qcm湿度传感器测量系统研制

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1、国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文QCM湿度传感器的测量系统研制硕士研究生：肖光华导师：胡泓教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位:深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C.:621DissertationfortheMasterDegreeofEngineering.THEDEVELOPMENTOFMEASUREMENTSYSTEMOFQCMHUMIDIT

2、YSENSORCandidate：XiaoGuanghuaSupervisor：Prof.HuHongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechatronicsEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefense：December,2012University：HarbinInstituteofTechnology：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要QCM传感器是一种

3、新型的传感器测量技术，是目前传感器研究的一个热点。一般QCM湿度传感器是以石英晶体表面的湿敏薄膜为敏感元件，石英晶体作为换能元件，利用石英晶体的质量—频率变化关系，把湿度信号转换为频率信号输出，从而实现湿度检测。它具有选择性好，灵敏度高、稳定性好、精度高、测量范围广等优点。目前国内成熟的QCM湿度传感器产品甚少，而国外的售价昂贵。本文的主要目的是为QCM湿度传感器的前期研发和后期产品化研制稳定且便捷的测量系统。本文首先在探讨了QCM等效电路和测量原理的基础上，分析了各种QCM信号采集方法。在综合考虑各类

4、方法的优劣和实际应用场合等因素后，最终确定采用串联型普通振荡电路法作为QCM信号采集的方法。考虑到QCM探头本身会有温漂，并且输出频率受外界压强及老化影响，所以采用差频电路来降低这些因素带来的影响，同时降低测量频率以提高测量精度。通过大量测试验证了差频电路的有效性且QCM测量模块的稳定性良好。然后按照一般产品设计流程，先进行了需求分析，进而提出设计方案，最后进行具体设计，完成对测量系统进行整体硬件设计及单片机程序设计。经调试，能实现了设计目标的所有的功能。最后为了实现QCM湿度传感器的校准工作，为以后产

5、品化提供便利，设计了灵活的自动校准软件。在对购买的QCM探头进行测试后，选择合适的露点，采用该自动校准软件进行校准。最终检查结果表明，该QCM湿度传感器在整个量程内精度在±3Ctd以内，基本接近产品化要求。本课题研制QCM湿度传感器测量系统完全能满足QCM湿度传感器的前期研发的需要，并且只需少量工作就能实现产品化的要求了。关键词：石英晶体微天平；湿度；差频；稳定性-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractQCMsensorisanewtypeofmeasurementtechnology;it

6、isaresearchhotspotinthefieldofsensor.Generally,QCMhumiditysensorusesmoisture-sensitivefilmonquartzcrystalsurfaceassensitiveelementandquartzcrystalasaconversionelement;itchangesthehumiditysignalintofrequencysignalbasedonquartzcrystalquality-frequencyrelat

7、ionship,soitcandetectmoisture.Ithasmanyadvantages,suchasgoodselectivity,highsensitivity,goodstability,highprecisionandthewidemeasurementrangeetc.Atpresent,thereisfewQCMhumiditysensorproductinChinaandtheforeignproductsareexpensive.Themainpurposeofthispape

8、ristodevelopmentastableandconvenientmeasurementsystemfortheearlydevelopmentofQCMhumiditysensorandproductizationlater.Firstly,investigatedtheQCMequivalentcircuitandthemeasuringprinciple,thenanalyzeavarietyoftheQCMsignalacqu