[发明专利]一种非接触式温湿度传感器及检测方法

说明书

本发明公开了一种非接触式温湿度传感器及检测方法，包括叉指电容、电阻、螺旋电感以及柔性基板，所述柔性基板上开设有用于安装电阻的通孔，所述叉指电容和螺旋电感分别安装于柔性基板的两侧面，所述电阻安装于通孔中，所述叉指电容、电阻、螺旋电感串联连接。该传感器利用LC无线无源传感技术实现温度和湿度的同时监测，具有制造工艺简单，线性度好，灵敏度高，电路简单，能耗低，寿命长等优点，且体积较小，结构简单，便于安装，很容易地连接到各种表面，非常适合用于可穿戴设备和便携式电子产品，也可以在危险或者特殊条件下正常运行。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及无源传感器，具体涉及一种非接触式温湿度传感器及检测方法。

背景技术

温度和湿度一直是人们关心的比较重要的环境因素，在物理化学实验和物质生产活动中也较为重要。因此，温湿度传感器的应用很是广泛，在工农业生产，冷链物流、食品保鲜，健康护理、可穿戴设备、环境监测等诸多场合都有所应用。然而，在某些特殊情况下，有线有源温湿度传感器会有一些问题和挑战。比如密闭容器中测量温湿度，如果采用有线有源传感器则需要采用打孔方式进行测量，这种方式并不能保证密闭容器的气密性；在油漆或者染料车间中，往往会存在对人体有害的气体如甲醛等，这类气体同时也容易造成有线有源传感器线路老化，因而需要频繁的对线路进行维护，从而增加工人暴露在危险中的可能性。传统的有线有源温湿度传感器不仅有工作效率低，布线复杂，维护成本高以及能耗高等问题。此外，传统的传感器通常是刚性的，不能轻易变形。而现有的柔性传感器检测温度、压力、应变、湿度、位置等一次只能监测一个刺激。

LC传感器由谐振电路和外部读出装置两部分组成，谐振回路主要由电容元件、电阻元件和电感线圈组成。不同的温湿度造成传感器环境敏感元件的电容、电阻产生相应变化，从而造成谐振频率和阻抗的变化，分析读出端阻抗与频率曲线，可以根据外部扫频源与发生了电感耦合的扫描频率一致时出现共振现象推断出谐振电路的频率以及阻抗实部的幅值，从而实现对传感器信号的无线检测。LC传感器的设计较为简单，设备和材料便宜，结构简单，设计灵活，性能稳定，功耗较低，反映传感器信息的频谱可以给出传感器多方面的信息，使其在功能设计以及多参数设计上有很大前景。

在国内外已公开了一些利用LC无线无源技术设计的温度或湿度传感器。如：(1)中北大学等吕文设计了一种基于MoS2/PI(聚酰亚胺)的LC无线无源湿度传感器(吕文,谭秋林.一种用于湿度监测的LC无线无源传感器的制备与测试[J].微纳电子技术,2019,56(3)：211-217)；(2)东南大学张聪设计了一种以石墨烯和聚酰亚胺为敏感材料的LC无线无源湿度传感器(张聪，LC型无源无线湿度传感器理论与实验研究，2014年博士论文)；(3)中北大学吕文等设计了一种基于二维硫化物材料的LC无线无源湿度传感器研究(吕文，基于二维硫化物材料的LC无线无源湿度传感器研究[D].山西：中北大学仪器科学与技术.2019)；(4)重庆大学罗涛等研制出基于铁电陶瓷的LC温度传感器(罗涛,谭秋林,魏坦勇,熊继军.无源LC传感器研究现状与发展趋势综述[J].传感器与微系统,2014,33(9)：11-14.)；上述研发的LC无线无源传感材料存在的问题主要包括：导致其响应时间过长；检测范围过窄；吸附时间和脱附时间过长导致相应时间过慢。此外，目前涉及的LC无源无线传感器只能检测温度或湿度一种参数。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种非接触式温湿度传感器及检测方法，该传感器可以在危险或者特殊条件下正常运行，同时监测温度和湿度，具有制造工艺简单，线性度好，灵敏度高，电路简单，能耗低，寿命长等优点。