【正文】 （ 313） 令 ????20s in)( 4Tjjf td tK CRfC A R ?? （ 314） 所以， K 為常數(shù)，有： KCVb? （ 315） 可以看出， K 為常數(shù)，虛部測量 Vb 和電容 C 成正比，對虛部 電壓的測量完成了電容值 C的測量。 KDNI IXn Aa ???12 (318) 式中： xi 實部測量值 ka 修正系數(shù) 24 由式（ 38）可知： Q= DD aB ，即可求出品質(zhì)參數(shù)的值。 圖 36 以 DSP 為核心的測量電路的實現(xiàn)過程 為了實現(xiàn)對濕度傳感器測試的高速自動化測量，需要選擇適當?shù)目刂破骱臀⑻幚砥鳌３浞掷昧烁咚? DS P 處理芯片的特點，采用 DSP 通過 SPI( 串行外設接口 )給D/A轉(zhuǎn)換芯片 MAX5722發(fā)送產(chǎn)生正弦波所需的數(shù)據(jù)的方法來產(chǎn)生測試電容器件所需的正弦波，利用 TMS320LF2407A 自身帶的 A/ D 對加在濕度傳感器的正弦信號進行高速的采樣，采樣頻率為 4 0 0 K Hz 。 。 USE 接口提供了內(nèi)置電源?，F(xiàn)對該圖做 簡短說明 :在該系統(tǒng)中由控制器 T MS 3 2 0 L F 2 4 0 7 A 通過 S P I 給外部 D / A 器件 MA X 5 7 2 2 提供波形數(shù)據(jù)來產(chǎn)生 1 K H z 正弦波作為測試激勵信號，由電子開關選擇通道后，這個正弦波信號經(jīng)過濕度傳感器，再經(jīng)過一系列的電路處理后，由 D S P 的 A / D 采樣，完成測量的全過程。 28 圖 37 電路模版設計框圖 多通道濕度傳感器的的自動測試，是本系統(tǒng)解決的關鍵技術之一。濕度測量為我們 提供了控制這種影響的機會。另一種界面在氣體內(nèi)部與氣泡之間則成為沸騰，如開水的汽化。濕空氣與冰的飽和。其一是建立濕度的絕對測量方法，其二是制作能夠發(fā)生己知濕度氣體的裝置。 1 %( 混合比 ) ，作為國家基準可達 0 . 1 %以上。前者是將飽和濕氣或過熱蒸汽同千氣混合 。根據(jù)定比定律，氫和氧在催化劑存在的情況下能按比例地化合，生成定量的水。我們將用飽和食鹽液法來提供工作標準濕度下面我們介紹其原理 及 結(jié)構(gòu)。根據(jù)美國國家標準局( N S S ) 基本研究所的 Lewis Greenspan 發(fā)表的名為“ 二元飽和鹽水溶液濕度固定點”， 公布了 28 種物質(zhì)的飽和水溶液的濕度固定點，相對 濕度從 3 %到98 % 。開動循環(huán)泵，可加速工作室內(nèi)的濕度平衡時間。水與空氣相比具有較大的熱容量，在升溫和降溫時水的溫度與空氣相比具有較小的變化幅度，可以吸放熱量來平衡箱體內(nèi)空氣溫度的變化。在測試裝置中可以預留濕度檢定接口，其做法是在測試箱上側(cè)開有三個錐形的探孔，可以放置兩個溫度探頭 ( 干濕球法的探頭 )和濕敏探頭 ( 被一級標準檢定 ) 。 TMS320LF2407A通過把一個高性能的 DSP內(nèi)核和微處理器的片內(nèi)外設計成為一個芯片的方案，成為傳統(tǒng)的微控制單元 ( MC U)和昂貴的多片設計的一種廉價的替代品。 ，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。 5 具有單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器。派生的器件使用新的片內(nèi)存 儲器和外設來滿足全球電子市場上大范圍的應用需要。 :根據(jù)量值傳遞的原理，我們可以用高一級別的測試標準來檢定較低級別的測試裝置的精度。具體的措施是對于測試箱門和元件箱門的設計中采用密封磁條進行密封，在鹽槽的的有機玻璃缸體和缸蓋采用橡皮膠條進行密封，在鹽槽與導氣管、測試箱與導氣管的連接上采用氣體接頭進行密封。所有鹽盒都處于同一恒溫槽內(nèi)。由飽和鹽溶液提供的相對濕度范圍可以從 3 %到98%，其準確度大約為 1%到 3% 。常見的靜態(tài)標定法為飽和鹽溶液法。這種方法是利用某些鹽類或其它化合物 ( 如硫酸和甘油 )的水溶液在一定的條件下其氣相中的水汽分壓保持值定的原理。以及同時改變壓力和溫 度的方法。除了以上要求外，重量法還具有以下特點 : ，因為要有充分的吸濕時間 。 由于現(xiàn)存的濕度表示方法和單位相當繁雜，同時因為濕度這個量用實物來體現(xiàn)比較困難，因此，迄今為止國際上關于濕度及其單位還沒有統(tǒng)一的定義，從而 30 也就無法根據(jù)定義來復現(xiàn)這個單位。飽和氣有四種情況 :氣體由純水汽組成的汽一液平衡 。地球的三分之二是由水組成，水是一切TMS320LF2407A DSP核心芯片控制電路 D12USB 或232 通訊接口電路 PC 機 多路開關控制板 溫度源 29 生物和有機體賴以生存的物質(zhì)，只要有水和生物的地方，其周圍的空氣中 或多或少的含有水汽，這是因為水可以直接從液體變化成氣體，這種現(xiàn)象我們稱之為汽化。適當?shù)臏貪穸拳h(huán)境，使人們感覺舒適。實現(xiàn)了對電容式濕度傳感器 C值、 Q值的測量。 綜上所述，結(jié)合本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送量選用 USB 和 RS232 接口兩種接口作為通訊方式，使用靈活， USB 選用了 PHIIP 公司的 PDIUSBDI2 芯片，是一種比較常用的接口芯片。連接的方式也十分靈活，既可以使用設備串行連接，也可以使用集線器 Hub ，把多個設備連接在一起，再同 PC 機的 USE 口相接。連接外設不必再打開機箱 。 4. 系統(tǒng)模塊的減少，大大提高系統(tǒng)的可靠性。 圖 3 4 硬件設計模塊框圖 圖 3 5 是使用 MC U 5 1 系列單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的過程，外部正弦波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波信號經(jīng)過濕度傳感器后，經(jīng)過調(diào)試電路，送往單片機的 A / D轉(zhuǎn)換通道，數(shù)據(jù)采樣處理后的結(jié)果經(jīng)過處理后，送往串口，由上位機顯示出測量值。 由式（ 317）可見，虛部測量值 db 正比于電容 C 的值，所以由 db 得值可以完成電容值 C 的測量值。 對虛部進行積分時，只要將式（ 32）虛部部分帶入，將積分區(qū)間改成（ 0~T/2）即可，虛部積分值為 Vb ，有： ????20s in)( 2Tcjjfb tdtXCRARV ? （ 312） 此表達式即測出 虛部積分的值。單片機電路用來控制濕度傳感器通道的切換、電子開關K1 , K2 : 的閉合與斷開和積分電路數(shù)據(jù)的采集與處理等。輸入信號 V 。 因此，對濕度傳感器性能作出快速、準確，有效的檢測是企業(yè)急待解決的問題。紅外線濕度傳感器廣泛應用于食品加工過程。 晶振式濕度傳感器，石英振子的共振頻率取決于振子的形狀、切向和電等組成的負載，在電極表面上涂敷吸收濕膜，在吸附水汽后，測出頻率的變即可測出相對濕度值。已有很多理論和經(jīng)驗公式來描述 P I 和水復合物的介電性，并與試驗結(jié)果作詳細比較，根據(jù) looyenga 的半經(jīng)驗關 系式 : })([ 311311312 ???? ??? v （ 211） 式中的 和 : 分別為復合物、 P I 和水的 介電 常數(shù)， v 為 P I 吸水的體 積百分數(shù) .濕度越大， P I 薄膜吸附的水分子越多， v 越大，復合物介電常數(shù)就增大，正是根據(jù)這一原理制成 P I 薄膜電容式濕度敏感元件 .當然，在P I 薄膜吸收或放出水分子時，也會引起薄膜厚度的變化，但因 P i 膜很薄，薄膜厚度的變化對電容值的影響比介電常數(shù)對電容值的影響要小得多，主要是介電常數(shù)￡ 的變化引起電容值的改變 . 16 聚酞亞胺是典型的高分子電容式濕度傳感器，是有很大溶解性的高分子電解質(zhì)，其溶液對溫度、濃度及濕度都敏感，濃溶液比稀溶液穩(wěn)定，可在低溫下貯存較長時間。高分子電容型濕度傳感器的典型產(chǎn)品有 RSD 2 型，其響應即可測范圍 ( 0 15 99 % RH)都很好，但在高濕度情況下連續(xù)使用易于劣化。 電容式濕度傳感器的感濕機理是基于電極間的高分子感濕材料吸附環(huán)境中的水分子時，其介電常數(shù)也隨之變化，其電容量與環(huán)境中水蒸氣相對壓 ( 習 P o ) 14 關系可由下式表示 : 式中： ?0 為真空介電常數(shù)： ?u 為相對濕度 U%RH 時高分子的介電常數(shù)； S 為電容式傳感器有效電容面積； D 為高分子感濕膜厚。目前大多采用的是醋酸丁酸纖維素。雖然結(jié)構(gòu)簡單，但遲滯現(xiàn)象嚴重，故使用價值不大。電子傳感器配測濕儀器近年來發(fā)展極為迅速，應用領域在逐步拓寬，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品業(yè)、家庭生活、環(huán)境保護、醫(yī)藥衛(wèi)生等領域 。核子法冷凝器中， a或 p粒子輻射源的位置與冷凝表面平齊。露點是流體的液相和氣相平衡的溫度點。但這種濕度傳感器的精度不高，誤差范圍大約為士 s % 2 R H，響應速度低，在吸濕與脫濕過程中有遲滯現(xiàn)象。相對濕度是指濕氣中水蒸氣的摩爾分數(shù)與相同溫度和壓力條件下飽和水蒸氣的摩爾分數(shù)之百分比。外設 USB 可把多達 127 個，外設同時連到用戶的系統(tǒng)上，所有的外設通過協(xié)議來共享 US B 的帶寬其 12 Mbps的帶寬，對于鍵盤、鼠標等低、中速外設是完全足夠的。 1 . RS 232 串行通信總線 RS 232 串行通信是由美國電氣工業(yè)學會 ( E IA) 1969 年推薦的，是目前常使用的串行通信總線接口，在異步串行通信中應用最廣。 DS P 技術的應用狀況 DSP 的發(fā)展己有 20 年歷史了 ,DSP 芯片己達到相當高的水平， 每天都有新的 DSP 應用產(chǎn)品開發(fā)成功并走向市場，成為 IT產(chǎn)業(yè)中最活躍的領域。在智能儀器、信號處理以及工業(yè)自動控制等領域，都存在著數(shù)據(jù)的測量與控制問題。隨著應用的深入和擴大， 我國研制的高分子濕度傳感器的某些性能已得到了很大的提高， 有的接近或趕上了國外有的廠家生產(chǎn)的濕度傳感器。紡織工業(yè)加工原料主要是纖維材料，纖維材料具有吸濕的特性，吸濕量多少與環(huán)境空氣的濕度有關。如 :為防止庫中的食品、武器彈藥、金屬材料等物品霉爛、生銹必須保證在干燥的環(huán)境中 。作為現(xiàn)代信息技術的三大核心技術之一的傳感技術，將是當今世界各國在高新技術發(fā)展方面爭奪的一 個重要領域。 plural voltage 4 目 錄 一 緒論???????????????????????????? 6 課題背景 ??????????????????????? 6 濕度測量在生產(chǎn)生活中的應用及意義 ????????? ?? 6 課題相關領域發(fā)展現(xiàn)狀 ????????????????? 7 濕度傳感器及敏感元件發(fā)展現(xiàn)狀 ???????????? 7 數(shù)據(jù)采集及傳感器測試技術現(xiàn)狀 ???????????? 8 DS P 技術的應用狀況 ???????????????? 9 通訊技術方式 ??????????????????? 9 二 濕度傳感器 ???????????????????????? 10 伸縮式濕度傳感器 ??????????????????? 10 蒸發(fā)式濕度傳感器 ???? ??????????????? 11 露點傳感器 ?????????????????????? 11 電子式濕度傳感器 ??????????????????? 12 電阻式濕度傳感器 ?????????????????? 13 電容式濕度傳感器 ?????????????????? 13 熱敏電阻式絕對濕度傳感器 ?????????????? 17 其它類濕度傳感器 ??????????????????? 17 電磁波濕度傳感器 ?????????????????? 18 吸收式濕度傳感器 ?????????????????? 18 小結(jié) ????????????????????????? 18 三方案設計及測量原理 ????????????????????? 18 引言 ????????????????????????? 18 濕度傳感器測量原理 ?????????????????? 19 電容式濕度傳感器的等效形式及單元測量電路 ?????? 19 電容式濕度傳感器復數(shù)電壓法測量電路 ????????? 20 復數(shù)電壓法電容式濕度傳感器性能測 試數(shù)學模型的建立 ?? 20 基于 DS P 技術的復數(shù)電壓法測試數(shù)學模型的應用 ???? 24 硬件模塊的實現(xiàn)方案 ?????????????????? 25 5 通訊方式方案選擇 ??????????????????? 26 總體方案設計 ????????????????????? 27 四 濕度源設計 … ??????????????????????? 28 濕度的產(chǎn)生 ?????????????????????? 28 濕度標準 ??????????????????????? 29 濕度 源設計 ?????????????????????? 31 保證濕度源精度的必要措施 ??????????????? 33 五 硬件電路設計及編程… ??????????????????? 34 硬件電路設計 ??