一种湿度传感器的测量电路及方法技术

本发明专利技术提供一种湿度传感器的测量电路及方法，湿度传感器的测量电路包括：湿度检测电路，与所述湿敏元件连接，用于将所述湿敏元件的电容信号转换为频率信号；温度测量电路，与所述加热元件连接，用于测量所述加热元件的温度信号；温度控制电路，与所述加热元件连接，用于控制所述加热元件；主控电路，与所述湿度检测电路、所述温度测量电路、所述温度控制电路连接，用于根据所述频率信号生成湿度信息，以及根据所述温度信号生成加热控制信号，以使所述加热元件根据所述加热控制信号工作。本发明专利技术能够实现通过单加热电容式湿度传感器使敏感元件脱湿，减少湿度传感器低温、高湿情况下的响应时间，对湿度传感器直接测温规避太阳辐射加热问题。加热问题。加热问题。

【技术实现步骤摘要】
一种湿度传感器的测量电路及方法


[0001]本专利技术涉及气象探测
，尤其涉及一种湿度传感器的测量电路及方法。

技术介绍

[0002]高空气象探测是大气科学气象监测中重要组成部分，获取准确、可靠的高空气象数据具有重要的科学意义与实用价值。其中，大气湿度是气象观测中最重要的要素之一。在高空气象探测业务中，吸附式的电容式湿度传感器因其具有小体积、低重量、低功耗、低成本的优势成为高空湿度测量重点研究方向。
[0003]在高空气象湿度探测有以下几个主要特点：温度变化范围大，从地面约30℃到高空
‑
70℃；湿度变化范围大，在云层相对湿度可达100％RH，在2万米高的平流层湿度小于3％RH；在以探空仪、气象飞机为手段的探测方法中，气象探测设备处在飞行过程中，为达到足够的空间分辨率，获取真实有效的湿度值，需要传感器具有极快的响应时间。综上，在设计高空湿度探测设备时，需要着重考虑的问题有：湿度传感器及系统温度补偿，湿度传感器的测量范围，湿度传感器响应时间等核心问题。
[0004]目前，国际气象行业在探空仪业务中以芬兰维萨拉RS92、RS41为行业标准。维萨拉上一代探空仪RS92在以高分子材料聚酰亚胺为感湿材料的湿敏传感器上实现的双加热法湿度测量，提升了传感器在低温环境下的测试性能，采用加热方案也更好地解决了高空探测过程中的结露结霜问题。但由于双加热法使用两支湿度传感器，该方案对两个传感器的一致性提出很高要求，且对两个湿度传感器数据的融合算法复杂。因此，维萨拉在新一代湿度探空仪RS41使用单加热湿度测量方法，解决了由于太阳辐射造成的温度误差问题，提升传感器的响应速度，进一步提升了湿度测量性能，同时也回避了双加热法的缺陷。
[0005]国内对聚酰亚胺材料的湿度传感器的结构设计、材料选择方面等均展开研究，积累了一定的技术经验，但产业化程度远远不足，在气象业务中使用的高空湿度敏感元件依赖进口。在湿度测量方法上，主要以不加热和双加热法为主，对单加热法的湿度测量方法尚未展开深入研究。
[0006]与双加热湿度湿敏芯片对比，单加热型湿敏芯片集成了温度传感器。其中，温度传感器集成方案又可分为两种，第一种方法是在加热式湿敏芯片中另外集成温度敏感单元；第二种方法是将加热式湿敏芯片中的加热电阻丝使用热敏材料，加热电阻丝同时承担测温和加热功能。
[0007]本领域亟需解决通过加热电容式湿度传感器使敏感元件脱湿，减少湿度传感器低温、高湿情况下的响应时间，规避太阳辐射加热对湿度测量的影响的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种湿度传感器的测量电路及方法，能够实现通过单加热电容式湿度传感器使敏感元件脱湿，减少湿度传感器低温、高湿情况下的响应时间，规避太阳辐射加热对湿度测量的影响。
[0009]第一方面，本专利技术提供一种湿度传感器的测量电路，所述湿度传感器包括湿敏元件和加热元件，所述湿度传感器的测量电路包括：
[0010]湿度检测电路，与所述湿敏元件连接，用于将所述湿敏元件的电容信号转换为频率信号；
[0011]温度测量电路，与所述加热元件连接，用于测量所述加热元件的温度信号；
[0012]温度控制电路，与所述加热元件连接，用于控制所述加热元件的温度；
[0013]主控电路，与所述湿度检测电路、所述温度测量电路、所述温度控制电路连接，用于根据所述频率信号生成湿度信息，以及根据所述温度信号生成加热控制信号，以使所述加热元件根据所述加热控制信号工作。
[0014]在一些实现方式中，所述湿敏元件包括电容式湿敏元件，所述加热元件包括加热与测温一体的感温电阻，所述电容式湿敏元件与感温电阻集成在所述湿度传感器中。
[0015]在一些实现方式中，所述湿度检测电路包括振荡电路。
[0016]在一些实现方式中，所述湿度检测电路包括：
[0017]计时器，输入端连接所述湿敏元件，输出端连接所述主控电路，所述计时器用于将所述湿敏元件的电容信号转换为频率信号；
[0018]第一电阻，一端连接所述计时器的复位端；
[0019]第二电阻，一端连接所述计时器的输入端，所述第二电阻另一端与所述第一电阻另一端连接，并连接至所述计时器的放电端。
[0020]在一些实现方式中，所述温度控制电路包括：
[0021]测量电阻，一端与所述加热元件连接；
[0022]数模转换器，与所述主控电路连接，对所述加热控制信号进行数模转换；
[0023]运算放大器，同相输入端连接所述数模转换器的输出端，反相输入端及输出端连接所述测量电阻另一端，用于对所述加热控制信号进行放大，放大后的所述加热控制信号经所述测量电阻送至所述加热元件。
[0024]在一些实现方式中，所述温度测量电路包括：
[0025]第一采样电路，用于采集所述加热元件的电压信号；
[0026]第二采样电路，用于采集所述测量电阻的电压信号；
[0027]模数转换电路，输入端与所述第一采样电路、所述第二采样电路的输出端连接，所述模数转换电路的输出端连接所述主控电路，将所述测量电阻的电压信号和所述加热元件上的电压信号作为测量到的所述加热元件的温度信号送至所述主控电路，以使所述主控电路基于所述测量电阻的电压信号和所述加热元件的电压信号生成所述加热元件的温度信息，并基于所述温度信息生成加热控制信号。
[0028]在一些实现方式中，所述第一采样电路包括：
[0029]第三电阻，一端连接至所述加热元件与所述测量电阻之间，另一端连接至所述模数转换电路的输入端；
[0030]第四电阻，一端接地，另一端连接至所述模数转换电路的输入端；
[0031]第一电容，一端连接至所述第三电阻与所述模数转换电路的连接线上；
[0032]第二电容，一端接地，另一端连接至所述第三电阻与所述模数转换电路的连接线上；
[0033]第三电容，一端与所述第二电容的一端共同接地，另一端连接所述第一电容的另一端，且所述第四电阻的另一端连至所述第一电容与所述第三电容的连接线，再连接至所述模数转换电路的输入端。
[0034]在一些实现方式中，所述第二采样电路，包括：
[0035]第五电阻，一端连接至所述测量电阻的另一端，另一端连接至所述模数转换电路的输入端；
[0036]第六电阻，一端连接至所述测量电阻的一端，另一端连接至所述模数转换电路的输入端；
[0037]第四电容，一端连接至所述第五电阻与所述模数转换电路的连接线上；
[0038]第五电容，一端接地，另一端连接至所述第五电阻与所述模数转换电路的连接线上；
[0039]第六电容，一端与所述第五电容共同接地，另一端连接至所述第四电容的另一端，且所述第六电阻的另一端连至所述第四电容与所述第六电容的连接线再连接至所述模数转换电路的输入端。
[0040]在一些实现方式中，所述的湿度传感器的测量电路，还包括：
[0041]电源管理电路，与所述湿度检测电路、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湿度传感器的测量电路，所述湿度传感器包括湿敏元件和加热元件，其特征在于，所述湿度传感器的测量电路包括：湿度检测电路，与所述湿敏元件连接，用于将所述湿敏元件的电容信号转换为频率信号；温度测量电路，与所述加热元件连接，用于测量所述加热元件的温度信号；温度控制电路，与所述加热元件连接，用于控制所述加热元件的温度；主控电路，与所述湿度检测电路、所述温度测量电路、所述温度控制电路连接，用于根据所述频率信号生成湿度信息，以及根据所述温度信号生成加热控制信号，以使所述加热元件根据所述加热控制信号工作。2.根据权利要求1所述的湿度传感器的测量电路，其特征在于，所述湿敏元件包括电容式湿敏元件，所述加热元件包括加热与测温一体的感温电阻，所述电容式湿敏元件与感温电阻集成在所述湿度传感器中。3.根据权利要求1所述的湿度传感器的测量电路，其特征在于，所述湿度检测电路包括振荡电路。4.根据权利要求1所述的湿度传感器的测量电路，其特征在于，所述湿度检测电路包括：计时器，输入端连接所述湿敏元件，输出端连接所述主控电路，所述计时器用于将所述湿敏元件的电容信号转换为频率信号；第一电阻，一端连接所述计时器的复位端；第二电阻，一端连接所述计时器的输入端，所述第二电阻另一端与所述第一电阻另一端连接，并连接至所述计时器的放电端。5.根据权利要求1所述的湿度传感器的测量电路，其特征在于，所述温度控制电路包括：测量电阻，一端与所述加热元件连接；数模转换器，与所述主控电路连接，对所述加热控制信号进行数模转换；运算放大器，同相输入端连接所述数模转换器的输出端，反相输入端及输出端连接所述测量电阻另一端，用于对所述加热控制信号进行放大，放大后的所述加热控制信号经所述测量电阻送至所述加热元件。6.根据权利要求5所述的湿度传感器的测量电路，其特征在于，所述温度测量电路包括：第一采样电路，用于采集所述加热元件的电压信号；第二采样电路，用于采集所述测量电阻的电压信号；模数转换电路，输入端与所述第一采样电路、所述第二采样电路的输出端连接，所述模数转换电路的输出端连接所述主控电路，将所述测量电阻的电压信号和所述加热元件上的电压信号作为测量到的所述加热元件的温度信号送至所述主控电路，以使所述主控电路基于所述测量电阻的电压信号和所述加热元件的电压信号生成所述加热元件的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫伟，李舟，李哲，周强，张晶，
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：