【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(cè)量 Vb 和電容 C 成正比，對(duì)虛部 電壓的測(cè)量完成了電容值 C的測(cè)量。 KDNI IXn Aa ???12 (318) 式中： xi 實(shí)部測(cè)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(cè)量電路的實(shí)現(xiàn)過(guò)程 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度傳感器測(cè)試的高速自動(dòng)化測(cè)量，需要選擇適當(dāng)?shù)目刂破骱臀⑻幚砥?。充分利用了高? DS P 處理芯片的特點(diǎn)，采用 DSP 通過(guò) SPI( 串行外設(shè)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(lái)產(chǎn)生測(cè)試電容器件所需的正弦波，利用 TMS320LF2407A 自身帶的 A/ D 對(duì)加在濕度傳感器的正弦信號(hào)進(jìn)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。現(xiàn)對(duì)該圖做 簡(jiǎn)短說(shuō)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(guò) 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(lái)產(chǎn)生 1 K H z 正弦波作為測(cè)試激勵(lì)信號(hào)，由電子開(kāi)關(guān)選擇通道后，這個(gè)正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)濕度傳感器，再經(jīng)過(guò)一系列的電路處理后，由 D S P 的 A / D 采樣，完成測(cè)量的全過(guò)程。 28 圖 37 電路模版設(shè)計(jì)框圖 多通道濕度傳感器的的自動(dòng)測(cè)試，是本系統(tǒng)解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。濕度測(cè)量為我們 提供了控制這種影響的機(jī)會(huì)。另一種界面在氣體內(nèi)部與氣泡之間則成為沸騰，如開(kāi)水的汽化。濕空氣與冰的飽和。其一是建立濕度的絕對(duì)測(cè)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(guó)家基準(zhǔn)可達(dá) 0 . 1 %以上。前者是將飽和濕氣或過(guò)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(lái)提供工作標(biāo)準(zhǔn)濕度下面我們介紹其原理 及 結(jié)構(gòu)。根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)”， 公布了 28 種物質(zhì)的飽和水溶液的濕度固定點(diǎn)，相對(duì) 濕度從 3 %到98 % 。開(kāi)動(dòng)循環(huán)泵，可加速工作室內(nèi)的濕度平衡時(shí)間。水與空氣相比具有較大的熱容量，在升溫和降溫時(shí)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(lái)平衡箱體內(nèi)空氣溫度的變化。在測(cè)試裝置中可以預(yù)留濕度檢定接口，其做法是在測(cè)試箱上側(cè)開(kāi)有三個(gè)錐形的探孔，可以放置兩個(gè)溫度探頭 ( 干濕球法的探頭 )和濕敏探頭 ( 被一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)檢定 ) 。 TMS320LF2407A通過(guò)把一個(gè)高性能的 DSP內(nèi)核和微處理器的片內(nèi)外設(shè)計(jì)成為一個(gè)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(shè)計(jì)的一種廉價(jià)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(gè)硬件地址產(chǎn)生器。派生的器件使用新的片內(nèi)存 儲(chǔ)器和外設(shè)來(lái)滿足全球電子市場(chǎng)上大范圍的應(yīng)用需要。 :根據(jù)量值傳遞的原理，我們可以用高一級(jí)別的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢定較低級(jí)別的測(cè)試裝置的精度。具體的措施是對(duì)于測(cè)試箱門(mén)和元件箱門(mén)的設(shè)計(jì)中采用密封磁條進(jìn)行密封，在鹽槽的的有機(jī)玻璃缸體和缸蓋采用橡皮膠條進(jìn)行密封，在鹽槽與導(dǎo)氣管、測(cè)試箱與導(dǎo)氣管的連接上采用氣體接頭進(jìn)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(duì)濕度范圍可以從 3 %到98%，其準(zhǔn)確度大約為 1%到 3% 。常見(jiàn)的靜態(tài)標(biāo)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(shí)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(diǎn) : ，因?yàn)橐谐浞值奈鼭駮r(shí)間 。 由于現(xiàn)存的濕度表示方法和單位相當(dāng)繁雜，同時(shí)因?yàn)闈穸冗@個(gè)量用實(shí)物來(lái)體現(xiàn)比較困難，因此，迄今為止國(guó)際上關(guān)于濕度及其單位還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，從而 30 也就無(wú)法根據(jù)定義來(lái)復(fù)現(xiàn)這個(gè)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(jī) 多路開(kāi)關(guān)控制板 溫度源 29 生物和有機(jī)體賴以生存的物質(zhì)，只要有水和生物的地方，其周?chē)目諝庵?或多或少的含有水汽，這是因?yàn)樗梢灾苯訌囊后w變化成氣體，這種現(xiàn)象我們稱之為汽化。適當(dāng)?shù)臏貪穸拳h(huán)境，使人們感覺(jué)舒適。實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容式濕度傳感器 C值、 Q值的測(cè)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(shè)備串行連接，也可以使用集線器 Hub ，把多個(gè)設(shè)備連接在一起，再同 PC 機(jī)的 USE 口相接。連接外設(shè)不必再打開(kāi)機(jī)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(shè)計(jì)模塊框圖 圖 3 5 是使用 MC U 5 1 系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的過(guò)程，外部正弦波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)濕度傳感器后，經(jīng)過(guò)調(diào)試電路，送往單片機(jī)的 A / D轉(zhuǎn)換通道，數(shù)據(jù)采樣處理后的結(jié)果經(jīng)過(guò)處理后，送往串口，由上位機(jī)顯示出測(cè)量值。 由式（ 317）可見(jiàn)，虛部測(cè)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(cè)量值。 對(duì)虛部進(jìn)行積分時(shí)，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(dá)式即測(cè)出 虛部積分的值。單片機(jī)電路用來(lái)控制濕度傳感器通道的切換、電子開(kāi)關(guān)K1 , K2 : 的閉合與斷開(kāi)和積分電路數(shù)據(jù)的采集與處理等。輸入信號(hào) V 。 因此，對(duì)濕度傳感器性能作出快速、準(zhǔn)確，有效的檢測(cè)是企業(yè)急待解決的問(wèn)題。紅外線濕度傳感器廣泛應(yīng)用于食品加工過(guò)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(fù)載，在電極表面上涂敷吸收濕膜，在吸附水汽后，測(cè)出頻率的變即可測(cè)出相對(duì)濕度值。已有很多理論和經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)描述 P I 和水復(fù)合物的介電性，并與試驗(yàn)結(jié)果作詳細(xì)比較，根據(jù) looyenga 的半經(jīng)驗(yàn)關(guān) 系式 : })([ 311311312 ???? ??? v （ 211） 式中的 和 : 分別為復(fù)合物、 P I 和水的 介電 常數(shù)， v 為 P I 吸水的體 積百分?jǐn)?shù) .濕度越大， P I 薄膜吸附的水分子越多， v 越大，復(fù)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(dāng)然，在P I 薄膜吸收或放出水分子時(shí)，也會(huì)引起薄膜厚度的變化，但因 P i 膜很薄，薄膜厚度的變化對(duì)電容值的影響比介電常數(shù)對(duì)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(duì)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(zhǎng)時(shí)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(yīng)即可測(cè)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(jī)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(shí)，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(duì)壓 ( 習(xí) P o ) 14 關(guān)系可由下式表示 : 式中： ?0 為真空介電常數(shù)： ?u 為相對(duì)濕度 U%RH 時(shí)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(jiǎn)單，但遲滯現(xiàn)象嚴(yán)重，故使用價(jià)值不大。電子傳感器配測(cè)濕儀器近年來(lái)發(fā)展極為迅速，應(yīng)用領(lǐng)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(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)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(diǎn)是流體的液相和氣相平衡的溫度點(diǎn)。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(yīng)速度低，在吸濕與脫濕過(guò)程中有遲滯現(xiàn)象。相對(duì)濕度是指濕氣中水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)與相同溫度和壓力條件下飽和水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)之百分比。外設(shè) USB 可把多達(dá) 127 個(gè)，外設(shè)同時(shí)連到用戶的系統(tǒng)上，所有的外設(shè)通過(guò)協(xié)議來(lái)共享 US B 的帶寬其 12 Mbps的帶寬，對(duì)于鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等低、中速外設(shè)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(guó)電氣工業(yè)學(xué)會(huì) ( 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(yīng)用最廣。 DS P 技術(shù)的應(yīng)用狀況 DSP 的發(fā)展己有 20 年歷史了 ,DSP 芯片己達(dá)到相當(dāng)高的水平， 每天都有新的 DSP 應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成功并走向市場(chǎng)，成為 IT產(chǎn)業(yè)中最活躍的領(lǐng)域。在智能儀器、信號(hào)處理以及工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域，都存在著數(shù)據(jù)的測(cè)量與控制問(wèn)題。隨著應(yīng)用的深入和擴(kuò)大， 我國(guó)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(guó)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(guān)。如 :為防止庫(kù)中的食品、武器彈藥、金屬材料等物品霉?fàn)€、生銹必須保證在干燥的環(huán)境中 。作為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大核心技術(shù)之一的傳感技術(shù)，將是當(dāng)今世界各國(guó)在高新技術(shù)發(fā)展方面爭(zhēng)奪的一 個(gè)重要領(lǐng)域。 plural voltage 4 目 錄 一 緒論???????????????????????????? 6 課題背景 ??????????????????????? 6 濕度測(cè)量在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用及意義 ????????? ?? 6 課題相關(guān)領(lǐng)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(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀 ???????????? 8 DS P 技術(shù)的應(yīng)用狀況 ???????????????? 9 通訊技術(shù)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(diǎn)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(duì)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(shè)計(jì)及測(cè)量原理 ????????????????????? 18 引言 ????????????????????????? 18 濕度傳感器測(cè)量原理 ?????????????????? 19 電容式濕度傳感器的等效形式及單元測(cè)量電路 ?????? 19 電容式濕度傳感器復(fù)數(shù)電壓法測(cè)量電路 ????????? 20 復(fù)數(shù)電壓法電容式濕度傳感器性能測(cè) 試數(shù)學(xué)模型的建立 ?? 20 基于 DS P 技術(shù)的復(fù)數(shù)電壓法測(cè)試數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用 ???? 24 硬件模塊的實(shí)現(xiàn)方案 ?????????????????? 25 5 通訊方式方案選擇 ??????????????????? 26 總體方案設(shè)計(jì) ????????????????????? 27 四 濕度源設(shè)計(jì) … ??????????????????????? 28 濕度的產(chǎn)生 ?????????????????????? 28 濕度標(biāo)準(zhǔn) ??????????????????????? 29 濕度 源設(shè)計(jì) ?????????????????????? 31 保證濕度源精度的必要措施 ??????????????? 33 五 硬件電路設(shè)計(jì)及編程… ??????????????????? 34 硬件電路設(shè)計(jì) ??