温湿度传感器及温湿度测量方法技术

温湿度传感器及温湿度测量方法，涉及温湿度传感技术领域。本发明专利技术的目的是为了解决现有的温湿度传感器难于兼顾集成度高、体积小巧和精度高、稳定性好的问题。本发明专利技术包括探头、参考电路、集成电路、控制电路、模数转换电路和采集电路。逐级跃变、正反方向交变的测试电流流过Pt100薄膜铂电阻器，其电压通过采样电流测量，通过插值法及标度变换得到温度。湿度传感器具有自校准功能，湿度测量探头通过反向高频脉冲充放电并积分后转换成与容值成正比的噪声电压。该温湿度传感器兼顾体积小巧、集成度高、精度高及稳定性好的特点。度高及稳定性好的特点。度高及稳定性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
温湿度传感器及温湿度测量方法


[0001]本专利技术涉及湿度传感器及其测量方法，涉及温湿度传感


技术介绍

[0002]温度、湿度参数是环境参数中的重要监测指标，对于设备运行安全、精密检测与控制、气象探测及人员生命保障等方面不可或缺。也是传感器领域中开展研究最早、最广泛的

[0003]目前业界现有大部体积小巧、集成度高的温湿度传感器在工业、家居等领域应用较多，但性能稳定性方面仍存在缺陷，难以应用于对精度及稳定性要求高的
部分温湿度传感器虽具有精度高、稳定性好等特点，但集成度较差，体积庞大，难以应用于空间受限的测试环境。
[0004]基于以上原因，设计研发体积小巧、集成度高、精度高且稳定性好的温湿度传感器十分必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有的温湿度传感器难于兼顾集成度高、体积小巧和精度高、稳定性好的问题，提出了温湿度传感器及温湿度测量方法。
[0006]温湿度传感器，所述传感器包括探头、参考电路、集成电路、控制电路、模数转换电路和采集电路；
[0007]探头包括温度测量探头和湿度测量探头；
[0008]参考电路包括温度参考单元和湿度参考单元；
[0009]集成电路包括电阻检测电路和电容检测电路；
[0010]控制电路包括处理器，处理器，用于控制温度测量探头和温度参考单元的切换，并控制电阻检测电路输出正反方向多电流交变的激励脉冲信号给温度参考单元和温度测量探头，还用于解调模数转换电路产生的温度参考数字电压信号得到参考温度，解调模数转换电路产生的温度测量数字电压信号得到实际环境温度；
[0011]还用于控制湿度测量探头和湿度参考单元的切换，并控制电容检测电路输出两路相位相反的激励脉冲信号给湿度测量探头和湿度参考单元，还用于解调采集电路产生的湿度参考数字电压信号得到参考湿度，解调采集电路产生的湿度测量数字电压信号得到实际环境湿度；
[0012]温度参考单元，用于接收到处理器输出的切换信号后，接收电阻检测电路输出的正反方向多电流交变的激励脉冲信号，输出温度参考电流信号传送给电阻检测电路；
[0013]温度测量探头，用于接收处理器输出的切换信号后，接收电阻检测电路输出的正反方向多电流交变的激励脉冲信号后，进行测温，得到温度的采样电流信号传送给电阻检测电路；
[0014]电阻检测电路，用于接收处理器的控制，输出正反方向多电流交变的激励脉冲信
号给温度测量探头和温度参考单元，还用于用温度参考单元输出的温度参考电流信号校准温度测量探头输出的温度的采样电流信号，得到校准后的温度电流信号，将校准后的温度电流信号转换成温度模拟电压信号送入模数转换电路；
[0015]模数转换电路，用于将温度模拟电压信号转换成温度测量数字电压信号传送给处理器；
[0016]湿度参考单元，还用于接收到处理器输出的切换信号后，接收电容检测电路输出的两路相位相反的激励脉冲信号，输出湿度参考电流信号传送给电容检测电路；
[0017]湿度测量探头，用于接收处理器输出的切换信号后，接收电容检测电路输出的两路相位相反的激励脉冲信号后，进行测湿，得到湿度的采样电流信号传送给电容检测电路；
[0018]电容检测电路，用于接收处理器的控制，输出两路相位相反的激励脉冲信号给湿度测量探头和湿度参考单元，还用于用湿度参考单元输出的湿度参考电流信号校准湿度测量探头输出的湿度的采样电流信号，得到校准后的湿度电流信号，将校准后的湿度电流信号转换成湿度模拟电压信号送入采集电路；
[0019]采集电路，用于将湿度模拟电压信号转换成湿度测量数字电压信号送入处理器。
[0020]根据温湿度传感器实现的温湿度测量方法，所述方法包括以下步骤：
[0021]温度测量过程为：
[0022]步骤1、处理器先向温度参考单元发出切换信号后，温度参考单元接收正反方向多电流交变的激励脉冲信号后，输出温度参考电流信号；
[0023]步骤2、处理器再向温度测量探头发出切换信号后，温度测量探头接收正反方向多电流交变的激励脉冲信号后，输出温度测量电流信号；
[0024]步骤3、用温度参考单元输出的温度参考电流信号校准温度测量探头输出的温度的采样电流信号，得到校准后的温度电流信号，将温度模拟电压信号转换成温度测量数字电压信号传送给处理器，利用处理器对温度测量数字电压信号解调得到实际环境湿度。
[0025]湿度测量过程为：
[0026]步骤一、处理器先向湿度参考单元发出切换信号后，湿度参考单元接收两路相位相反的激励脉冲信号后，输出湿度参考电流信号；
[0027]步骤二、处理器再向湿度测量探头发出切换信号后，接收双向模拟开关输出的两路相位相反的激励脉冲信号后，输出湿度测量电流信号；
[0028]步骤三、用湿度参考单元输出的湿度参考电流信号校准湿度测量探头输出的湿度的采样电流信号，得到校准后的湿度电流信号，将校准后的湿度电流信号转换成湿度模拟电压信号，将湿度模拟电压信号转换成湿度测量数字电压信号送入处理器，利用处理器对湿度测量数字电压信号解调得到实际环境湿度。
[0029]本专利技术的有益效果是：
[0030]本申请提供了一种温湿度传感器及温湿度测量方法，该温湿度传感器改善了业界现有大部分小型集成化的温湿度传感器精度及稳定性方面的不足，高精度、高稳定性温湿度传感器体积庞大、应用受限的问题。
[0031]本申请针对现有小型集成化的温湿度传感器精度、稳定性不足，高精度、高稳定性温湿度传感器体积庞大、难于应用空间受限环境的问题，提出改进方案。温度传感部分，上电时通过温度参考单元对温度测量探头进行校准，正反方向交变的测试电流流过温度测量
探头，温度测量探头的电压通过采样电流进行测量，结合查表和线性插值法进行标度变换，确保高精度温度测量的实现。在消除自热设计方面，采用了多电流激励，能够取得良好的消除效果(即采用处理器控制选择切换开关输出正反方向多电流交变的激励脉冲信号来消除温度测量探头的自热)，在保证温度高精度测量的设计方面具有较高的冗余度。湿度传感部分，设计了具有自校准功能的低噪声测试电路，上电时通过处理器控制将湿度上限校准电容、湿度下限校准电容及湿度补偿校准电容接入电路，对湿度测量探头进行校准。湿度测量探头选用的高分子电容湿度敏感元件在不同湿度环境下，容值变化范围大，精度高。采用处理器控制双向模拟开关对湿度测量探头同时施加相位相反的高精度脉冲激励信号，信号以相反时序给湿度测量探头充放电后，经过积分滤波器，二号低通滤波器转换成与电容容值成正比的电压输出。集成电路部分，采用系统级封装技术提高了温湿度传感器的测量精度同时减小了传感器体积。湿度测量探头，采用保护绝缘层对电极保护，可避免高湿环境下感湿介质膜过大导通失效问题，保证了长期工作的稳定性与可靠性。
附图说明
[0032]图1为温湿度传感器整体组成示意图；
[0033]图2为电阻检测电路的原理示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.温湿度传感器，其特征在于，所述传感器包括探头(1)、参考电路(2)、集成电路(3)、控制电路(4)、模数转换电路和采集电路；探头(1)包括温度测量探头(1
‑
1)和湿度测量探头(1
‑
2)；参考电路(2)包括温度参考单元(2
‑
1)和湿度参考单元(2
‑
2)；集成电路(3)包括电阻检测电路(3
‑
1)和电容检测电路(3
‑
2)；控制电路(4)包括处理器(4
‑
1)，处理器(4
‑
1)，用于控制温度测量探头(1
‑
1)和温度参考单元(2
‑
1)的切换，并控制电阻检测电路(3
‑
1)输出正反方向多电流交变的激励脉冲信号给温度参考单元(2
‑
1)和温度测量探头(1
‑
1)，还用于解调模数转换电路产生的温度参考数字电压信号得到参考温度，解调模数转换电路产生的温度测量数字电压信号得到实际环境温度；还用于控制湿度测量探头(1
‑
2)和湿度参考单元(2
‑
2)的切换，并控制电容检测电路(3
‑
2)输出两路相位相反的激励脉冲信号给湿度测量探头(1
‑
2)和湿度参考单元(2
‑
2)，还用于解调采集电路产生的湿度参考数字电压信号得到参考湿度，解调采集电路产生的湿度测量数字电压信号得到实际环境湿度；温度参考单元(2
‑
1)，用于接收到处理器(4
‑
1)输出的切换信号后，接收电阻检测电路(3
‑
1)输出的正反方向多电流交变的激励脉冲信号，输出温度参考电流信号传送给电阻检测电路(3
‑
1)；温度测量探头(1
‑
1)，用于接收处理器(4
‑
1)输出的切换信号后，接收电阻检测电路(3
‑
1)输出的正反方向多电流交变的激励脉冲信号后，进行测温，得到温度的采样电流信号传送给电阻检测电路(3
‑
1)；电阻检测电路(3
‑
1)，用于接收处理器(4
‑
1)的控制，输出正反方向多电流交变的激励脉冲信号给温度测量探头(1
‑
1)和温度参考单元(2
‑
1)，还用于用温度参考单元(2
‑
1)输出的温度参考电流信号校准温度测量探头(1
‑
1)输出的温度的采样电流信号，得到校准后的温度电流信号，将校准后的温度电流信号转换成温度模拟电压信号送入模数转换电路；模数转换电路，用于将温度模拟电压信号转换成温度测量数字电压信号传送给处理器；湿度参考单元(2
‑
2)，还用于接收到处理器(4
‑
1)输出的切换信号后，接收电容检测电路(3
‑
2)输出的两路相位相反的激励脉冲信号，输出湿度参考电流信号传送给电容检测电路(3
‑
2)；湿度测量探头(1
‑
2)，用于接收处理器(4
‑
1)输出的切换信号后，接收电容检测电路(3
‑
2)输出的两路相位相反的激励脉冲信号后，进行测湿，得到湿度的采样电流信号传送给电容检测电路(3
‑
2)；电容检测电路(3
‑
2)，用于接收处理器(4
‑
1)的控制，输出两路相位相反的激励脉冲信号给湿度测量探头(2
‑
1)和湿度参考单元(2
‑
2)，还用于用湿度参考单元(2
‑
2)输出的湿度参考电流信号校准湿度测量探头(1
‑
2)输出的湿度的采样电流信号，得到校准后的湿度电流信号，将校准后的湿度电流信号转换成湿度模拟电压信号送入采集电路；采集电路，用于将湿度模拟电压信号转换成湿度测量数字电压信号送入处理器(4
‑
1)。2.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其特征在于，湿度参考单元(2
‑
2)由湿度上限校准电容、湿度下限校准电容和湿度补偿校准电容组成，湿度补偿电容用于接收到两路相
位相反的激励脉冲信号后，对湿度测量探头(1
‑
2)输出的湿度的采样电流信号进行校准，湿度上限校准电容和湿度下限校准电容用于接收到两路相位相反的激励脉冲信号后，分别对湿度测量探头(1
‑
2)输出的湿度的采样电流信号的量程上下限进行校准。3.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其特征在于，电阻检测电路(3
‑
1)包括一号低通滤波器(3
‑1‑
1)、选择切换开关(3
‑1‑
2)和恒流源(3
‑1‑
3)，恒流源(3
‑1‑
3)，用于向选择切换开关(3
‑1‑
2)提供电流；选择切换开关(3
‑1‑
2)，用于接收处理器(4
‑
1)的控制，将恒流源输出的电流转换成两路正反方向多电流交变的激励脉冲信号给温度测量探头(1

【专利技术属性】
技术研发人员：唐胜武，孙滨超，乔路，张宪，柳宏涛，李宝生，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十九研究所，
类型：发明
国别省市：