一种定频湿度测量系统和方法以及可读存储介质技术方案

本发明专利技术提供一种定频湿度测量系统。该系统通过改变电容测量电路的结构和控制时序，使用固定测量频率对湿敏电容器进行测量，解决了在传统的振荡电路测量过程中因频率改变而产生的测量误差，同时积分器还具有抑制对地分布电容的能力，尤其适合探空过程中传感器支架分布电容较大的工作环境。本发明专利技术提供的湿度测量系统的静态和动态测量误差小，能够满足湿度观测需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种定频湿度测量系统和方法以及可读存储介质


[0001]本专利技术涉及气象探测
，尤其涉及一种定频湿度测量系统、一种定频湿度测量系统方法，以及可读存储介质。

技术介绍

[0002]气象探测是获取气象要素的重要手段，通常被用于观测地面至数十千米的温度、湿度、风速、风向、气压的垂直分布数据。在气象探测的众多要素中，湿度因其在天气预报和气候监测等方面有着十分重要的作用，在气象探测领域占有不可或缺的地位。与静止的地面湿度观测设备不同，定频湿度测量系统是被安装在探空气球之上，由电池供电驱动且会随探空气球破裂失效的一种特殊湿度测量系统，对系统的体积、重量、功耗和成本都有着极高的要求。同时，湿度传感器的工作环境会随着探空仪升空发生快速变化，对湿度测量的响应速度与测量准确度亦有极高的要求，因此有必要对定频湿度测量系统进行针对性的设计。
[0003]湿度敏感元件是定频湿度测量系统的关键部件，通常为湿敏电容器或湿敏电阻器。因为湿敏电容器的准确度比湿敏电阻器的准确度更高，测量范围更大，响应时间更短，因此受到了工程和学术领域的广泛关注，是目前业界主流的湿度敏感元件。如何对湿敏电容器的容值进行高效准确的测量，从而测定湿度是目前气象探测的一个重要课题。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术实施例提供一种定频湿度测量系统、一种定频湿度测量系统方法，以及可读存储介质。
[0005]根据第一方面，本专利技术提供一种定频湿度测量系统，其特征在于，所述系统包括：
[0006]逻辑控制模块，用于输出时序控制信号；
[0007]定频积分模块，连接所述逻辑控制模块，用于根据所述逻辑控制模块输出的时序控制信号以固定频率测量湿敏电容的容值，获得湿敏电容积分波形图；
[0008]容值转换模块，连接所述定频积分模块和所述逻辑控制模块，用于将所述定频积分模块输出的湿敏电容积分波形图转换为占空比与所述湿敏电容的容值相关的方波信号，并将所述方波信号输出给所述逻辑控制模块；
[0009]其中，所述逻辑控制模块根据所述容值转换模块输出的所述方波信号计算所述湿敏电容的容值，进而根据所述湿敏电容的容值测算湿度。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，上述系统还包括：
[0011]温度补偿模块，用于测定表征所述湿敏电容所处的环境温度的直流电信号；
[0012]模数转换模块，连接所述温度补偿模块和所述逻辑控制模块，用于将所述温度补偿模块输出的电信号转换为相应的数字信号，并提供给所述逻辑控制模块，以供所述逻辑控制模块在根据所述容值转换模块输出的所述方波信号计算所述湿敏电容的容值时进行温度补偿，然后根据补偿后的所述湿敏电容的容值测算湿度。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，上述湿敏电容积分波形图为频率恒定、幅度变化的周期性三角波形图。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，上述方波信号的频率恒定、占空比随所述湿敏电容的容值线性变化。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，上述定频积分模块包括：第一四通道模拟开关和第二四通道模拟开关、第一运算放大器和第二运算放大器、积分电阻和湿敏电容；
[0016]其中，所述第一四通道模拟开关和第二四通道模拟开关的各自的通道控制端作为所述定频积分模块的输入端，连接所述逻辑控制模块的时序控制信号输出端，所述第一四通道模拟开关的第一和第二输入端分别接收正基准电压和负基准电压，所述第一四通道模拟开关的第三和第四输入端分别接地，所述第一四通道模拟开关的输出端连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的输出端通过所述积分电阻连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的同相输入端接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二四通道模拟开关的输出端，所述第二四通道模拟开关的第一和第二输入端悬空，所述第二四通道模拟开关的第三和第四输入端连接所述第一运算放大器的输出端，所述湿敏电容跨接在所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；所述第二运算放大器的输出端作为所述定频积分模块的输出端，连接所述容值转换模块的输入端。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，上述系统还可以包括基准电压模块，连接所述定频积分模块和所述容值转换模块，用于为所述定频积分模块和所述容值转换模块提供满足预设条件的基准电压。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，上述预设条件包括：在所述定频积分模块的工作周期内，所述基准电压模块的温漂小于给定阈值。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，上述容值转换模块包括比较器电路，所述比较器电路包括PWM分压器和比较器；其中，所述比较器的第一输入端作为所述容值转换模块的输入端，连接所述定频积分模块的输出端，所述比较器的第二输入端连接所述PWM分压器的输出端，所述PWM分压器的输入端连接所述基准电压模块的输出端，所述比较器的输出端作为所述容值转换模块的输出端，连接所述逻辑控制模块的输入端。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述PWM分压器包括Mos晶体管和第三运算放大器，所述Mos晶体管的漏级与所述基准电压模块的输出端连接，栅极与所述逻辑控制模块的PWM信号输出端连接，源极通过三个串联的电阻连接所述第三运算放大器的同相端，其中靠近所述Mos晶体管的两个所述电阻之间的节点通过第一中间电容接地，所述第三运算放大器的同相端通过第二中间电容接地，所述第三运算放大器的反相端通过第三中间电容连接靠近所述第三运算放大器的两个所述电阻之间的节点；所述第三运算放大器的输出端与反相端相连，并作为所述PWM分压器的输出端连接至作为所述比较器的运算放大器的同相端，该运算放大器的反相端连接所述定频积分模块的输出端，该运算放大器的输出端作为所述容值转换模块的输出端，连接所述逻辑控制模块的输入端。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，上述逻辑控制电路中预存有容量
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温度
‑
湿度标准表，以供所述逻辑控制电路根据接收的所述数字信号，通过查找所述容量
‑
温度
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湿度标准表和线性插值计算，测算出湿度。
[0022]第二方面，本专利技术还提供一种利用上述系统进行定频湿度测量的方法，所述方法包括以下步骤：
[0023]根据测量湿敏电容的容值，确定定频积分模块的工作周期；在具体实施时，例如根据湿敏电容数据表所推荐的数值来确定定频积分模块的工作周期。
[0024]控制逻辑控制模块于每个工作周期内输出相应的时序控制信号给定频积分模块，使得定频积分模块在每个工作周期内完成对湿敏电容的充电和放电，以实现对湿敏电容的周期性测量，获得湿敏电容积分波形图；
[0025]根据所述湿敏电容积分波形图测算湿度；
[0026]其中，通过将所述湿敏电容积分波形图转换为占空比与所述湿敏电容的容值相关的方波信号来测算湿度。
[0027]在本专利技术的一个实施例中，上述控制逻辑控制模块于每个工作周期内输出相应的时序控制信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定频湿度测量系统，其特征在于，所述系统包括：逻辑控制模块，用于输出时序控制信号；定频积分模块，连接所述逻辑控制模块，用于根据所述逻辑控制模块输出的时序控制信号以固定频率测量湿敏电容的容值，获得湿敏电容积分波形图；容值转换模块，连接所述定频积分模块和所述逻辑控制模块，用于将所述定频积分模块输出的湿敏电容积分波形图转换为占空比与所述湿敏电容的容值相关的方波信号，并将所述方波信号输出给所述逻辑控制模块；其中，所述逻辑控制模块根据所述容值转换模块输出的所述方波信号计算所述湿敏电容的容值，并根据所述湿敏电容的容值测算高空湿度。2.根据权利要求1所述的定频湿度测量系统，其特征在于，所述系统还包括：温度补偿模块，用于测定表征所述湿敏电容所处的环境温度的直流电信号；模数转换模块，连接所述温度补偿模块和所述逻辑控制模块，用于将所述温度补偿模块输出的电信号转换为相应的数字信号，并提供给所述逻辑控制模块，以供所述逻辑控制模块在根据所述容值转换模块输出的所述方波信号计算所述湿敏电容的容值时进行温度补偿，然后根据补偿后的所述湿敏电容的容值测算湿度。3.根据权利要求1或2所述的定频湿度测量系统，其特征在于，所述湿敏电容积分波形图为频率恒定、幅度变化的周期性三角波形图；所述方波信号的频率恒定、占空比随所述湿敏电容的容值线性变化。4.根据权利要求1所述的定频湿度测量系统，其特征在于，所述定频积分模块包括：第一四通道模拟开关和第二四通道模拟开关、第一运算放大器和第二运算放大器、积分电阻和湿敏电容；其中，所述第一四通道模拟开关和第二四通道模拟开关的各自的通道控制端作为所述定频积分模块的输入端，连接所述逻辑控制模块的时序控制信号输出端，所述第一四通道模拟开关的第一和第二输入端分别接收正基准电压和负基准电压，所述第一四通道模拟开关的第三和第四输入端分别接地，所述第一四通道模拟开关的输出端连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的输出端通过所述积分电阻连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的同相输入端接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二四通道模拟开关的输出端，所述第二四通道模拟开关的第一和第二输入端悬空，所述第二四通道模拟开关的第三和第四输入端连接所述第一运算放大器的输出端，所述湿敏电容跨接在所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；所述第二运算放大器的输出端作为所述定频积分模块的输出端，连接所述容值转换模块的输入端。5.根据权利要求1或2所述的定频湿度测量系统，其特征在于，所述系统还包括：基准电压模块，连接所述定频积分模块和所述容值转换模块，用于为所述定频积分模块和所述容值转换模块提供满足预设条件的基准电压；其中，所述预设条件包括：在所述定频积分模块的工作周期内，所述基准电压模块的温漂小于给定阈值。6.根据权利要求5所述的定频湿度测量系统，其特征在于，所述容值转换模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李哲，周强，任海富，包坤，刘钧，
申请(专利权)人：华云升达北京气象科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：