Abstracts

[en] HUMIDITY SENSOR BASED ON MEMS SAW TECHNOLOGY

by GUTIERREZ ESCOBAR SERGIO




Institution: Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro
Department:
Year: 2017
Keywords: [pt] RESSONADOR SAW; [en] SAW RESONATOR; [pt] SENSOR DE UMIDADE SAW; [pt] MODELO SAW EM COMSOL
Posted: 02/01/2018
Record ID: 2153561
Full text PDF: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=29753


Abstract

[pt] Os sistemas micro eletromecnicos sodispositivos na escala dos micras que combinam estruturas mecnicascom circuitos eltricos, e so usados como sensores ou atuadores.Dentro destes dispositivos, esto os de onda superficial acstica(SAW em ingls) que usam variaes na velocidade ou percurso depropagao da onda para fazer a deteco da varivel a medir. Umaaplicao importante em processos qumicos, no acondicionamentode ambientes, monitorando a umidade. Para isso um sensor SAWcomprado, foi coberto em sua superfcie com uma camada de umpolmero absorvente de vapor de agua. No qual o aumento na massa dopolmero na superfcie diminui a velocidade da onda. Por tanto oPolyVinyl lcool foi escolhido para absorver o vapor de agua e foipreparado com 5.6 wt por cento, para ser depositado por meio despin coating. Ento uma serie de experimentos foram feitos numacmara climtica variando tanto a umidade como a temperatura, com ofim de avaliar o comportamento do sensor medindo a sua variao dafrequncia. Estes resultados foram comparados com um modeloanaltico e uma simulao por elementos finitos. O modelo analticofoi presentado por Sielman, o qual determina como muda a densidadee espessura no polmero com a umidade. Estes valores foramsubstitudos na equao de Wohltjen que d a variao da frequnciade um SAW devido a absoro de gases. Em quanto a simulao porelementos finitos foi feita em Comsol Multiphysics achando afrequncia para a qual o SAW ressona, com o aumento da densidade nacamada acima do SAW para as umidades inseridas. [en] Micro electromechanical systems (MEMS) aredevices that combine mechanical structures with electrical circuitsat the micro scale, to function as sensors or actuators. One typeof MEMS are the surface acoustic waves (SAW) devices, which usesthe surface wave velocity or propagation path variations to measurethe variable of interest. One important application in chemicalprocesses is related to environment condition control, specificallyhumidity measurement. With that purpose, a commercial SAW waspurchased and coated with a polymer layer in its surface. ThePolyVynil Alcohol (PVA) was chosen to be the sensing layer in theSAW due to water vapor absorption properties, that increases themass over the surface and decrease the wave velocity, leading tosense this humidity changes. 5.6wt per cent PVA solution wasprepared and deposited through spin coating. Therefore, a series oftests were carried out in a climatic chamber, varying the humidityand temperature conditions, with the aim to analyze the sensorbehavior by measuring its frequency shift. These results werecompared with an analytical model and a finite element simulation.The analytical model presented by Sielman determines how thepolymer density changes with humidity. These density values wereinserted into the Wohltjen equation, which gives the frequencyshift of the SAW due to gas absorption. Regarding the finiteelement simulation, it was carried out in the Comsol Multiphysicssoftware,Advisors/Committee Members: ARTHUR MARTINS BARBOSA BRAGA.