| KR101096066B1 (ko) | 표면 탄성파 센서 및 이를 구비한 위치 측정 장치 및 정보 저장 기기 | |
| CN115127594A (zh) | 一种基于功能电极层的温湿度传感器及其制备方法 | |
| RU1786422C (ru) | Конденсационный гигрометр на поверхностно-акустических волнах | |
| JPH0325343A (ja) | センサ装置 | |
| SU1163242A1 (ru) | Устройство дл измерени влажности материалов | |
| CN214621546U (zh) | 一种基于压电材料的高灵敏压力检测装置 | |
| CN112161722A (zh) | 一种基于悬臂梁的高灵敏温度探测装置 | |
| CN116358690B (zh) | 一种基于轴向极化的三维压电纤维声学传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200724 |