QCM湿度传感器是将湿度敏感材料涂覆于晶片表面,利用QCM对微质量的敏感特性设计而成的湿度检测装置,是目前传感器研究领域的一个热点。该传感器具有响应快、灵敏度高等特点,因此广泛应用于航天、医疗等领域。本课题组长期从事电子封装材料的研究,发现当聚酰亚胺(PI)与环氧树脂(EP)、酚醛树脂(PF)与环氧树脂(EP)两种复合膜的质量之比分别为4:1和7:2时,亲水性能较好,可作为湿度传感器的敏感材料。本研究课题拟以PI/EP和PF/EP复合膜作为有机敏感膜,结合QCM微质量测量技术,采用FPGA数据采样平台,设计并研制出一种湿度传感器探测系统,能快速而稳定地测量出环境中的湿度。首先,进行QCM振荡电路的搭建。根据QCM压电效应与等效电路,确定QCM振荡电路的方法为普通振荡法。采用比较器芯片(MAX913)进行输出级电路设计,实现弦波信号到TTL信号的转换。经测试,该振荡电路可输出频率变化在±2Hz以内的稳定方波信号。其次,进行FPGA信号采集平台的软硬件设计。以EP2C5T144芯片为控制核心,搭建FPGA信号采集平台的整体电路(包括频率检测模块、数据通讯模块以及显示模块)。通过Verilog语言与modelsim软件,实现各模块的程序设计与功能仿真。经串口调试工具对数据进行采样,验证PC端可正确显示8位数据。红外光谱分析表明,PI/EP复合膜的羟基(-OH)峰比PF/EP的强,即PI/EP复合膜亲水性较好,通过润湿角实验进一步证明了这一点。因此,实验中主要以PI/EP复合膜作为湿度传感器的敏感材料,并研究了敏感探头的制作工艺,确定了以滴涂法为主并结合甩胶机进行甩胶的敏感膜涂覆方法。最后,对所研制的湿度传感器探测系统进行性能测试。实验中用5种饱和盐溶液(LiCl溶液—11%RH,MgCl溶液—34%RH,K2CO3溶液—43%RH,NaCl溶液—76%RH,KCl溶液—87%RH)作为湿度发生装置,对测试系统各项性能进行测试。结果表明,该湿度检测系统的灵敏度为23Hz/RH%,吸附时间约为20s,脱附时间约为25s,满足湿度传感器测试系统的预期要求。