一种探空湿度传感器、制备方法、探空湿度测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种探空湿度传感器、制备方法、探空湿度测量系统及测量方法，包括自下而上设置的衬底层、感湿层和过滤层，所述衬底层和感湿层之间设置有恒温层，所述恒温层包括自下而上设置的第一绝缘层、加热板、微流控装置，所述微流控装置包括蛇形管道、第二绝缘层和微流泵，所述蛇形管道设置在第二绝缘层的下表面且蛇形管道的末端连接微流泵，所述蛇形管道内置有液体。解决探空湿度传感器在高空低温等恶劣环境下容易出现结露结冰的现象，同时从根本上消除太阳辐射的影响；进一步的，提高了探空湿度传感器的测量精确度。

A sounding humidity sensor, a preparation method, a sounding humidity measuring system and a measuring method

The invention discloses a sounding humidity sensor, a preparation method, a sounding humidity measuring system and a measuring method, including a bottom-up substrate layer, a wet layer, and a filter layer. The substrate layer and the wet layer are provided with a thermostat layer. The thermostat comprises a first insulating layer, a heating plate, and a micro layer set from bottom to top. The microfluidic device includes a snake pipe, a second insulating layer, and a micro flow pump. The snake shaped pipe is arranged on the lower surface of the second insulating layer and the end of the snake shaped pipe is connected with a micro flow pump, and the snake shaped pipe is built with a liquid. It is easy to solve the phenomenon of condensation and freezing in the harsh environment of the sounding humidity sensor, and eliminate the influence of the solar radiation at the same time. Further, the measurement accuracy of the sounding humidity sensor is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种探空湿度传感器、制备方法、探空湿度测量系统及测量方法
本专利技术涉及一种探空湿度传感器、制备方法、探空湿度测量系统及测量方法。
技术介绍
随着环境湿度对工农业生产、气象、环保、国防、航空航天等方面的重要性越来越大，人们对环境湿度的测量精度要求也越来越高，尤其是高空气象探测领域中湿度探测受到了人们越来越多的重视。目前国内外的一些探空湿度传感器在技术上仍然存在一些问题，主要的问题是测量精度不够：一方面，由于高空环境恶劣，环境温度非常低，一般处在-90～-15℃，典型温度为-50℃，这使得探空湿度传感器表面在雨天或者入云和出云时容易结露，甚至结冰，从而导致探空湿度传感器不能工作；另一方面，探空的过程中，湿度传感器容易受到太阳辐射的影响，太阳辐射会导致湿度传感器表面的饱和水汽压升高，从而影响湿度传感器的测量精确度，导致测量结果出现偏干误差。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种探空湿度传感器、制备方法、探空湿度测量系统及测量方法，解决探空湿度传感器在高空低温等恶劣环境下容易出现结露结冰的现象，同时从根本上消除太阳辐射的影响；进一步的，提高了探空湿度传感器的测量精确度。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种探空湿度传感器，包括自下而上设置的衬底层、感湿层和过滤层，所述衬底层和感湿层之间设置有恒温层，所述恒温层包括自下而上设置的第一绝缘层、加热板、微流控装置，所述微流控装置包括蛇形管道、第二绝缘层和微流泵，所述蛇形管道设置在第二绝缘层的下表面且蛇形管道的末端连接微流泵，所述蛇形管道内置有液体。优选，所述加热板为回环形加热板且为铂金属加热板。优选，所述感湿层包括氧化石墨烯层和叉指电极，所述叉指电极设置在氧化石墨烯层的上表面。优选，蛇形管道的内部注满水，所述第一绝缘层和第二绝缘层为二氧化硅层。优选，所述过滤层为过滤网，所述探空湿度传感器还包括相连的温度传感器A和单片机，所述温度传感器A设置在过滤网的上表面，所述单片机与加热板相连。一种探空湿度测量系统，包括支架和设置在支架上的支架，所述支架顶部设置有湿度传感器、温度传感器B和温度传感器C，所述温度传感器B和温度传感器C分别设置在湿度传感器的两侧，所述湿度传感器、温度传感器B和温度传感器C分别通过通信模块与地面接收系统相连，所述湿度传感器采用上述任意一项所述的探空湿度传感器。一种探空湿度传感器的制备方法，包括如下步骤：S1、采用晶体硅作为衬底材料，将衬底材料进行氧化处理，使衬底表面生成一层二氧化硅层，形成第一绝缘层；S2、在第一绝缘层的表面制备回环形加热板；S3、制备第二绝缘层，即二氧化硅层；S4、在第二绝缘层的下表面制备蛇形管道，在蛇形管道的末端连接一个微流泵，并在蛇形管道的内部注满水；S5、在所述第二绝缘层的上表面制备叉指电极；S6、对第二绝缘层的上表面继续进行镂空处理；S7、将感湿材料氧化石墨烯覆盖在第二绝缘层的上表面，其中，感湿材料氧化石墨烯包裹住叉指电极形成感湿层；S8、在感湿层的上表面采用蒸金工艺制备出多孔的过滤网。一种探空湿度测量方法，包括如下步骤：步骤一：温度传感器A实时测量湿度传感器的表面温度T0，并将结果传输给单片机，单片机将T0与预设的温度T进行比较，若T0<T，则单片机提高加热板的加热功率对湿度传感器进行加热；若T0>T,则单片机降低加热板的加热功率对湿度传感器进行加热，使湿度传感器表面的温度维持在T；步骤二：湿度传感器以采样周期T采对湿度进行采集，得到相对湿度RH0并将结果传输给单片机；步骤三：根据饱和水汽压和温度的关系曲线，找到T0温度下对应的饱和水气压P0；步骤四：计算空气中的实际水汽压Pr＝RH0×P0；步骤五：通过湿度传感器两侧支架架起的温度传感器B和C测得的数据求平均值，得到高空大气的平均温度T1；步骤六：根据饱和水汽压和温度的关系曲线，找到T1温度下对应的饱和水气压P1；步骤七：根据相对湿度的公式得到修正后的相对湿度为：步骤八：单片机将接收到的修正后的相对湿度传输给地面接收系统模块。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的回环式加热器采用铂金属材料，制备工艺简单易于实现，在加热板的上表面覆盖有采用微流控装置制备的一层可以流动的导热性强的液体薄膜管道，根据液体的流动性可以使得物体加热均匀这一性质，从而排除了感湿层由于受热不均而造成的测量误差，使得测量更加的精确、可靠。2、本专利技术的恒温层能够将湿度传感器的温度控制在一个预先设定好的恒定温度，实现了湿度传感器温度的可控性，在高空低温的恶劣环境下，有效的排除了湿度传感器表面易结冰结露的现象，避免了湿度传感器由于表面结冰结露现象而引起的测量误差，同时对湿度传感器起到了一个很好的保护作用，此外，太阳辐射的影响也被完全排除，使得湿度传感器的测量结果更加的精确、可靠。3、本专利技术的感湿层采用高分子薄膜氧化石墨烯作为感湿材料，与传统的感湿材料(比如聚酰亚胺)相比，氧化石墨烯湿敏传感器具有更高的灵敏度、响应速度更快、滞后性小且重复性好。4、本专利技术的加热电级采用叉指结构，即正负电极板的叉指状电极相对交错设置，感湿材料包裹着叉指电极，使得感湿材料的体积增大，从而增加了有效湿敏电容，减少了寄生电容，提高了湿度传感器的灵敏度。附图说明图1是本专利技术一种探空湿度传感器的结构示意图；图2是本专利技术微流控装置的结构示意图；图3是本专利技术探空湿度传感器的顶部横截面示意图；图4是本专利技术一种探空湿度测量系统的结构示意图；图5是本专利技术一种探空湿度测量系统实施例的硬件电路图；图6是本专利技术探空湿度测量方法的流程图；附图的标记含义如下：1：衬底层；2：第一绝缘层；3：回环形加热板；4：微流控装置；41：蛇形管道；42：第二绝缘层；43：微流泵；5：氧化石墨烯层；6：叉指电极；7：过滤层；8：湿度传感器；9：支架；10：支架底座；11：导线。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。如图1-6所示，一种探空湿度传感器，包括自下而上设置的衬底层、感湿层和过滤层(过滤层可设置为过滤网)，所述衬底层和感湿层之间设置有恒温层，所述恒温层包括自下而上设置的第一绝缘层、加热板、微流控装置，所述微流控装置包括蛇形管道、第二绝缘层和微流泵，所述蛇形管道设置在第二绝缘层的下表面且蛇形管道的末端连接微流泵，所述蛇形管道内置有液体，比如，蛇形管道的内部注满水。本专利技术提供了一种高精度的加热式恒温探空湿度传感器，通过将湿度传感器表面温度控制在一个比高空中液体结冰临界点温度高些的恒定温度的方法，提高了探空湿度传感器的测量精确度以及对低温等恶劣环境的适应性，同时也消除了太阳辐射的影响。优选，所述衬底采用晶体硅来制备，所述第一绝缘层以及第二绝缘层采用晶体硅的氧化物二氧化硅来制备，即所述第一绝缘层和第二绝缘层为二氧化硅层。所述感湿层采用高分子薄膜感湿材料氧化石墨烯制备。优选，加热板为回环形加热板且为铂金属加热板，加热板的一端引出两个电极，通过外接电源供电使得加热板工作实现对湿度传感器的加热，从而将湿度传感器表面的温度控制在一个恒定值。所述感湿层包括氧化石墨烯层和叉指电极，所述叉指电极设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探空湿度传感器，包括自下而上设置的衬底层(1)、感湿层和过滤层(7)，其特征在于，所述衬底层(1)和感湿层之间设置有恒温层，所述恒温层包括自下而上设置的第一绝缘层(2)、加热板、微流控装置(4)，所述微流控装置(4)包括蛇形管道(41)、第二绝缘层(42)和微流泵(43)，所述蛇形管道(41)设置在第二绝缘层(42)的下表面且蛇形管道(41)的末端连接微流泵(43)，所述蛇形管道(41)内置有液体。

【技术特征摘要】
1.一种探空湿度传感器，包括自下而上设置的衬底层(1)、感湿层和过滤层(7)，其特征在于，所述衬底层(1)和感湿层之间设置有恒温层，所述恒温层包括自下而上设置的第一绝缘层(2)、加热板、微流控装置(4)，所述微流控装置(4)包括蛇形管道(41)、第二绝缘层(42)和微流泵(43)，所述蛇形管道(41)设置在第二绝缘层(42)的下表面且蛇形管道(41)的末端连接微流泵(43)，所述蛇形管道(41)内置有液体。2.根据权利要求1所述的一种探空湿度传感器，其特征在于，所述加热板为回环形加热板(3)且为铂金属加热板。3.根据权利要求1所述的一种探空湿度传感器，其特征在于，所述感湿层包括氧化石墨烯层(5)和叉指电极(6)，所述叉指电极(6)设置在氧化石墨烯层(5)的上表面。4.根据权利要求3所述的一种探空湿度传感器，其特征在于，蛇形管道(41)的内部注满水，所述第一绝缘层(2)和第二绝缘层(42)为二氧化硅层。5.根据权利要求3所述的一种探空湿度传感器，其特征在于，所述过滤层(7)为过滤网，所述探空湿度传感器还包括相连的温度传感器A和单片机，所述温度传感器A设置在过滤网的上表面，所述单片机与加热板相连。6.一种探空湿度测量系统，包括支架(10)和设置在支架(10)上的支架(9)，所述支架(9)顶部设置有湿度传感器(8)、温度传感器B和温度传感器C，所述温度传感器B和温度传感器C分别设置在湿度传感器(8)的两侧，所述湿度传感器(8)、温度传感器B和温度传感器C分别通过通信模块与地面接收系统相连，其特征在于，所述湿度传感器(8)采用权利要求1-5任意一项所述的探空湿度传感器(8)。7.一种探空湿度传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用晶体硅作为衬底材料，将衬底材料进行氧化处理，使衬底表面生成一层二氧化硅层，形成第一绝缘层(2)；S2、在第一绝缘层(2)的表面制备回环形加热板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张加宏，谢丽君，冒晓莉，单鹏，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32