湿度（Humidity）是一个重要的环境参数,在人类日常生活、生产活动中扮演了重要的角色。目前使用最广泛的高分子电容式湿度传感器凭借其测试量程宽、线性度高、响应时间短、长期稳定性好等优点受到了研发人员的广泛关注。但是,随着湿度传感器应用领域的扩展,人们对湿度传感器的各项特性指标提出了更高的要求,基于常规聚酰亚胺（Polyimide,PI）感湿材料的电容式湿度传感器因其高稳定性和高线性度成为了主流,但其灵敏度较低、温度系数大等问题限制了检测精度的提高及其应用范围。因此,研究高精度电容式湿度传感器的工作机理及其改进方案具有重要的理论和实践价值。近年来,纳米技术与传感器技术的融合给湿度传感器的性能优化提供了新思路。本文基于叉指电容的湿度传感器结构,采用高分子聚合物PI与纳米二氧化钛（Ti O2）的复合薄膜作为感湿材料,研制了一款高性能的电容式湿度传感器,根据实际应用需求,完成了仿真设计、制备表征、优化测试和补偿校准等工作。论文的主要内容概括如下。1.对不同类型的湿度传感器的工作机理进行了介绍,分析了当前湿度传感器研究领域面临的诸多挑战,描述了表征湿度传感器性能的特征参数,包括静态参数和动态参数。2.基于叉指电容结构的快速响应优势,设计了一种玻璃衬底的铂金属叉指电容结构,确定了叉指电极的宽度、间距和指数等参数。基于PI与纳米Ti O2的感湿机理,设计了PI以及3种不同掺杂浓度的PI/Ti O2感湿材料。使用COMSOL软件完成了传感器的建模,仿真了湿度传感器在不同相对湿度下的输出电容特性,此外,研究了电场线在感湿介质中的穿透深度与传感器灵敏度的定量关系,确定了优化的感湿薄膜厚度为50μm。3.利用傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、接触角测量仪和阻抗分析仪对制备的PI及PI/Ti O2感湿薄膜进行了表征测试,研究了复合薄膜中Ti O2含量与粗糙度、亲水性、介电常数和损耗因数的关系。搭建了湿度传感器电学参数测试平台,对灵敏度、湿滞、响应时间和稳定性等特性参数进行了测试。结果表明,优化设计（PI+5 wt.%Ti O2,50μm）的传感器灵敏度为12.84 f F/%RH,比未优化（纯PI,50μm）的传感器灵敏度（6.52 f F/%RH）提高了97%,湿滞为1.61%RH。4.完成了温度补偿设计和验证,最大湿度误差从温度补偿前的6.81%RH降低至0.82%RH。基于电容读出芯片MS3110设计了电容式湿度传感器的应用模块电路,实现了电容值到湿度值的在线补偿输出。综上,本文设计的电容式湿度传感器具有灵敏度相对较高、湿滞低等特点,另外还增加了在线温度补偿功能,不仅降低了湿度传感器的输出误差,还为其他类型的电容式传感器,如加速度传感器、惯性传感器等的应用电路设计提供了有益的参考,具有良好的实用价值。