[发明专利]探空仪用加热式湿度传感器及其制备方法及一种湿度检测电路

说明书

技术领域

本发明属于湿度度传感器技术领域。

背景技术

高空气象探测业务水平是衡量一个国家大气探测科学水平的主要参考之一，而湿度探 测是高空气象探测重要环节。由于高空环境恶劣，湿度变化剧烈，环境温度最低达到-90 ℃，这就要求湿度传感器具有耐低温、响应快、抗干扰能力强等优点，而电容式湿度传感 器具备上述特点，并且制造成本较低，成为探空仪用湿度传感器研究的重要方向之一。但 由于电容式湿度传感器自身结构特点，当在高湿环境中时，湿度传感器表面容易产生结露 现象，使得测量误差增大，甚至造成传感器失效。目前国内外相关学者研究重点倾向于优 化传感器结构、改进湿敏材料等方面。欧美等发达国家在该领域的研究一直处于世界领先 的地位，如奥地利E+E公司研制的高分子电容式湿度传感器从感湿材料方面解决低温湿度 测量问题，其响应时间约1.5s，分辨率约1％，不确定度约5％，能够在-80℃正常工作； 芬兰维萨拉公司研发的RS92型探空仪从传感器结构和工作模式上解决低温湿度测量问 题，采用两片具有加热功能的湿度传感器交替工作，其响应时间小于0.5s，分辨率约1％RH， 不确定度约5％，是目前公认的高空湿度探测的标准。

所以目前湿度传感器扔存在在低温环境下湿度测量效果不好问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决高空低温、高湿恶劣环境下探空仪湿度传感器容易结露，高 空环境下湿度波动大、电路板分布电容对测量结果有影响的问题，本发明提供一种探空仪 用加热式湿度传感器及其制备方法及一种湿度检测电路。

本发明的探空仪用加热式湿度传感器，它包括由基底、第一绝缘层、蛇形加热器电极、 第二绝缘层、下电极、感湿层和多孔上电极；其中，基底的上表面铺设第一绝缘层；在第 一绝缘层的上表面设置有蛇形加热器电极；

所述蛇形加热器电极包括第一加热器焊盘、第二加热器焊盘、第一引出电极、第一部 分蛇形电极、第二部分蛇形电极、第三部分蛇形电极和第二引出电极；

第一引出电极的一端与第一部分蛇形电极的首端连接，第一部分蛇形电极的末端与第 二部分蛇形电极的首端连接，第二部分蛇形电极的末端与第三部分蛇形电极的首端连接， 第三部分蛇形电极的末端和第二引出电极的一端连接，第一引出电极的另一端与第一加热 器焊盘连接，第二引出电极的另一端与第二加热器焊盘连接；

第一部分蛇形电极和第三部分蛇形电极在第二部分蛇形电极的两侧呈镜像对称，且第 一部分蛇形电极的蛇形排布方向与第二部分蛇形电极的蛇形排布方向互相垂直；

所述第二绝缘层铺设在蛇形加热器电极上，并且露出第一加热器焊盘和第二加热器焊 盘；

所述下电极铺设在第二绝缘层上；所述感湿层铺设在下电极上；所述多孔上电极铺设 在感湿层上；所述基底的下表面设置有经镂空后形成的凹槽。

所述的探空仪用加热式湿度传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：制备传感器的基底，并采用去离子水清洗制备的基底；

步骤二：将步骤一制备的基底的表面氧化，生成一层致密的SiO₂，作为第一绝缘层；

步骤三：在步骤二获得绝缘层上表面，采用光刻工艺和磁控溅射的方法制备蛇形加热 器电极；

步骤四：采用射频溅射的方法在步骤三制备的蛇形加热器电极的上表面制备Al₂O₃保护层，作为第二绝缘层；

步骤五：采用光刻工艺和磁控溅射的方法在第二绝缘层的上表面制备下电极；

步骤六：采用腐蚀镂空的方法对步骤五制备的下电极的上表面和步骤一所述基底的下 表面分别进行镂空处理；

步骤七：在镂空处理后的下电极的上表面制备感湿层；

步骤八：采用蒸发镀膜机在感湿层的上表面制备多孔上电极。

一种湿度检测电路，其特征在于，所述湿度检测电路包括探空仪用加热式湿度传感器 C_m、标准电容C_s、模拟电阻R_P、寄生电容C_P、电阻R1、电阻R2、三个运算放大器、2个 单刀双掷开关和供电电源；