Беспроводной датчик относительной влажности воздуха с чувствительным элементом на поверхностных акустических волнах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Деркач, Михаил Михайлович

• Деркач, Михаил Михайлович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Деркач, Михаил Михайлович

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

1 ДАТЧИКИ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ (ОБЗОР)

1.1 Основные типы датчиков влажности

1.1.1 Характеристики приборов для измерения относительной влажности воздуха

1.1.2 Емкостной сорбционный датчик влажности

1.1.3 Оптический датчик влажности

1.1.4 Резистивный сорбционный датчик влажности

1.1.5 Датчики влажности на основе полупроводниковых приборов

1.1.6 Влагочувствительные полимерные пленки

1.1.7 Сравнительная оценка параметров и особенностей существующих датчиков влажности

1.2 Акустоэлектронные датчики влажности

1.2.1 Принципы работы датчиков на поверхностных акустических волнах

1.2.2 Разработки в области датчиков влажности

1.2.3 Патенты на акустоэлектронные датчики влажности

1.3 Выводы по главе 1. Постановка задач исследования

2 РАЗРАБОТКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

2.1 Разработка резонаторов для чувствительного элемента

2.2 Технология изготовления чувствительного элемента

2.3 Исследование резонаторов с влагочувствительным покрытием

2.3.1 Экспериментальные исследования резонаторов с влагочувствительными слоями

2.3.2 Анализ результатов экспериментальных исследований резонаторов

2.4 Чувствительный элемент

2.5 Выводы по главе 2

3 АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО

3.1 Антенны беспроводных пассивных датчиков

3.2 Разработка антенного устройства датчика влажности

3.3 Выводы по главе 3

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ

4.1 Исследования макета датчика

4.2 Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение А. Схемы измерений

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Беспроводной датчик относительной влажности воздуха с чувствительным элементом на поверхностных акустических волнах»

ВВЕДЕНИЕ

Диссертация посвящена решению научно-технической проблемы, связанной с повышением метрологических характеристик акустоэлектронных датчиков влажности с наведенным питанием. При решении данной проблемы акцент сделан на увеличении чувствительности датчика и снижении гистерезиса по влажности.

Актуальность работы. После создания первых приборов на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и изучения их специфических особенностей, стали предприниматься попытки изготовить на их основе всевозможные датчики. За три десятилетия целый ряд датчиков на ПАВ оказался в производственной линейке некоторых ведущих компаний, в том числе Honeywell, Sensor Technology, Senseor. Это были датчики температуры, давления, деформации, крутящего момента, магнитного поля. Были разработаны как проводные датчики, являвшиеся оконечными компонентами сенсорных систем, так и беспроводные датчики, позволяющие создавать беспроводные сенсорные сети. Проблемы создания беспроводных физических датчиков на ПАВ широко освещены в работах C. S. Hartmann, Ю. В. Гуляева, В. Ф. Дмитриева, С. А. Жгуна, В. П. Плесского, А. С. Багдасаряна, D. Malocha и других. Вопросы построения химических датчиков проработаны в литературе менее подробно. Был предпринят ряд попыток создать и химические датчики на основе ПАВ-устройств. Они увенчались лишь частичным успехом. Представлено несколько типов коммерческих проводных химических датчиков на основе ПАВ-компонентов, использующих сорбционные явления в тонких пленках. Значительно больше химических датчиков на ПАВ с использованием как физической, так и химической адсорбции было создано в ходе лабораторных исследований. Однако создание пассивных (с наведенным питанием) беспроводных сорбционных датчиков пока не вышло за лабораторные стены.

Наиболее простым из химических датчиков и наиболее востребованным является датчик влажности. Беспроводной пассивный акустоэлектронный датчик влажности для коммерческого применения пока не представлен ни одной компанией. Это свидетельство затруднений, которые возникают при его создании. Эти затруднения заключаются в необходимости решения ряда взаимозависимых схемотехнических задач.

Разработано множество органических покрытий, которые призваны увеличить влагочувствительность датчиков на ПАВ. Некоторые исследователи применяют в разработках ПАВ-компоненты с подключением резистивных или емкостных датчиков. Такой вариант затрудняет массовое производство из-за введения в технологический процесс изготовления дополнительных операций. Прямое взаимодействие ПАВ с сорбированной на поверхности влагой не дает хорошей чувствительности и сказывается на уменьшении добротности и изменении импеданса акустоэлектронного компонента, что снижает дальность действия системы и предъявляет противоречивые требования по согласованию с антенной. Более продуктивным является нанесение селективного покрытия на поверхность акустоэлектронного устройства. Это снижает его добротность и изменяет импеданс, но однократно, и позволяет согласовать антенное устройство на определенные значения импеданса и частоты.

Внедрение. Основные результаты диссертационной работы непосредственно использованы при выполнении ОКР в рамках федеральной целевой программы «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2008-2015 годы; ОКР «Влажность» (государственный контракт № 9411.1006800.11.024 от 09.10.2009 г.); СЧ ОКР «Контроль-МСТ-Р» (договор № 11/80 от 28.11.2011 г.); ОКР «Нерв» (государственный контракт № 12411.1006899.11.074 от 14.05.2012 г.). Научные и практические результаты диссертационной работы использованы АО «НПП «Радар ммс» в ходе выполнения работ по ряду НИОКР на проведение исследований беспроводных пассивных датчиков и систем идентификации. Также результаты работы

внедрены в учебный процесс ФГАОУ ВО СПбГЭТУ. Результаты работы подтверждены актами о внедрении.

Целью диссертационной работы являлись разработка и исследование конструктивных и технологических основ создания беспроводного пассивного датчика относительной влажности воздуха с чувствительным элементом на поверхностных акустических волнах.

Для достижения поставленной цели были определены и решены следующие задачи:

1. Анализ информации по тематике акустоэлектронных химических датчиков, акустоэлектронных датчиков влажности на ПАВ и беспроводных датчиков влажности.

2. Разработка и изготовление резонатора на ПАВ для чувствительного элемента датчика влажности.

3. Проведение экспериментальных исследований свойств влагочувствительных пленок, нанесенных на поверхность резонатора на ПАВ.

4. Разработка согласованных антенн и проведение экспериментальных исследований макетов.

5. Экспериментальные исследования беспроводного пассивного акустоэлектронного датчика относительной влажности воздуха и температуры.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Впервые показано, что максимальная чувствительность датчика влажности на основе резонатора на ПАВ с нанесенным слоем полимера нафион достигается при вязкоупругом механизме влагочувствительности и уменьшении толщины слоя вплоть до нарушения его сплошности.

2. Впервые показано, что в датчиках влажности на основе резонаторов на ПАВ с влагочувствительным наноразмерным слоем полимера нафион эффект перехода к ретроградной зависимости импеданса от влажности при уменьшении

толщины слоя обусловлен доминированием вязкоупругого механизма влагочувствительности.

3. Впервые предложена схема беспроводного датчика, в которой каждый индивидуальный чувствительный элемент дифференциальной схемы соединен со своей отдельной антенной.

Теоретическая и практическая значимость результатов

1. Показано, что использование резонаторов на ПАВ с тонкими влагочувствительными пленками предпочтительнее с точки зрения чувствительности и согласования.

2. Разработана методика топологического согласования антенн с элементами на ПАВ.

3. Разработана методика старения влагочувствительных полимерных пленок, нанесенных на акустоэлектронные элементы.

4. Показано преимущество схемы с симметричными элементами и двумя антеннами по значениям величин амплитуды и отношения сигнал/шум возвращенного сигнала датчика.

5. Разработан беспроводной пассивный акустоэлектронный датчик относительной влажности воздуха и температуры и исследованы его характеристики.

6. Разработанный беспроводной пассивный датчик относительной влажности воздуха и температуры имеет высокие характеристики по дальности считывания и точности определения влажности воздуха.

7. Основные теоретические и практические результаты разработки акустоэлектронного чувствительного элемента и антенн могут использоваться в других химических и физических датчиках на ПАВ.

Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертационной работе использовались методы: экспериментального исследования, математического моделирования, полного электромагнитного

моделирования, статистической обработки результатов измерений, аппроксимации эмпирических зависимостей, математического анализа и оптимизации.

Объект исследования - беспроводной датчик относительной влажности воздуха и температуры с чувствительными элементами на ПАВ.

Предмет исследования - оптимизация метрологических характеристик беспроводных датчиков влажности с наведенным электрическим питанием, использующих чувствительный элемент сорбционного типа на поверхностных акустических волнах, путем разработки полуколичественных эмпирических и компьютерных моделей, позволяющих исследовать и прогнозировать их основные характеристики, а также путем выработки новых конструктивных решений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Максимальная чувствительность датчика влажности на основе резонатора на ПАВ с нанесенным слоем полимера нафион достигается при вязкоупругом механизме влагочувствительности и уменьшении толщины слоя вплоть до нарушения его сплошности.

2. В датчиках влажности на основе резонаторов на ПАВ с влагочувствительным наноразмерным слоем полимера нафион эффект перехода к ретроградной зависимости импеданса от влажности при уменьшении толщины слоя обусловлен доминированием вязкоупругого механизма влагочувствительности.

Достоверность и обоснованность результатов обеспечивается использованием оригинальных данных, полученных апробированными экспериментальными методами, и сопоставлением их с известными экспериментальными данными.

Для полного электромагнитного моделирования использовалось специализированное программное обеспечение, подкрепленное апробированными теоретическим методами исследований физических моделей.

Полученные в ходе выполнения диссертационного исследования результаты не противоречат ранее полученным данным, описанным в литературе другими авторами.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях:

На всероссийских конференциях: Всероссийская конференция «Электроника и микроэлектроника СВЧ» (СПб, 2013).

На международных конференциях: международная конференция «IEEE International Ultrasonic Symposium» (Чикаго, США, 2014); международная конференция «European Microwave Conference» (Париж, Франция, 2015).

На внутривузовских конференциях: 68-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского

государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (СПб, 2015); 70-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского

государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (СПб, 2017).

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 8 научных работах, среди которых 2 статьи - в изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 2 статьи в международных научно-технических журналах, индексированных в Scopus и Web of Science, 1 статья в российском научно-техническом журнале, 1 доклад в сборниках всероссийских научно-технических конференций, 2 доклада в сборниках международных научно-технической конференций. Кроме того, подана 1 заявка на патент РФ на изобретение.

Личный вклад автора. Автором выполнены основные расчеты, проведено полное электромагнитное моделирование антенного устройства, построение качественных и полуколичественных моделей. Автор лично проводил экспериментальные исследования изготовленных образцов чувствительных элементов, антенн и беспроводного датчика. Автором предложены методика старения влагочувствительной пленки, нанесенной на поверхность резонатора на ПАВ, и методика топологического согласования ПАВ-компонентов с антеннами.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, включающего 92 наименования. Работа выполнена на 128 страницах и содержит 39 рисунков, 6 таблиц, 1 приложение.

1 ДАТЧИКИ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ (ОБЗОР) 1.1 Основные типы датчиков влажности

1.1.1 Характеристики приборов для измерения относительной влажности воздуха

Для датчиков влажности независимо от области применения наиболее важными техническими параметрами являются точность, повторяемость, взаимозаменяемость, долгосрочная нестабильность, восстановление от конденсата, стойкость к химическим и физическим загрязнениям. Также довольно часто требуется обеспечить энергонезависимость интегральной конструкции прибора для измерения влажности (или малое энергопотребление) и небольшие линейные размеры для встраивания в различную технику или помещения в герметичную упаковку с продуктом или изделием, для которого необходимо контролировать климатические условия в процессе хранения, транспортировки и использования.

Для всех видов датчиков влажности следует ввести несколько краеугольных параметров и понятий.

Чувствительность - это отношение выходного сигнала (изменение частоты или емкости) к внешнему воздействию (относительная влажность) с указанием диапазона внешнего воздействия.

Гистерезис - это разность значений выходного сигнала (частота, емкость или др.) для одного и того же входного сигнала, полученных при измерениях при повышении влажности и при ее понижении соответственно.

Нелинейность - определенный вид математических уравнений, содержащих искомые величины в степенях больше единицы или коэффициенты, зависящие от свойств среды. Нелинейность может быть определена методом независимой линеаризацией (метод наилучшей прямой). Он заключается в

нахождении линии, проходящей посередине между двумя параллельными прямыми, расположенными как можно ближе друг к другу и охватывающими все выходные значения реальной передаточной функции.

Время отклика - это время достижения характерного для влажности значения ^ (63 %) при перемещении прибора из среды с влажностью 40 % в среду с влажностью 90 % и наоборот.

Долгосрочная нестабильность - это состояние системы, характеризующееся неоднородностью протекающих процессов и изменений в течение длительного времени. зависит от процессов старения, которые изменяют электрические, механические, химические и термические свойства материалов датчика. Долгосрочный дрейф параметров может измеряться через достаточно длительные интервалы времени - месяцы и годы. Скорость старения определяется условиями хранения и эксплуатации, а также тем, насколько хорошо элементы датчиков изолированы от окружающей среды, и какие материалы использовались для их изготовления. Интенсивное старение типично для датчиков, в состав которых входят органические компоненты и не столь существенно для датчиков из неорганических элементов. Долгосрочная нестабильность выражается в процентах относительной влажности в год.

Температурный коэффициент - это относительное изменение рассматриваемой величины, деленное на разность температур. Он определяется как отклонение выходного сигнала в области рабочих температур. Для этого необходимо измерить выходные характеристики (например, частоту или емкость) от влажности во всем диапазоне рабочих температур с шагом в 10 °С.

1.1.2 Емкостной сорбционный датчик влажности

Емкостные датчики влажности получили широчайшее распространение в современном промышленном оборудовании, бытовой технике и системах сбора метеорологических данных, что обусловлено оптимальным сочетанием

различных качеств. Такие датчики изготавливаются в огромном количестве по технологиям, используемым в микроэлектронике [1].

Принципиально, емкостной датчик влажности представляет собой конденсатор, в котором изменению влажности соответствует изменение емкости. Это обеспечивается изменением диэлектрической проницаемости материала, находящегося между обкладками конденсатора. Используются полимерные материалы и материалы на основе оксидов металлов. Как известно, диэлектрическая проницаемость воды равна 81, а большинства материалов -единицы, лишь у нескольких групп веществ ее значение достигает тысяч и даже десятков тысяч. В зависимости от используемого материала емкость конденсатора может как увеличиваться в процессе сорбции влаги, так и уменьшаться [1].

Такие датчики конструктивно состоят из подложки, на которой расположен тонкопленочный слой поверх двух проводящих электродов, нанесенных на поверхность подложки. Электроды обычно выполняются из алюминия, золота либо никеля. Расстояние между ними от десятков до сотен мкм. Наносят электроды магнетронным распылением или вакуумным резистивным напылением. Чувствительная поверхность покрывается пористым металлическим электродом для защиты от загрязнения и конденсата. Также этот электрод определяет номинальную емкость датчика - собственно он и играет роль второй обкладки конденсатора. Материалом подложки обыкновенно служит стекло, керамика или кремний. Изменения диэлектрической проницаемости чувствительного слоя емкостного датчика практически прямо пропорциональны относительной влажности окружающего воздуха, в результате вид зависимости емкости такого датчика от относительной влажности воздуха близок к линейному. Колебание влажности на 1 % вызывает изменение емкости на 0,2-2,0 пФ, а изменение емкости в диапазоне относительной влажности от 5 до 98 % при комнатной температуре обыкновенно составляет от 100 до 200 пФ. Номинальная емкость датчиков составляет обычно 250-1000 пФ [1, 2].

В таких датчиках влажности некоторая нелинейность характеристик наблюдается в областях экстремальной относительной влажности - при малых

значениях влажности (до 8-10 %) изменение емкости при изменении влажности на 25-50 % меньше чем в основной области, а при высокой влажности (более 90 %) примерно на такую же величину больше [3].

Весьма интересен верхний электрод. Хотя он и не имеет электрической связи с регистрирующим прибором, но он определяет основные параметры датчика. Он должен быть электропроводящим и химически стойким к действию влажного воздуха. Подходящими материалами являются золото, никель, платиновые металлы. Но сверх того, он должен обладать наиважнейшим свойством - пропускать влагу в материал диэлектрика. Для этого электрод делают пористым. Это обеспечивается тем, что при нанесении металла, будущий датчик отклоняют от вертикального направления потока атомов металла на достаточно большой угол, так чтобы атомы попадали на поверхность диэлектрика под очень острым углом и формировали сперва островковую структуру, которая затем по мере накопления материала превращается в пористую.

Емкостные датчики влажности отличаются низким температурным коэффициентом. Они имеют возможность работать и при высоких температурах вплоть до 200 °С, при которых начинается деградация полимерного влагочувствительного материала [1, 2]. Емкостной датчик может полностью восстанавливаться от попадания конденсата и обладает умеренной химической стойкостью. Для более весомой защиты от конденсированной влаги датчик покрывают тонкой пористой полимерной пленкой, которая препятствует образованию капель влаги между электродами для предотвращения замыкания. Время отклика датчиков влажности такого типа составляет 30-60 с для изменения относительной влажности в диапазоне от 10 до 75 %.

Современные емкостные датчики интегрировали в себя последние достижения полупроводниковой микроэлектроники, что позволяет уменьшить смещения параметров и гистерезиса при длительном использовании. Тонкопленочные емкостные датчики изготавливаются на одной подложке с ИС усилителя сигнала [4]. Класс точности типичных емкостных датчиков при

калибровке по двум точкам составляет ±2 % по относительной влажности в диапазоне от 5 до 98 % [1, 2, 4].

В свое время в СССР несколькими группами исследователей были разработаны датчики емкостного типа, отличающиеся друг от друга конструкцией и составом влагочувствительного слоя [5]. В качестве влагочувствительного слоя в них использовались оксид алюминия, пористые стекла, нейлон и некоторые синтетические смолы. Но наибольшее распространение в СССР получили емкостные датчики влажности с влагочувствительным слоем оксида алюминия. Их совершенствование идет и сейчас [5]. Некоторым примечательным преимуществом датчиков с неорганическим влагочувствительным материалом является много большая временная стабильность при длительной эксплуатации -органические полимеры склонны к деградации с течением времени под действием химикатов, света, тепла [1, 6].

Современные емкостные датчики для защиты покрываются пленкой термореактивного полимера, которая предохраняет чувствительный элемент от капельной влаги (о чем уже было сказано) и механически защищает его от повреждений, пыли и прямого действия света [1].

Если подвести итог, то в преимущества емкостных датчиков влажности можно записать широкий диапазон измерений, стойкость к конденсату и некоторую взаимозаменяемость. Недостатком является недостоверность измерений при высокой температуре [1].

1.1.3 Оптический датчик влажности

Для определения присутствия в воздухе или другом газе примесей некоторых газов (метан и моноксид углерода в воздухе), что крайне важно для некоторых областей промышленности, используются оптические датчики газов, основанные на принципе поглощения молекулами излучения с определенной длиной волны. Для множества газовых молекул существует целый ряд

определенных длин волн, на которых поглощение особенно значительно, и при этом эти линии достаточно далеко отстоят от характерных линий других молекул. Существенным преимуществом таких оптических датчиков является отсутствие электрического контакта исследуемого газа и систем датчика (исключается возможность пробоя и короткого замыкания прямо в исследуемом газе), что чрезвычайно критично для определения влажности взрывоопасных газов [7]. Также интересна возможность создания прибора для одновременного определения концентраций газов и наличия самих газов, то есть одновременного качественного и количественного (или полуколичественного) анализа. Такая возможность открывается благодаря фундаментальным свойствам поглощенного излучения - оно поглощается на характерной длине волны и количество поглощенного излучения пропорционально количеству определяемого вещества.

Так, например, функционирует оптический датчик абсолютной влажности газов [7, 8]. Он основан на поглощении коротковолнового УФ излучения в полосе поглощения паров воды на длине волны 121,6 нм. В этом датчике используется водородная резонансная лампа. Этот датчик влажности отличает безинерционность и фактическое отсутствие калибровки, потому как аналитический сигнал однозначно связан с количеством молекул воды в единице объема (N3 по закону Ламберта-Бугера-Бера:

I = 10ехр-кл1,

где: / - расстояние от источника света до приемника излучения; 10 - сигнал с датчика при /=0; I - сигнал с датчика при фиксированном значении />0; к\ -показатель поглощения паров воды, известное справочное значение. К недостаткам этого датчика следует причислить довольно большие размеры в сравнении с емкостными и резистивными датчиками, изготавливаемыми методами микроэлектронного производства, и высокую себестоимость (опять же, в сравнении с емкостными и резистивными датчиками влажности). Также хорошо известны инфракрасные гигрометры, которые являются сложными и дорогими приборами, но обладающими хорошими характеристиками. Следует, однако,

пояснить, что в рассмотрении характеристик всех датчиков не учитывается такой важный параметр как атмосферное давление, а его изменение оказывает значительное влияние на показания всех типов датчиков влажности [1, 7].

Средством поверки датчиков влажности обыкновенно служит гигрометр (датчик точки росы) с охлаждаемым зеркальцем, также называемый конденсационным гигрометром. Такой гигрометр определяет точку росы по температуре охлаждаемого металлического зеркальца в момент появления на нем следов воды или инея при конденсации из окружающего воздуха или анализируемого газа. Конденсационный гигрометр состоит из устройства для охлаждения зеркальца, оптического или электрического устройства, фиксирующего момент конденсации, и термометра, измеряющего температуру зеркальца [7]. В современных конденсационных гигрометрах для охлаждения зеркальца используется полупроводниковый элемент на эффекте Пельтье, а раньше для охлаждения применялось погружение теплопровода, подсоединявшегося к зеркальцу, в жидкий азот. Температура зеркальца измеряется вмонтированным в него проволочным сопротивлением или полупроводниковым микротермометром.

Датчик точки росы с охлаждаемым зеркальцем отличает великолепная точность определения точки росы, которая может быть пересчитана на проценты относительной влажности благодаря наличию выражения, связывающего эти величины [7, 8]. Но также такой датчик мало портативен, довольно дорог и имеет значительные ограничения рабочего диапазона. Поэтому он используется, главным образом, для поверки и калибровки других датчиков, например, емкостных и резистивных, и приборов на их основе.

1.1.4 Резистивный сорбционный датчик влажности

Принцип действия резистивного сорбционного датчика влажности состоит в определении изменения электрического сопротивления гигроскопичной среды,

которой может быть электропроводящий полимер, соль или особым образом обработанная подложка [1, 7].

Обыкновенно резистивные датчики влажности состоят из металлических электродов, нанесенных на подложку или намотанных на пластмассовый или стеклянный цилиндр. Поверх электродов подложка покрывается солевым раствором или электропроводящим полимером. После испарения растворителя (воды или спирта) вся поверхность будущего датчика покрывается ровным слоем влагочувствительного вещества. Как альтернатива, поверхность датчика может быть подвергнута действию кислоты, которая сформирует функциональные группы. Эти группы и будут присоединять воду. Время отклика большинства резистивных сорбционных датчиков влажности обычно составляет 10-30 с при изменении относительной влажности в пределах 50 %. Диапазон сопротивлений типового резистивного чувствительного элемента меняется от десятков кОм до десятков МОм [7].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Деркач, Михаил Михайлович, 2017 год

Список литературы

1. Humidity sensors principle, mechanism, and fabrication technologies: A comprehensive review / Farahani H. [et al.] // Sensors. - 2014. - №14. - P. 7881-7939.

2. A capacitance humidity-sensing transducer / Thoma P. [et al.] // IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology. - 1979. -Vol. 2, Is. 3. - P. 321-323.

3. A digital hygrometer using a polyimide film relative humidity sensor / Shibata H. [et al.] // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. -1996. - Vol. 45. - P. 564-569.

4. Proton transport property in supported nafion nanothin films by electrochemical impedance spectroscopy / Devproshad K. [et al.] // Journal of Electrochemical Society. - 2014. - Vol. 161, Is. 14. - P. 1395-1402.

5. Влияние геометрических параметров пористых слоев оксида алюминия на характеристики влагочувствительной структуры на его основе / Белов А. Н. [и др.] // Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2012. -№1 (93). - С. 21-25.

6. Лазутин В. Н. Сравнительные характеристики датчиков влажности воздуха / Лазутин В. Н., Вернекке Р. // Измерительная техника. - 1991. - №8. -С. 55-56.

7. Zhi Chen. Humidity sensors: A review of materials and mechanisms / Zhi Chen, Chi Lu // Sensor letters. - 2005. - Vol. 3. - P. 274-295.

8. Исаев М. П. Разработка ИК-датчика контроля влажности и содержания воды в нефти и нефтепродуктах / Исаев М. П., Рахимов Н. Р., Петров П. В. // Интерэкспо Гео-Сибирь. - 2011. - №1, том 5. - С. 29-35.

9. Коган В. А. Разработка и исследование сорбционного датчика влажности воздуха на основе термообработанного полиакрилонитрила : дис. ... канд. техн. наук. - Л., 1977.

10. Маргелов А. Датчики компании Honeywell // Электроника: Наука, Техника, Бизнес. - 2005. - Вып. 2. - C. 8-13.

11. Пат. US 5004700 A США. Humidity sensor / Emi Limited, Sharp Kabushiki Kaisha. - № 561,377; Заявлено 1.08.1990; Опубл. 2.04.1991. - 4 с.

12. Аль-Хадрами И. С. А. Разработка технологии изготовления и исследование сенсорных элементов на основе полиакрилонитрила и соединений меди: дис. ... канд. техн. наук. - Таганрог, 2008.

13. Викулин И. М., Стафеев В. И. Полупроводниковые датчики. - М.: Советское радио, 1975. - 104 с.

14. Горлов М. Датчик влажности поверхностно-конденсационного типа / Горлов М. [и др.]. // Компоненты и технологии. - 2007. - №1. - С. 7-8.

15. Dunwoody D. Proton exchange membranes: the view forward and back / Dunwoody D., Leddy J. // The Electrochemical Society Interface. - 2005. - Vol. 14, №3. - P. 37-39.

16. A comparison of physical properties and fuel cell performance of nafion and zirconium phosphate/nafion composite membranes / Yang C. [et al.] // Journal of Membrane Science. - 2004. - №237 - P. 145-161

17. Inoue K. Functional dendrimers, hyperbranched and star polymers // Progress Polymer Science. - 2000. - №25 - P. 453-571.

18. Гудь В. Н. Влияние влажности окружающей среды на время установления сорбционного равновесия пленок полиметилметакрила / Гудь В. Н., Колупаев Б. С. // Высокомолекулярные соединения, Серия А. - 2012. - Том 54, №2. - С. 267-272.

19. A capacitive-type humidity sensor using cross-linked poly(methyl methacrylate) thin films / Matsuguchi M. [et al.] // Journal of Electrochemical Society. - 1991. - Vol. 138, №6. - P. 1862-1865.

20. Дебский В. Полиметилметакрилат. - М.: Химия, 1972 - 151 с.

21. Ertug B. Investigation of the electrical conductivity and humidity sensitivity characteristics BaTiO3 ceramics with PMMA additive / Ertug B., Boyraz T.,

Addemir O. // Archive of Metallurgy and Materials. - 2012. - Vol. 57, Is. 2. -P. 437-442.

22. Caliendo C. Surface acoustic wave humidity sensors: a comparison between different types of sensitive membrane / Caliendo C., Verona E., Anisimkin V. I. // Smart Materials Structures. - 1997. - №6. - P. 707-715.

23. Amin E. Md. Polyvinyl-alcohol (PVA)-based RF humidity sensor in microwave frequency / Amin E. Md., Karmakar N., Winther-Jensen B. // Progress In Electromagnetics Research B. - 2013. - Vol. 54. - P. 149-166.

24. Розенберг М.Э. Полимеры на основе винилацетата. - Л.: Химия, 1983. -

176 с.

25. Yang M.-R. Humidity sensors using polyvinyl alcohol mixed with electrolytes / Yang M.-R., Chen K.-S. // Sensors and Actuators B: Chemical. - 1998. -Vol. 49. - P. 240-247.

26. A highly sensitive humidity sensor using a modified polyimide film / Kim Y.-H. [et al.] // Journal of semiconductor technology and science . - 2004. -Vol. 4, №2. - P. 128-132.

27. Strijkova V. Vacuum deposited polyimide layers as humidity sensors / Strijkova V., Georgieva B. // Bulgarian Journal of Physics. - 2013. - №40. -P. 224-228.

28. Advanced polyimide materials: Syntheses, physical properties and applications / Liaw D.-J. [et al.] // Progress in Polymer Science. - 2012. - №37 (7). -P. 907-974

29. Effect of cross-linking degree of PVCA on the characteristics of capacitive-type humidity sensor / Matsuguchi M. [et al.] // Chemical Sensors and Actuators, B. -1995. - Vol. 34 (1-3). - P. 349-355.

30. Малов Б. В. Пьезорезонансные датчики. - М.: Энергоатомиздат, 1989. -

272 с.

31. Design of global SAW RFID tag device / Hartmann C.S. [et al.] // 2nd Int. Symp. Acoustic Wave Devices for Future Mobile Communication Systems. - 2004. -P. 15-19.

32. Anomalous asymmetric acoustic radiation in low-loss SAW filters / Knuuttila J. V. [et al.] // Electron. Lett. - 1999. - Vol. 35. - P. 1115-1116.

33. Mechanism for acoustic leakage in surface-acoustic wave resonators on rotated Y-cut lithium tantalate substrate / Koskela J. [et al.] // Applied Physics Letters. -1999. - Vol. 75. - P. 2683-2685.

34. Bulk-acoustic waves radiated from low-loss surface-acoustic-wave resonators / Knuuttila J. V. [et al.] // Applied Physics Letters. - 2004. - Vol. 84. -P. 1579-1581.

35. Unidirectional SAW transducer for GHz frequencies / Lehtonen S. [et al.] // Proc. IEEE Ultrasonic Symposium. - 2003. - P. 817-820.

36. Minimum-loss short reflectors on 128o LiNbO3 / Lehtonen S. [et al.] // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. - 2004. -Vol. 51. - P. 1203-1205.

37. An analysis of SAW Interdigital transducers with internal reflections and the application to the design of single-phase unidirectional transducers / Hartmann C. S. [et al.] // IEEE INTERNATIONAL ULTRASONICS SYMPOSIUM (IUS). - 1982. -P. 40-45.

38. Wright P. V. The natural single-phase unidirectional transducer: a new low-loss SAW transducer// IEEE INTERNATIONAL ULTRASONICS SYMPOSIUM (IUS). - 1985. - P. 58-63.

39. Morgan D. P. One-port SAW resonators using natural SPUDT substrates / Morgan D. P., Zhgoon S., Shvetsov A. // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. - 2007. - №54 (10). - P. 1936-1942.

40. Dmitriev V. F. Theory and application of a multistrip surface-acoustic-wave coupler with an aperiodic electrode structure. // Journal of Communications Technology and Electronics. - 2008. - Vol. 53, Is. 3. - P. 336-346.

41. Wireless surface-acoustic-wave-based humidity sensor / Hollinger R. D. [et al.] // Proceedings SPIE. - 1999. - Vol. 3876. - P. 54-62.

42. 16-Sensor passive wireless SAW humidity sensor system / Hines J. H. [et al.] // Frequency Control Symposium (FCS) IEEE International. - 2012. - P. 1-4.

43. Wang R.-D. A surface acoustic wave impedance loaded sensor for wireless humidity measurement / Wang R.-D., Chen Y.-Y., Wu T.-T. // The Journal of the Acoustical Society of America. - 2008. - Vol. 123, Is. 5. - P. 3646-3650.

44. Пат. CN 102853934 КНР. A wireless temperature and humidity sensor and system and method for measuring / Sh Infotech Co,. Ltd. - № CN 201210264920; Заявлено 27.06.12; Опубл. 2.01.2013. - 12 с.

45. Simultaneous and wireless measurement of CO2 and humidity using a SAW reflective delay line / Lim Ch. [et al.] // Proceedings SPIE on Microfluidics, BioMEMS, and Medical Microsystems. - 2009. - №7207. - P. 1325-1334.

46. Wu T.-T. A high sensitivity nanomaterial based SAW humidity sensor / Wu T.-T., Chen Y.-Y., Chou T.-H. // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2008. -Vol. 41, №8. - P. 135-139.

47. Response of a Ptpolyyne membrane in surface acoustic wave sensors: experimental and theoretical approach / Caliendo C. [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2003. - №93. - P. 10071-10077.

48. Humidity sensor using leaky surface acoustic waves in YX-LiTaO3 with nanostructured porphyrin film / Rimeika R. [et al.] // IEEE Sensors. - 2009. -P. 1753-1757.

49. High sensitivity humidity sensors using flexible surface acoustic wave devices made on nanocrystalline ZnO/polyimide substrates / He X. L. [et al.] // Journal of Material Chemistry, C - 2013. - №1. - P. 6210-6215.

50. Sheng L. A surface acoustic wave humidity sensor with high sensitivity based on electrospun MWCNT/Nafion nanofiber films / Sheng L., Dajing C., Yuquan C. // Nanotechnology. - 2011. - №22 (26). - P. 3171-3178.

51. Thin polymer film based rapid surface acoustic wave humidity sensors / Buvailo A. [et al.] // Sensors and Actuators, B. - 2011. - №156. - P. 444-449.

52. Chen Y.-T. Humidity sensors made on polyvinyl-alcohol film coated SAW devices / Chen Y.-T., Kao H. L. // Electronics Letters. - 2006. - Vol. 42, Is. 16. -P. 948-950.

53. Пассивный беспроводный датчик на поверхностных акустических волнах для измерения параметров газовых и жидких сред [Электронный ресурс] / Карапетьян Г. Я. [и др.] // Инженерный вестник Дона. - 2012. - №2. -Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2012. - Режим доступа: http://ivdon.ru. - Загл. с экрана. (04.04.2017).

54. Sayar Irani F. SAW humidity sensor sensitivity enhancement via electrospraying of silver nanowires / Sayar Irani F., Tunaboylu B. // Sensors. - 2016. -Vol. 16 (12), 2024.

55. Highly sensitive and ultrafast response surface acoustic wave humidity sensor based on electrospun polyaniline/poly(vinyl butyral) nanofibers / Lin Q. [et al.] // Analytica Chimica Acta. - 2012. - №748. - P. 73- 80.

56. Пат. EP2418482 ЕС. Surface acoustic wave humidity sensor / Honeywell International Inc. - № EP20100172492; Заявлено 11.08.10; Опубл. 15.02.2012. - 15 с.

57. Пат. US20120036917 A1 США, 73/24.04; 29/2535. Sensing devices and methods / Honeywell International Inc. - № US 13/208,107; Заявлено 11.08.11; Опубл. 16.02.2012. - 12 с.

58. Пат. EP 2594930 A1. Wireless moisture sensor / Honeywell International Inc. - № EP20110190026; Заявлено 21.11.2011; Опубл. 22.05.2013, Bulletin 2013/21 -17 с.

59. Пат. US5571944 A США, 73/24.04; 73/24.06; 73/31.05; 310/313 R. Acoustic wave (AW) based moisture sensor for use with corrosive gases / Sandia Corporation - № US 08/359,510; Заявлено 20.12.94; Опубл. 5.11.96. - 13 с.

60. Пат. US8015872 B2 США, 73/335.02. Surface acoustic wave based humidity sensor apparatus with integrated signal conditioning / Honeywell International Inc. -№ US 12/207,017; Заявлено 9.09.2008; Опубл. 13.09.2011. - 7 с.

61. Пат. US20100058857 A1 США, 73/335.02; 427/97.l. Surface acoustic wave based humidity sensor apparatus with integrated signal conditioning / Honeywell International Inc. - № US 12/207,017; Заявлено 9.09.2008; Опубл. 11.03.2010. - 7 с.

62. Пат. RU2047173 РФ, G01N29/24. Быстродействующий технологичный датчик влажности на поверхностных акустических волнах / Опытное

конструкторское бюро «Павика» - № RU 92010768/28; Заявлено 9.12.1994; Опубл. 27.10.1995. - 6 с.

63. Choice of quartz cut for sensitive wireless SAW temperature sensor / Shvetsov A. [et al.] // IEEE INTERNATIONAL ULTRASONICS SYMPOSIUM (IUS). - 2014. - № 1. - P. 1505-1508.

64. SAW temperature sensor on quartz / Zhgoon S. [et al.] // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. - 2015. - Vol. 62, Is. 6. -P. 1066-1075.

65. Акустоэлектронные устройства для обработки и генерации сигналов. Принципы работы, расчета и проектирования / Ю.В. Гуляев [и др.]; под ред. Ю. В. Гуляева. - М.: Радиотехника, 2012. - 576 с.

66. Койгеров А. С. Анализ алгоритмов кодового разделения сигналов в системе радиочастотной идентификации, реализуемой на основе устройств на поверхностных акустических волнах: автореф. дис. ...канд. тех. наук : 05.13.01. -СПб., 2011. - 23 с.

67. Койгеров А. С. Радиомаркер на поверхностных акустических волнах с помехоустойчивым частотно-манипулированным кодом / Койгеров А.С., Дмитриев В.Ф. // Информационно-управляющие системы. - 2010. - Вып. 4. -С. 22-28.

68. Деркач М. М. Проектирование резонансных чувствительных элементов на ПАВ для использования в датчиках физических величин / Деркач М. М., Кириллов Н. Г. // Радиопромышленность. - 2012. - Вып. 4. - С. 151-156.

69. Wireless surface acoustic wave chemical sensor for simultaneous measurement of CO2 and humidity / Wen Wang [et al.] // J. Micro/Nanolithography, MEMS and MOEMS. - 2009. - Vol. 8(3), 031306.

70. Деркач М. М. Исследование датчика относительной влажности воздуха, основанного на поверхностных акустических волнах / Деркач М. М., Корляков А. В. // Биотехносфера. - 2016. - № 5 (47). - С. 23-26.

71. Liu J. Dynamics and response of a humidity sensor based on a Love wave device incorporating a polymeric layer / Liu J., Wang L. // Sensors and Actuators B. -2014. - Vol. 204. - P. 50-56.

72. Janeliauskas A. Design and modeling of surface acoustic wave sensor with staggered ID - tag // ULTRAGARSAS (ULTRASOUND). - 2010. - Vol. 65, №2. -P. 24-29.

73. Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах: Материалы, технология, конструкция, применения: Пер. с чешск. - М.: Мир, 1990. - 584 с.

74. Hashimoto K.-y. Surface acoustic wave devices in telecommunications. Modelling and simulation. - Springer, 2000. - 330 p.

75. Новиков В. В. Акустоэлектронные изделия, герметизированные методом флип-чип / Новиков В. В., Деркач М. М., Кириллов Н. Г. // Радиопромышленность. - 2012. - Вып. 4. - С. 163-168.

76. Campbell C. K. Surface acoustic wave devices for mobile and wireless communications. - Academic Press: Boston, 1998. - 633 р.

77. Hunt W. D. Time-dependent signature of acoustic wave biosensors / Hunt W. D., Stubbs D. D., Lee S.-H. // Proceedings IEEE. - 2003. - Vol. 91. -P. 890-901.

78. Согласование антенны тэга с микрочипом для систем радиочастотной идентификации / Андриенко А. С. [и др.] // Журнал радиоэлектроники. - 2007. -№12. - С. 15-21.

79. Койгеров А. С. Вопросы согласования радиомаркера с антенной в системе радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах / Койгеров А. С., Смелов И. Н. // Сборник трудов 65-й научно-технической конференции, посвященной Дню радио, «Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А. С. Попова» (СПбНТОРЭС). СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2010. - C. 259-260.

80. Калиничев В. И. Согласование антенны ярлыка с микросхемой радиочастотного идентификатора / Калиничев В. И., Курушин А. А. // Современная электроника. - 2007. - №4. - С. 56-60.

81. Мучкаев А. С. Пассивные УВЧ- и СВЧ-системы радиочастотной идентификации: архитектура и тенденции // Проблемы информатики. - 2009. -№1. - С. 68-74.

82. Ryu H.-K. Small-sized Square Loop Antenna Using Meander line for RFID tag Applications / Ryu H.-K., Woo J.-M. // Proceedings on IEEE International Symposium on Antennas and Propagation. - 2007. - P. 2463-2466.

83. Electrically Small Loop Antennas for RFID Applications / Turalchuk P. [et al.] // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. - 2015. -Vol. 14. - P. 1786-1789.

84. Malocha D. C. A Passive Wireless Multi-Sensor SAW Technology Device and System Perspectives // Sensors. - 2013. - №13. - Р. 5897-5922.

85. Подобед И.М. Слабонаправленная антенна круговой поляризации для идентификационных меток СВЧ-диапазона и ее электродинамическая модель / Подобед И.М., Осипов О.В., Плотников A.M. // Перспективы науки. - 2012. -№1. - С. 67-75.

86. Marrocco G. The art of UHF RFID antenna design: impedance-matching and size-reduction techniques // IEEE Antennas and Propagation Magazine. - 2008. -Vol. 50, № 1. - P. 66-79.

87. Balanis C. A. Antenna theory: analysis and design. Third edition. - John Wiley & Sons, Inc., 2005. - 1074 p.

88. Бабаскин А. А. Проектирование тэг антенны круговой поляризации для пассивных микроволновых систем RFID / Бабаскин А. А., Калиничев В. И. // Журнал радиоэлектроники. - 2008. - №3. - С. 3-16.

89. Багдасарян С. А. Радиочастотная идентификация с использованием технологии ПАВ / Багдасарян С. А., Гуляев Ю. В. // Наука и технология в промышленности. - 2005. - №1. - С. 54-60.

90. Деркач М. М. СВЧ антенна ближнего поля для систем радиочастотной идентификации объектов на основе пассивных элементов на ПАВ / Деркач М. М., Туральчук П. А., Мунина И. В. // Материалы II Всероссийской научно-технической конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ». -2013. - С. 4.

91. Propagation of electromagnetic waves radiated by an implanted antenna / Turalchuk P. [et al.] // European Microwave Conference (EuMC). - 2015. -P. 387-390.

92. Hartmann C. S. Future high volume applications of SAW devices // Proceedings of 1985 IEEE Ultrasonics Symposium. - 1985. - Vol. 1. - P. 64-73.