[pt] Os sistemas micro eletromecânicos são dispositivos na escala dos micras que combinam estruturas mecânicas com circuitos elétricos, e são usados como sensores ou atuadores. Dentro destes dispositivos, estão os de onda superficial acústica (SAW em inglês) que usam variações na velocidade ou percurso de propagação da onda para fazer a detecção da variável a medir. Uma aplicação importante em processos químicos, é no acondicionamento de ambientes, monitorando a umidade. Para isso um sensor SAW comprado, foi coberto em sua superfície com uma camada de um polímero absorvente de vapor de agua. No qual o aumento na massa do polímero na superfície diminui a velocidade da onda. Por tanto o PolyVinyl Álcool foi escolhido para absorver o vapor de agua e foi preparado com 5.6 wt por cento, para ser depositado por meio de spin coating. Então uma serie de experimentos foram feitos numa câmara climática variando tanto a umidade como a temperatura, com o fim de avaliar o comportamento do sensor medindo a sua variação da frequência. Estes resultados foram comparados com um modelo analítico e uma simulação por elementos finitos. O modelo analítico foi presentado por Sielman, o qual determina como muda a densidade e espessura no polímero com a umidade. Estes valores foram substituídos na equação de Wohltjen que dá a variação da frequência de um SAW devido a absorção de gases. Em quanto a simulação por elementos finitos foi feita em Comsol Multiphysics achando a frequência para a qual o SAW ressona, com o aumento da densidade na camada acima do SAW para as umidades inseridas. / [en] Micro electromechanical systems (MEMS) are devices that combine mechanical structures with electrical circuits at the micro scale, to function as sensors or actuators. One type of MEMS are the surface acoustic waves (SAW) devices, which uses the surface wave velocity or propagation path variations to measure the variable of interest. One important application in chemical processes is related to environment condition control, specifically humidity measurement. With that purpose, a commercial SAW was purchased and coated with a polymer layer in its surface. The PolyVynil Alcohol (PVA) was chosen to be the sensing layer in the SAW due to water vapor absorption properties, that increases the mass over the surface and decrease the wave velocity, leading to sense this humidity changes. 5.6wt per cent PVA solution was prepared and deposited through spin coating. Therefore, a series of tests were carried out in a climatic chamber, varying the humidity and temperature conditions, with the aim to analyze the sensor behavior by measuring its frequency shift. These results were compared with an analytical model and a finite element simulation. The analytical model presented by Sielman determines how the polymer density changes with humidity. These density values were inserted into the Wohltjen equation, which gives the frequency shift of the SAW due to gas absorption. Regarding the finite element simulation, it was carried out in the Comsol Multiphysics software, by solving the different resonating frequencies as a function of the increase in the polymer density due to the insets of humidity values.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:29753 |
| Date | 25 April 2017 |
| Creators | SERGIO GUTIERREZ ESCOBAR |
| Contributors | ARTHUR MARTINS BARBOSA BRAGA, ARTHUR MARTINS BARBOSA BRAGA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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