基于高取向生長的納米TiO2濕度傳感系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、濕度，作為重要的環(huán)境信息，對工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活中都有著重要影響。作為濕度的測量器件——濕度傳感器的研究越來越受到研究人員的重視。研究員們致力于研發(fā)靈敏度高，響應(yīng)快速，濕滯小，性能穩(wěn)定的濕度傳感器，經(jīng)過多年的努力，濕度傳感器正向著新型化、集成化、多功能化、智能化等方向發(fā)展。
　　傳統(tǒng)濕度傳感器的濕敏材料主要以電解質(zhì)型、無機陶瓷型和有機高分子型材料為主。隨著納米技術(shù)的出現(xiàn)，納米材料獨特的物理化學(xué)性能越來越受到人們的關(guān)注。而在眾多的納

2、米材料中，TiO2以其獨特的化學(xué)穩(wěn)定性、超大的比表面積成為濕敏材料的重要選擇。本文以TiO2為研究對象，設(shè)計制備濕度傳感器并搭建濕度檢測系統(tǒng)，取得了一些有意義的成果。
　　采用水熱法在金叉指電極之間長出取向較好的TiO2納米陣列。納米棒沿著金電極表面向外生長，納米陣列疏松多孔，直徑大約20nm，長度大約500nm。并分別在6％-97％的相對濕度條件下測量樣品的直流電阻(R)變化達(dá)3個數(shù)量級，響應(yīng)和恢復(fù)時間分別是1～3s和5～6s，

3、交流電容(C)變化達(dá)到3個數(shù)量級，響應(yīng)和恢復(fù)時間分別是21～24s和1～3s。這可能是取向較好的TiO2陣列可以形成較好的水汽通道，有利于水分子進(jìn)出，因此濕度傳感器有著較好的靈敏度和響應(yīng)速度。
　　使用納米濕度傳感器搭建濕度測試系統(tǒng)，實現(xiàn)溫濕度信息實時檢測、USB存儲、查詢等功能?；赥iO2納米濕度傳感器的電氣特性，本文采用RC振蕩電路把濕度信號轉(zhuǎn)化為頻率信號，濾波后送入FPGA進(jìn)行處理，通過等精度算法測量出頻率值。
　　

4、系統(tǒng)頂層是利用SOPC Builder開發(fā)的硬件架構(gòu)，通過添加指令，在NIOSⅡ環(huán)境中進(jìn)行軟件設(shè)計，實現(xiàn)LCD顯示控制和USB存儲控制，從而解決Verilog設(shè)計資源消耗過多的問題。頻率-濕度傳遞函數(shù)通過Matlab分段擬合生成，并在NIOSⅡ中進(jìn)行計算，求出濕度測量值。
　　測量結(jié)果表明，在中高濕度環(huán)境中本濕度測量系統(tǒng)有較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，低濕度下存在較大誤差還需改進(jìn)。使用USB存儲功能可以擺脫上位機的限制，可以任意移動，方便