在现代社会中,环境湿度检测不仅与人类的生产和社会活动密切相关,同时对工业生产、农业种植、气象、环保、航天、国防等领域都具有重要的影响。随着时代的发展、科技的进步,市场对于湿度传感器的性能需求变得越来越高。近年来,电容型、电阻型湿度传感器的应用最为广泛。但它们都存在一些不足,电容型湿度传感器测量精度偏低,抗腐蚀能力较差,且很难对高湿度环境进行测量,而电阻型湿度传感器的线性度和产品互换性较差,低湿灵敏度偏低。因此,研制出灵敏度高、响应速度快、湿滞小、线性度好、成本低廉的湿度传感器具有重大意义。本文针对基于石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)的湿度传感器展开研究,它具有灵敏度高、稳定性好、线性度好、尺寸小、工作范围宽、结构简单等优势。QCM湿度传感器是以石英晶体谐振器电极表面的湿敏薄膜作为敏感元件,石英晶体谐振器作为换能元件,将其电极表面的质量改变转化为振荡电路输出的相应电信号(频率)的改变,从而实现对湿度的测量。分析石英晶体谐振器的结构、物理性质、频温特性、压电效应、测量原理、能陷理论及质量灵敏度等,根据Sauerbery方程得到湿敏膜的涂敷量以分析其对QCM湿度传感器性能的影响,并推导了石英晶体谐振器等效电路参数计算公式,该公式对QCM湿度传感器的改进具有一定的指导意义;经理论研究后对石英晶体谐振器进行选型,找到适合用于检测环境湿度的QCM传感器,采用普通振荡电路法作为石英晶体谐振器信号采集的方法,选用FPGA进行软硬件设计,进而对振荡电路的输出进行频率测量;搭建QCM湿度传感器检测平台,分析QCM湿度传感器的灵敏度、线性度、重复性、短期稳定性、湿滞性及响应/恢复时间等性能。实验结果表明,该湿度传感器的检测范围为15.1%RH～97.3%RH,具有较好的线性度和重复性,灵敏度可达22.4Hz/%RH,稳定性频率幅度在25Hz以内,湿滞为3%Hz,响应时间在29s以内,恢复时间在11s以内,该QCM湿度传感器达到了预期要求。