一种定频湿度测量系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种定频湿度测量系统。该系统包括：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，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幅值与所述湿敏电容的容值相关的第一直流电信号；模数转换模块，连接所述容值转换模块所述逻辑控制模块，用于将所述容值转换模块输出的第一直流电信号转换为相应的数字信号，输出给所述逻辑控制模块，以供所述逻辑控制模块测算湿度。解决了在传统的振荡电路测量过程中因频率改变而产生测量误差的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种定频湿度测量系统


[0001]本技术涉及气象探测
，尤其涉及一种定频湿度测量系统。

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，本技术实施例提供一种定频湿度测量系统。
[0005]根据第一方面，本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，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幅值与所述湿敏电容的容值相关的第一直流电信号；
[0009]模数转换模块，连接所述容值转换模块所述逻辑控制模块，用于将所述容值转换模块输出的第一直流电信号转换为相应的数字信号，输出给所述逻辑控制模块，以供所述逻辑控制模块根据所述容值转换模块输出的所述第一直流电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第二直流电信号；
[0012]所述模数转换模块，还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第二直流电信号转换为相应的数字信号，输出给所述逻辑控制模块，以供所述逻辑控制模块在根据所述第一直流电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]在本技术的一个实施例中，上述第一直流电信号和第二电直流信号均为直流电压信号。
[0015]在本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反相输入端，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反相输入端接地，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]在本技术的一个实施例中，上述容值转换模块为平均值转换电路。
[0018]所述平均值转换电路包括整流器和低通滤波器，其中，所述整流器的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，所述整流器的输出端连接所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端为所述容值转换模块的输出端，连接所述模数转换模块的输入端。
[0019]在本技术的一个实施例中，上述整流器为全波整流器。
[0020]在本技术的另一个实施例中，上述容值转换模块为采样保持电路。
[0021]在本技术的另一个实施例中，所述采样保持电路包括采样模拟开关、采样保持电容和采样运算放大器，其中，所述采样模拟开关的一端连接所述定频积分模块的输出端，另一端通过采样电阻连接所述采样运算放大器的同相端，所述采样运算放大器的同相端还连接所述采样保持电容的一端，所述采样保持电容的另一端接地，所述采样运算放大器的反相端通过RC并联电路模块与所述采样运算放大器的输出端连接，所述采样运算放大器的输出端为所述容值转换模块的输出，连接所述模数转换模块的输入端。
[0022]在本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模数转换模块，用于为所述定频积分模块和模数转换模块提供满足预设条件的基准电压；
[0023]在本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。
[0024]在本技术的一个实施例中，上述所述温度补偿模块包括铂电阻电路。
[0025]在本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
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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
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温度
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湿度标准表和线性插值计算，测算出湿度。
[0026]与现有技术相比，本技术的实施例至少具备以下优点：
[0027]本技术提供的湿度测量系统是一种基于定频积分器的湿度测量系统，该系统通过改变电容测量电路的结构和控制时序，巧妙地将程控积分器应用于湿度测量领域，使用固定测量频率对湿敏电容器进行测量，从根本上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。此外，通过建立更加完整的校准数据表，例如容量
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温度
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湿度标准表，能够进一步提升湿度测量系统的测量准确度，并应用于诸如地面等对准确度要求更高的湿度观测领域。
附图说明
[0028]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示本文档来自技高网...

【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，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幅值与所述湿敏电容的容值相关的第一直流电信号；模数转换模块，连接所述容值转换模块所述逻辑控制模块，用于将所述容值转换模块输出的第一直流电信号转换为相应的数字信号，输出给所述逻辑控制模块，以供所述逻辑控制模块测算湿度。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第二直流电信号；所述模数转换模块，还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第二直流电信号转换为相应的数字信号，输出给所述逻辑控制模块，以供所述逻辑控制模块进行温度补偿，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反相输入端，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反相输入端接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二...

【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：新型
国别省市：