專利名稱：諧振阻尼測(cè)濕方法及其傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濕度測(cè)量領(lǐng)域。
迄今為止，已有測(cè)濕方法可分為兩大類，吸附法和非吸附法，吸附法利用濕敏材料與水分子發(fā)生物理吸附或化學(xué)吸附后，其機(jī)械的或電性能的發(fā)生變化這一原理來測(cè)量濕度的。例如，石英晶體濕度傳感器，就是在石英表面涂有吸濕材料，當(dāng)空氣中相對(duì)濕度發(fā)生變化，吸濕材料對(duì)水分子的平衡吸附量發(fā)生變化，石英晶體的質(zhì)量發(fā)生變化，從而使石英晶體所在振蕩電路和振蕩頻率發(fā)生變化，因而通過測(cè)量振蕩電路頻率的變化，就可以測(cè)量空氣中的相對(duì)濕度，吸附式石英晶體濕度傳感器示意圖請(qǐng)見附圖5。這類濕度測(cè)量方法及其傳感器有以下缺點(diǎn)(1)響應(yīng)速度慢;(2)有滯后誤差;(3)有鈍化和中毒問題，不穩(wěn)定，易漂移;(4)壽命短。近年來，人們致力于研究非吸附式濕度測(cè)量方法及其傳感器。如，光學(xué)濕度傳感器、微波濕度傳感器等，這類傳感器沒有滯后，響應(yīng)極快，但還處于研究階段且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，尚未達(dá)到廣泛應(yīng)用階段。
本發(fā)明的目的在于，提供一種新的非吸附式測(cè)濕方法及其傳感器，既可克服上述吸附式測(cè)濕方式及其傳感器的缺點(diǎn)，又可以克服已有非吸附式測(cè)濕方法及其傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高之缺點(diǎn)，滿足用戶的要求。
為了達(dá)到上述之目的，提出了諧振阻尼測(cè)濕方法及其傳感器。
該方法包括如下步驟a)取壓電晶體1作為敏感元件，其頻率范圍可選在0.05M～10MHZ之間，選金屬材料做電極;
b)制作壓電晶體振蕩電路2，調(diào)試該電路工作點(diǎn)，使其起振，并對(duì)濕度的變化最敏感;
c)在相對(duì)濕度變化的環(huán)境中，測(cè)量該諧振電路的幅值Vo變化，進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，得到幅值與濕度之間一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
d)通過測(cè)量環(huán)境中上述諧振電路的幅值及其變化測(cè)得環(huán)境的相對(duì)濕度及其變化。
利用上述諧振阻尼測(cè)試方法制造的一種諧振阻尼濕度傳感器，包括殼體5、濾罩4、底座7輔助部件，核心部分是含有壓電晶體1的諧振電路2，緊接諧振電路之后的檢波、濾波電路3。
上述的壓電晶體諧振頻率可選在0.05MHZ～10MHZ之間，表面沒有涂任何吸濕材料，諧振電路用來使壓電晶體產(chǎn)生振動(dòng)，環(huán)境濕度變化會(huì)引起壓電晶體振動(dòng)阻尼的變化，從而引起諧振電路幅值變化，檢波、濾波電路用來把振蕩電路的幅值變換出來，并把交流成分濾掉，從電路輸出的直流電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)于壓電晶體周圍環(huán)境的相對(duì)濕度。
本發(fā)明所提出的諧振阻尼測(cè)濕方法及其傳感器，不依賴于水分子在傳感器表面的物理吸附或化學(xué)吸附效應(yīng)，而是直接利用相對(duì)濕度與壓電晶體振蕩阻尼關(guān)系，是一種新的非吸附測(cè)濕方法，因而，響應(yīng)速度快，無(wú)滯后，穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)。用這種諧振阻尼測(cè)濕方法制造的濕度傳感器，不僅具備上述效果，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于大批量生產(chǎn)及推廣應(yīng)用。
有關(guān)附圖的簡(jiǎn)單說明附

圖1諧振阻尼測(cè)濕方法示意圖附圖2諧振阻尼濕度傳感器構(gòu)成示意圖附圖3諧振阻尼濕度傳感器電路圖附圖4吸附式濕度傳感器示意圖附圖5濕度傳感器輸入、輸出特性曲線符號(hào)說明1.壓電晶體2.諧振電路3.檢波濾波電路4.濾罩5.殼體6.引線7.底座8.接頭9.吸濕材料實(shí)施例1，是關(guān)于諧振阻尼測(cè)濕方法的，在本實(shí)施例中，選擇500KHZ石英晶體作為諧振敏感元件。石英晶體采用AT切型，選用銀或金等金屬材料做成電極(在一般空氣條件下選用銀電極，在腐蝕條件下選用金電極);由兩個(gè)晶體三極管B1、B2與上述晶體構(gòu)成串聯(lián)諧振電路，調(diào)試電路中的R1，R2使得電路起振，振蕩信號(hào)隨著濕度改變而變化，其規(guī)律是隨著濕度增加，振幅減小。在調(diào)試過程中要選擇合適的工作點(diǎn)，使得在這一點(diǎn)上，振蕩信號(hào)的幅值隨濕度的變化最敏感，諧振電路的交流偏置電壓信號(hào)輸出至二極管D1，檢波后得到直流偏置電壓信號(hào)，經(jīng)C1C2，L組成的Ⅱ型濾波器濾波，其信號(hào)輸出到LM358構(gòu)成的調(diào)零放大電路，用于調(diào)整輸出信號(hào)電平高低和濕度靈敏度，例如，當(dāng)相對(duì)濕度為20%RH時(shí)，調(diào)整到0.6V，100RH時(shí)，調(diào)整到1.8V，其輸出電壓隨濕度變化的曲線見附圖5。
實(shí)施例2。結(jié)合附圖2、3介紹諧振阻尼濕度傳感器實(shí)施例，核心部分由包括壓電晶體在內(nèi)的諧振電路構(gòu)成，與實(shí)施例1中相同，選用500KHZ石英晶體1作為諧振敏感元件，石英晶體采用AT切型，選用銀或金等金屬材料作成電極，由兩個(gè)三極管B1，B2與上述晶體構(gòu)成串聯(lián)諧振電路2，電路中的R1，R2使得電路起振，振蕩信號(hào)隨著濕度改變而變化，其規(guī)律是隨著濕度增加，振幅減小。選擇合適的工作點(diǎn)，使振蕩信號(hào)的幅值隨濕度的變化最敏感;振蕩電路的交流偏置電壓信號(hào)輸出至二極管D1檢波，得到的直流偏置電壓信號(hào)經(jīng)C1、C2、L組成的Ⅱ型濾波器濾波3，其信號(hào)輸出到LM358構(gòu)成的調(diào)零放大電路，用于調(diào)整輸出信號(hào)電平高低和濕度的靈敏度。整個(gè)諧振電路及檢波濾波電路作成一個(gè)電路板，壓電晶體1通過引線與其連接，一起放入殼體5中，殼體前端裝有濾罩4，通過濾罩4使壓電晶體處于待測(cè)環(huán)境中，殼體后端裝有底座7，上述電路的引線6通過底座7接頭8與直流電壓檢測(cè)及顯示裝置連接。
權(quán)利要求
1.一種諧振阻尼測(cè)濕方法，其特征在于，該方法由下列步驟構(gòu)成a)取壓電晶體1作為敏感材料，金屬材料做電極；b)制作壓電晶體振蕩電路2，調(diào)試該電路工作點(diǎn)，使其起振，并對(duì)濕度的變化最敏感；c)在相對(duì)濕度變化的環(huán)境中，測(cè)量該諧振電路的幅值變化，進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，得到幅值與濕度之間一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；d)通過測(cè)量環(huán)境中，上述諧振電路的幅值及其變化測(cè)得環(huán)境的相對(duì)濕度及其變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的諧振阻尼測(cè)試方法，其特征在于，所說的步驟a)中壓電晶體頻率范圍為0.05M～10MHZ;所說的電極選用銀或金材料。
3.一種根據(jù)上述諧振阻尼方法制造的諧振阻尼濕度傳感器，包括殼體5、濾罩4、底座7輔助部件，其特征在于，核心部分是含有壓電晶體1的諧振電路2，及緊接諧振電路之后的檢波濾波電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的諧振阻尼濕度傳感器，其特征在于，所說的壓電晶體的諧振頻率為0.05M～MHZ。
全文摘要
本發(fā)明提出了諧振阻尼測(cè)濕方法及用該方法制造的諧振阻尼溫度傳感器，利用壓電晶體諧振幅值與環(huán)境相對(duì)濕度的單一對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)了諧振阻尼振蕩電路及檢波、濾波電路，通過測(cè)量其直流電壓輸出及其變化可測(cè)出環(huán)境的相對(duì)濕度及其變化，比已有的吸附式測(cè)濕方法響應(yīng)速度快、無(wú)滯后、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、比正在研究中的其他非吸附式測(cè)濕方法及其傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于大批量生產(chǎn)及推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N27/00GK1076280SQ9210122
公開日1993年9月15日 申請(qǐng)日期1992年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月5日
發(fā)明者馮冠平, 桂成群 申請(qǐng)人:清華大學(xué)