基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及濕度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]濕度傳感器在大氣測(cè)量、環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)控制等方面有廣泛的應(yīng)用，該類傳感器一般有傳統(tǒng)的吸附式濕度傳感器、光電式濕度傳感器以及露點(diǎn)式濕度傳感器等。傳統(tǒng)的光電式露點(diǎn)傳感器采用光學(xué)原理判斷鏡面表面是否結(jié)露，從而給出環(huán)境的露點(diǎn)，但是結(jié)露和結(jié)霜都會(huì)造成光信號(hào)的衰減，傳統(tǒng)的光電式露點(diǎn)傳感器不能判斷鏡面表面是結(jié)露還是結(jié)霜(露或霜其表面的水汽壓是不同的，根據(jù)露點(diǎn)算相對(duì)濕度要用不同的公式，如果都用露或霜的公式，相對(duì)濕度計(jì)算的結(jié)果相差比較大)，需要人工通過(guò)觀察鏡觀察給出是霜點(diǎn)還是露點(diǎn)，不能用于野外無(wú)人值守的環(huán)境，并且體積較大，攜帶不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有露點(diǎn)傳感器測(cè)得的結(jié)果是霜點(diǎn)還是露點(diǎn)不能自動(dòng)區(qū)分，需要人工觀察，且不能用于野外無(wú)人值守的環(huán)境以及體積較大、攜帶不便等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器。
[0004]基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器，該露點(diǎn)傳感器位于濕度反應(yīng)室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲表面波敏感元件表面是否為露點(diǎn)或霜點(diǎn)的判斷；包括制冷組件、散熱組件、測(cè)溫元件、聲表面波信號(hào)測(cè)量電路、PID控制電路和綜合控制電路；在聲表面波敏感元件的表面設(shè)置聲電換電器；所述制冷組件設(shè)置在聲表面波敏感元件的底部，用于對(duì)聲表面波敏感元件強(qiáng)制制冷，使所述聲表面波敏感元件表面結(jié)露或者結(jié)霜；所述PID控制電路用于根據(jù)綜合控制電路的指令，控制制冷組件的制冷速度；所述測(cè)溫元件用于測(cè)量聲表面波敏感元件表面的溫度；所述散熱組件設(shè)置在制冷組件的底部，用于將所述制冷組件產(chǎn)生的熱能傳到空氣中；
[0005]所述聲表面波信號(hào)測(cè)量電路用于測(cè)量聲表面波敏感元件表面聲電換電器輸出的電信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的頻率和振幅變化，判斷聲表面波敏感元件表面是露點(diǎn)還是霜點(diǎn)；所述綜合控制電路根據(jù)聲表面波信號(hào)測(cè)量電路測(cè)得聲表面波敏感元件表面電信號(hào)，控制PID控制電路。
[0006]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器的判斷是否結(jié)露的敏感元件為聲表面波敏感元件，其表面狀態(tài)不同，輸出信號(hào)不同，其表面是否結(jié)露敏感元件的輸出信號(hào)不同，其表面結(jié)露或結(jié)霜時(shí)其輸出的信號(hào)也不同，根據(jù)其輸出的不同的信號(hào)可以判斷其表面是否有凝結(jié)物，并可以判斷凝結(jié)物是露還是霜。通過(guò)得到露或者霜的溫度，再通過(guò)空氣溫度，就可以得到空氣的相對(duì)濕度。整個(gè)傳感器可以在很寬的溫度范圍(_40°C?50°C )內(nèi)工作，霜點(diǎn)還是露點(diǎn)可以自動(dòng)判斷，不需要人工觀測(cè)，提高了露點(diǎn)的測(cè)量精度，可以用于室外無(wú)人值守的條件。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明所述的基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器的整個(gè)工作框圖；
[0008]圖2為本發(fā)明基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器的濕度反映室的工作示意圖。
[0009]圖3為本發(fā)明所述的基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器的聲表面波的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖4為本發(fā)明所述的基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器，包括聲表面波敏感元件1、兩個(gè)測(cè)溫元件、帕爾貼制冷組件2、散熱組件3、微型氣栗
9、聲表面波信號(hào)測(cè)量電路4、PID控制電路5和綜合控制電路6。在聲表面波敏感元件1的表面設(shè)置聲電換電器7 ；
[0012]所述溫度測(cè)量元件有兩個(gè)，測(cè)溫元件A用于測(cè)量聲表面波敏感元件表面的溫度，測(cè)溫元件B用于測(cè)量空氣的溫度；所述帕爾貼制冷組件與聲表面波敏感元件底面接觸，用于強(qiáng)制制冷，使聲表面波敏感元件表面由于溫度降低結(jié)露或者結(jié)霜；所述散熱組件3與帕爾貼制冷組件2的底面接觸，用于將帕爾貼制冷組件產(chǎn)生的熱能傳到空氣中；所述微型氣栗用于將外界的空氣導(dǎo)入濕度反應(yīng)室；所述聲表面波信號(hào)測(cè)量電路用于識(shí)別聲表面波敏感元件的輸出信號(hào)，提供聲表面波敏感元件表面狀態(tài)變化的電信號(hào)；
[0013]所述PID控制電路5用于調(diào)節(jié)帕爾貼制冷組件的制冷速度，使其在不同的環(huán)境溫度下都可以勻速降溫和升溫；
[0014]所述綜合控制電路6用于控制和協(xié)調(diào)整個(gè)傳感器各個(gè)功能部件之間的狀態(tài)，保證傳感器正常工作。綜合控制電路首先與聲表面波信號(hào)測(cè)量電路通信，得到聲表面波敏感元件表面的狀態(tài)，如果沒(méi)有結(jié)露或霜，發(fā)送指令到PID控制電路5，使PID控制電路5繼續(xù)使帕爾貼制冷組件繼續(xù)制冷。如果結(jié)露或霜，綜合控制電路發(fā)送指令到PID控制電路5，使PID控制電路5使帕爾貼制冷組件2停止制冷，并升高帕爾貼制冷組件2的溫度，使聲表面波敏感元件1表面的露或霜消散。在確定聲表面波敏感元件表面結(jié)露或霜后，通過(guò)測(cè)量溫度測(cè)量元件的溫度，得到聲表面波敏感元件表面的溫度和環(huán)境的溫度，并通過(guò)計(jì)算得到環(huán)境濕度。
[0015]本實(shí)施方式中還包括強(qiáng)制通風(fēng)防輻射罩8，其作用為防止太陽(yáng)輻射對(duì)測(cè)溫元件測(cè)量空氣溫度的影響，軸流風(fēng)機(jī)10將外界的空氣強(qiáng)制導(dǎo)入到強(qiáng)制通風(fēng)防輻射罩內(nèi)，微型氣栗9再將強(qiáng)制通風(fēng)防輻射罩內(nèi)的空氣導(dǎo)入濕度反應(yīng)室內(nèi)，在濕度反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行露點(diǎn)或霜點(diǎn)的判斷?？刂齐娐坟?fù)責(zé)整個(gè)傳感器各個(gè)部件的協(xié)調(diào)工作。
[0016]結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，圖2為基于聲表面波敏感元件的濕度反映室工作示意圖。外界空氣通過(guò)微型氣栗導(dǎo)入濕度反映室后，帕爾貼制冷組件強(qiáng)制制冷，與帕爾貼制冷組件冷端接觸的聲表面波敏感元件表面溫度下降，當(dāng)溫度低于空氣的飽和溫度時(shí)，其表面會(huì)結(jié)露或霜。當(dāng)結(jié)露或霜時(shí)，通過(guò)測(cè)溫元件測(cè)量聲表面波敏感元件表面的溫度，再通過(guò)測(cè)量空氣溫度裝置得到空氣溫度，將聲表面波敏感元件測(cè)量的是露還是霜，用露點(diǎn)或者霜點(diǎn)帶入公式，就可以得到空氣的相對(duì)濕度。
[0017]圖3為基于聲表面波敏感元件的聲表面波的結(jié)構(gòu)示意圖。聲表面波敏感元件是在壓電基片上制作兩個(gè)聲電換能器，即發(fā)射(輸入)叉指換能器和接收(輸出)叉指換能器。叉指換能器是通過(guò)金屬沉積在基片表面后蝕刻而成，實(shí)現(xiàn)聲電之間的換能作用。發(fā)射端發(fā)射一定頻率的電磁波，電磁波在石英晶片表面轉(zhuǎn)化為聲波，聲波沿著晶片表面?zhèn)魉偷浇邮斩?，接收端把聲波再轉(zhuǎn)換成電磁波。當(dāng)石英晶片表面有凝結(jié)物形成時(shí)，凝結(jié)物就會(huì)對(duì)聲波有一定的吸收作用，通過(guò)處理、比較接收端電磁波信號(hào)頻率和振幅的變化，可快速準(zhǔn)確地確定凝結(jié)物的狀態(tài)，再利用鉑電阻PT100精確地測(cè)量出此時(shí)石英表面的溫度。
[0018]本實(shí)施方式所述的聲表面波信號(hào)測(cè)量電路采用FPGA芯片，其型號(hào)為A3P060，運(yùn)行速度可以達(dá)到200MHz，采用倒數(shù)測(cè)頻率的方式，測(cè)量頻率精度可以達(dá)到0.ΙΗζο在通過(guò)功率測(cè)量芯片AD8364可以測(cè)量聲表面波敏感元件輸出的波形的功率，通過(guò)功率和頻率可以判讀其表面狀態(tài)。
[0019]所述的帕爾貼制冷組件采用四層結(jié)構(gòu)，型號(hào)為TEC4-24604T125，為金字塔形狀，最上端面積最小與聲表面波敏感元件接觸，其制冷能力可以達(dá)到-107°C的溫差，滿足野外的工作溫度范圍的要求。
[0020]散熱組件采用強(qiáng)制通風(fēng)散熱，其結(jié)構(gòu)為圓形的多片散熱片，并且中間有一個(gè)風(fēng)扇，加快散熱片與外界的熱交換。
[0021]本實(shí)施方式所述的測(cè)溫元件為鉑電阻PT100，其測(cè)量精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，可以滿足露點(diǎn)0.1°C精度的要求。綜合控制電路的CPU采用STM32F103，其主頻可以達(dá)到72MHz，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，滿足協(xié)調(diào)各個(gè)部件工作的要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器，該露點(diǎn)傳感器位于濕度反應(yīng)室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲表面波敏感元件表面是否為露點(diǎn)或霜點(diǎn)的判斷；包括制冷組件(2)、散熱組件(3)、測(cè)溫元件A、聲表面波信號(hào)測(cè)量電路(4)、PID控制電路(5)和綜合控制電路(6);其特征是；在聲表面波敏感元件(1)的表面設(shè)置聲電換電器(7); 所述制冷組件(2)設(shè)置在聲表面波敏感元件(1)的底部，用于對(duì)聲表面波敏感元件(1)強(qiáng)制制冷，使所述聲表面波敏感元件(1)的表面結(jié)露或者結(jié)霜； 所述PID控制電路(5)用于根據(jù)綜合控制電路(6)的指令，控制制冷組件(2)的制冷速度； 所述測(cè)溫元件A，用于當(dāng)聲表面波敏感元件(1)的表面結(jié)露或結(jié)霜時(shí)，測(cè)量聲表面波敏感元件⑴的表面的溫度； 所述散熱組件(3)設(shè)置在制冷組件(2)的底部，用于將所述制冷組件(2)產(chǎn)生的熱能傳到空氣中； 所述聲表面波信號(hào)測(cè)量電路(4)用于測(cè)量聲表面波敏感元件(1)表面聲電換電器輸出的電信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的頻率和振幅變化，判斷聲表面波敏感元件表面是露點(diǎn)還是霜點(diǎn)； 所述綜合控制電路(6)根據(jù)聲表面波信號(hào)測(cè)量電路(4)測(cè)得聲表面波敏感元件(1)表面電信號(hào)，控制PID控制電路(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器，其特征在于，還包括測(cè)溫元件B，該測(cè)溫元件B用于測(cè)量空氣溫度，所述測(cè)溫元件A測(cè)量聲表面波敏感元件表面的溫度，將所述聲表面波敏感元件表面的溫度和空氣溫度帶入露點(diǎn)或霜點(diǎn)公式，獲得空氣的相對(duì)濕度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器，其特征在于，還包括設(shè)置在濕度反應(yīng)室外的強(qiáng)制通風(fēng)防輻射罩(8)和微型氣栗(9)，軸流風(fēng)機(jī)(10)將外界的空氣導(dǎo)入強(qiáng)制通風(fēng)防輻射罩(8)內(nèi)，并通過(guò)微型氣栗(9)將強(qiáng)制通風(fēng)防輻射罩(8)內(nèi)的空氣導(dǎo)入濕度反應(yīng)室內(nèi)，所述散熱組件(3)產(chǎn)生的熱能通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)(10)傳到強(qiáng)制通風(fēng)防輻射罩(8)內(nèi)的空氣中。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器，其特征在于，所述制冷組件(2)為四層帕爾貼制冷組件，所述四層帕爾貼制冷組件為金字塔形狀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器，其特征在于，聲表面波信號(hào)測(cè)量電路(6)采用FPGA芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器，其特征在于，所述PID控制電路(5)采用光電隔離和MOSFET管驅(qū)動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器，其特征在于，測(cè)溫元件A和測(cè)溫元件B為鉑電阻PT100。
【專利摘要】基于聲表面波敏感元件的露點(diǎn)傳感器，涉及濕度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有露點(diǎn)傳感器測(cè)得的結(jié)果是霜點(diǎn)還是露點(diǎn)不能自動(dòng)區(qū)分，需要人工觀察，且不能用于野外無(wú)人值守的環(huán)境以及體積較大、攜帶不便等問(wèn)題，該露點(diǎn)傳感器位于濕度反應(yīng)室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲表面波敏感元件表面是否為露點(diǎn)或霜點(diǎn)的判斷；包括制冷組件、散熱組件、測(cè)溫元件A、聲表面波信號(hào)測(cè)量電路、PID控制電路和綜合控制電路；在聲表面波敏感元件的表面設(shè)置聲電換電器；判斷聲表面波敏感元件的表面是否有凝結(jié)物，進(jìn)而判斷凝結(jié)物是露還是霜。通過(guò)得到露或者霜的溫度，再通過(guò)空氣溫度，就可以得到空氣的相對(duì)濕度。整個(gè)傳感器可以在很寬的溫度范圍內(nèi)工作，不需要人工觀測(cè)，提高了露點(diǎn)的測(cè)量精度。
【IPC分類】G01N25/68
【公開(kāi)號(hào)】CN105424750
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510725441
【發(fā)明人】王昆鵬, 孫學(xué)金, 李巖峰, 王曉蕾, 曾春, 趙世軍, 張?jiān)虑? 陳曉穎
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)春氣象儀器研究所, 中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日