Návrh a realizace planárního kapacitního senzoru vlhkosti

Abstract

Kapacitní senzory vlhkosti představují důležitou technologii v široké škále aplikací, od zemědělství po průmyslovou výrobu. Tato bakalářská práce se zaměřuje na teoretický rozbor a experimentální návrh planárních kapacitních senzorů vlhkosti. V teoretické části je popsán princip kapacitního snímání, konstrukční vari-anty včetně interdigitálních struktur, vhodné materiály a možnosti integrace výhřevu. Praktická část se věnuje návrhu, výrobě pomocí metody fotolitografie a testování kapacitních senzorů vlhkosti s různými topologiemi elektrod obdélníkovou, spirálovitou a čtvercovou. Tyto topologie jsou v této práci dále označovány zkratkami R-IDE, SpIDE-r a Pyr-IDE, inspirovanými označením použitým v [4]. Byla provedena měření frekvenční závislosti, simulace a geometrická opti-malizace elektrod, která potvrdila vliv rozměrů na kapacitní odezvu. Součástí práce byl i návrh a testování funkčnosti integrovaného výhřevu z hlediska dosažitelných teplot. Vybrané struktury byly dále testovány v prostředí s řízenou relativní vlhkostí a byla ověřena jejich funkčnost a opakovatelnost odezvy.

Capacitive humidity sensors represent an important technology across a wide range of applications, from agriculture to industrial manufacturing. This bachelors thesis focuses on the theoretical analysis and experimental design of planar capacitive humidity sensors. The theoretical part describes the principles of capacitive humidity sensing, various structural designs including interdigitated electrodes, suitable sensing materials, and the possibilities of integrating a heating element. The practical part is dedicated to the design, fabrication using photolithography, and testing of capacitive humidity sensors with different electrode topologiesrectangular, spiral, and square. These topologies are referred to in this work by the abbreviations R-IDE, SpIDE-r, and Pyr-IDE, following the naming convention introduced in [4]. Frequency response measurements, simulations, and geometrical optimization of the electrode structures were performed, confirming the influence of geometry on the sensors capacitive response. The thesis also includes the design and functional testing of an integrated heater in terms of achievable temperature. Selected sensor structures were further tested in a controlled humidity environment to verify their functionality and repeatability of response.