【正文】 出現(xiàn)結(jié)果誤判的情況。通過對不同周期的信號進(jìn)行采樣并作累加運算，相當(dāng)于對該區(qū)間進(jìn)行積分，根據(jù)前面所述測試原理即可計算出電容式濕度傳感器的性能參數(shù):Q，C值。 采用了Texas Instruments的高速DS P處理芯片TMS320LF2407A作為主控’器件，用來完成整個系統(tǒng)的控制、測量、運算，輸出以及與上位機的通信。2. 使用求和運算代替積分運算，電路設(shè)計簡單，簡化了固件編程的代碼量:3. DS P本身自帶3 2 k FLASH，可擴展 32 k程序存儲器，32 k數(shù)據(jù)存儲器，不用仿真，程序直接下載運行，極大地方便了固件的調(diào)試。能夠?qū)崿F(xiàn)高速測量。考慮的問題有:能否產(chǎn)生較好的信號源 ( 最好頻率可調(diào)) 。溫度源MCU51單片機串口正弦波發(fā)生器信號源圖35以MCU51為核心的測量電路的實現(xiàn)過程圖3 6是采用D S P為核心的測量電路框圖，同上面5 1單片機測量過程相同，不同之處是少掉了正弦波發(fā)生器電路模塊，由于D S P是高速芯片，利用同步串口送出數(shù)字正弦波數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)經(jīng)過D / A轉(zhuǎn)換芯片之后，產(chǎn)生測量所需的正弦波，這個正弦波經(jīng)過濕度傳感器后，再經(jīng)過一系列的電路處理后，由D S P的 A/ D采樣，數(shù)據(jù)采樣處理后的結(jié)果送往串口，由上位機顯示出測量值。如圖 3 4 ，以測控電路為核心，控制濕度源通道的選擇，將數(shù)據(jù)采集處理后，同時將數(shù)據(jù)通過串口通訊發(fā)送到上位機 濕度源模塊 核心測控電路模塊 串口通訊模塊。 硬件模塊的實現(xiàn)方案 在本信息采集系統(tǒng) 硬件模塊中， 從功能 部件分，可以分為濕度源、 測控電路、通信接口三個部分。 至此，兩個參數(shù)C,Q都已求出。進(jìn)行實部測量時，將采樣時間的起點改在T/2時刻，在dsp控制下，在T/2至T時間段內(nèi)，對輸出 進(jìn)行采樣，在T至3T/2時間內(nèi)，對進(jìn)行采樣，由于和幅值相同，方向相反，所以兩個時間段的采樣值相同，表達(dá)式和虛部測量類似。 進(jìn)行虛部測量時，和上述積分時間段相同，在T / 4 至3 T / 4 時間段內(nèi)，對輸出進(jìn)行采樣，在3 T / 4 至5 T / 4 時間內(nèi)，對 進(jìn)行采樣，由 于 ，方向相反，所以兩個時間段的采樣值相同其表達(dá)式如下: （316）式中：n—總共采樣的周期個數(shù) 虛部測量值 修正值單次采樣結(jié)果： 由（313），（315）的推導(dǎo)，可得：= ( 317)式中：電容值C的修正系數(shù)。在上面的公式推導(dǎo)過程中，式（311），（312）直接測出，的值，根據(jù)（314）,(315)的公式推導(dǎo)，可求出電容值C，根據(jù)公式（38）Q=，可求出品質(zhì)參數(shù)值Q，至此，復(fù)數(shù)電壓法電容式濕度傳感器性能測試數(shù)學(xué)模型建立完成。同時，電容量C的測量也包含在此表達(dá)式中。 利用積分的對稱性，實部積分值為，表達(dá)式為： （39）其中：積分電阻，：積分電容，將式（33）式實部部分帶入（39）： （310）又帶入式（310）可得： （311）根據(jù)（311）式，即可求出實部積分的值。圖32 電容式濕度傳感器復(fù)數(shù)電壓法測量電路 從右圖實際濕度傳感器的測試結(jié)果中，可以看出，進(jìn)行虛部測量時的積分區(qū)間為（0T/2），進(jìn)行實部測量的積分區(qū)間為（T/4~3T/4）。( d)為對電容的虛部進(jìn)行整流后的波形。 如下圖 3 3是電容式濕度傳感器復(fù)數(shù)電壓法在上述測量電路中的波形圖，( a ) 表示正弦波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波波形 。經(jīng)過電子開關(guān) Kz后，也同樣進(jìn)入積分電路。 圖 3 2是電容式濕度傳感器復(fù)數(shù)電壓法測量的具體測量電路，其電路組成包括三個部分:微分電路、反相電路和積分電路。濕度傳感器的等效形式及其構(gòu)成的單元測量微分電路 （31）而 （32）將（31）代入（32）寫可得) (33)根據(jù)上式可得： （34） （35）令： （36）由于： Q= （37）根據(jù)（36），（37）可得 Q= （38） 即品質(zhì)因數(shù)Q的值為微分電路輸出的復(fù)數(shù)電壓虛部和實部的比值。 。濕度傳感器并不是一個純電容，它的等效形式 如圖 3 1虛線部分所示，相當(dāng)于一個電容和一個電阻的并聯(lián)〔 1 9 3 濕度傳感器構(gòu)成的單元測量微分電路由濕度傳感器Zc 與反饋電阻R : 構(gòu)成了一個有源微分電路。 濕度傳感器測量原理 目前濕度傳感器在生產(chǎn)過程中還停留在手工測試階段，存在很多問題，本節(jié)對電容式濕度傳感器進(jìn)行了詳細(xì)地分析，利用電容式濕度傳感器的等效形式，闡述了使用復(fù)數(shù)電壓法測量對濕度傳感器的測量過程，建立了復(fù)數(shù)電壓法電容式濕度傳感器性能測試數(shù)學(xué)模型。 4 . 測試接口3 . 2 濕度傳感器測量原理 目前濕度傳感器在生產(chǎn)過程中還停留在手工測試階段，存在很多問題，本節(jié)對電容式濕度傳感器進(jìn)行了詳細(xì)地分析，利用電容式濕度傳感器的等效形式，闡述了使用復(fù)數(shù)電壓法測量對濕度傳感器的測量過程，建立了復(fù)數(shù)電壓法電容式濕度傳感器性能測試數(shù)學(xué)模型。針對這些問題，設(shè)計目標(biāo)為: 1 . 提供一套高精度的濕度發(fā)生器，達(dá)到較高的性價比。 4 . 測試系統(tǒng)與硬件的接口形式單一，不能適應(yīng)計算機接口最新的發(fā)展。但目前對這些質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)的測試方法及手段存在以下幾個問題: 1 . 濕度源 ( 濕度發(fā)生裝置)昂貴，不能為普及測試提供方便及良好的條件: 2 . 檢測電路精度不高，易受外界散雜小電容的干擾。三方案設(shè)計及測量原理 高分子電容式濕度傳感器生產(chǎn)己達(dá)到一定的規(guī)模。 本章介紹了各種傳感器及其測量原理，重點闡述了電容式濕度傳感器，講述了其感濕機理，感濕材料和應(yīng)用場合，同時，本章還介紹了市場上出現(xiàn)的各種濕度傳感器，從干濕球濕度計、毛發(fā)濕度計和露點儀濕度傳感器到電子式濕度傳感器。分壓式濕度傳感器應(yīng)用于濕度大于 9 0 % R H特殊環(huán)中。 吸收式濕度傳感器是利用化學(xué)吸收劑或其它干燥劑，吸收濕氣體中水蒸直到完全干燥，然后測出水分的重量即可直接求出氣體的濕度。微式濕度傳感器，利用水汽吸收微波并使微波傳輸損耗發(fā)生變化的原理制成。 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，測出頻率的變即可測出相對濕度值。電磁波濕度傳感器有晶式、二極管型、微波式、聲表面波濕度傳感器等。在濕度化的空氣中，使用檢測絕對水分量的絕對濕度傳感器精度較好。封裝初測老練測試篩 產(chǎn)品入庫圖23 工藝流程圖 以上所述濕度傳感器主要測定相對濕度。制備濕度傳感器時，將聚酞亞胺調(diào)至合適濃度，成膜，并進(jìn)行水環(huán)化[ [ 1 7 1 。PI本身的介電常數(shù)很小，只有 ，而水的介電常數(shù)在室溫時為8 0 。元件采用聚酞亞胺( PI ) 為感濕材料，是將聚酞亞胺酸( P A ) 涂在基片上，經(jīng)亞胺化后制成的。 下面以聚酞亞胺膜作介質(zhì)的高分子電容式濕度傳感器為例介紹一下高分子電容式濕度傳感器。 高分子電容型濕度傳感器屬三層式結(jié)構(gòu)，即上層為方塊電極金屬膜層，中間是聚酞亞胺膜，下層是叉指狀電極金屬膜層，采用半導(dǎo)體硅片作為襯底材料[ l 61薄膜電容式濕度傳感器結(jié)構(gòu)如圖 220薄膜電容式濕度傳感器體積很小，高分子感濕膜很薄，并且將感濕電容制在基板上，基板起支撐感濕電容、增加機械強度的作用，可防止感濕膜伸縮及變形而使電容值發(fā)生變化，要求基板的材質(zhì)對水的反應(yīng)是惰性的，可用玻璃等材料制作。便于制造、容易實現(xiàn)小型化和集成化 ，其精度一般比濕敏電阻要低一 些。 與U 呈線性關(guān)系， 從而由 元件電 容量的 大小，即可決定環(huán)境中相對濕度的大小。 高分子濕度傳感器在結(jié)構(gòu)上等同于一個變介電參數(shù)的平板電容器，當(dāng)被測環(huán)境濕度變化時，感濕膜吸附水分子使電容器的介電參數(shù)增大。 其中 (26) （27） 式中:: ， 為相對濕度0 % R H時高分子的介電常數(shù):a , b 為常數(shù)。在低濕度下 ( 3 0 %R H以下)適用電容型濕度傳感器為宜。高分子有機介質(zhì)和陶瓷。主要缺點是抗高濕能力差， 長期穩(wěn)定性有待進(jìn)一步研究。電容型濕敏材料常見的還有聚苯乙烯、聚酞亞胺、酪酸醋酸纖維等感濕材料。 早期感濕膜多采用醋酸纖維素及其衍生物。該元件的基本結(jié)構(gòu)是在基片上鍍上一層梳狀金底部電極， 再涂上高分子感濕膜， 然后在膜上面鍍上另一層透水性好的金膜作為部電極。 半導(dǎo)體陶瓷型。半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器，金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料具有線性和熱穩(wěn)定性好，抗污染能力強，響應(yīng)時間短，壽命長，適用范圍寬等優(yōu)點因而這類傳感器發(fā)展很快、品種多，故特別適用于濕度的半自 動測量。高分子有機物濕度傳感器，它在氧化鋁基片上印刷固化了一對梳齒狀金電極，金電極表面涂敷了一層感濕膜組成的。 固體電解質(zhì)濕度傳感器，它在無堿玻璃襯底上涂敷氯化鏗電解質(zhì)組成濕敏電阻。 它是利用某些吸濕性能較好的物質(zhì)吸附水汽后，其電阻率變化的原理來測定相對濕度，一般在中濕度 ( 4 0 % 9 0 %R H)使用電阻型濕度傳感器。測量范圍有糧食存儲、食品加工與存儲、金屬表面、藥品、加工與存儲、工作間衛(wèi)生間、房屋建筑、大氣監(jiān)測等濕度測定。可分為電阻、電容、電解式，電阻與電容組合式，熱敏電阻式濕度傳感器等。液氮制冷成本低，實現(xiàn)容易，測量周期短，當(dāng)時存在的缺點是制冷過程不易做到連續(xù)，只能進(jìn)行單次測量 。目 前采用的制冷方式主要是半導(dǎo)體制冷和液氮制冷兩種。當(dāng)輻射源上形成冷凝時，輻射檢測器便測出粒子流中的水滴。電阻法的冷凝器是在絕緣材料的表面上鑲嵌金屬電極，發(fā)生冷凝時，表面的電阻就發(fā)生變化。光電法要求冷凝表面的拋光達(dá)到與鏡面一樣的反射度。最常用的測量露點的方法是將欲測其溫度的表面冷卻，直到露珠 ( 或霧)初次冷凝其上為止，這是，立即讀出表面溫度。在露點上，只存在飽和水蒸氣的一個值。 露點傳感器 露點傳感器是利用冷卻方法使氣體中的水汽達(dá)到飽和而結(jié)露，根據(jù)結(jié)露點的溫度來測量氣體中的相對濕度。 干濕球測濕法原理簡單，但其測量受到風(fēng)速、溫度計本身準(zhǔn)確度、大氣壓力測量準(zhǔn)確度等因素的影響，尤其是方程系數(shù)A值，取決于儀器結(jié)構(gòu)、使用條件等多種因素的影響。 蒸發(fā)式濕度傳感器 蒸發(fā)式濕度傳感器，一般稱為干濕球濕度計，由兩支完全相同的溫度計組成， 一支稱干球溫度計， 溫泡暴露在空 氣中， 測量環(huán)境溫度T，另一支溫計用特殊紗棉包裹與水容器相連保持濕潤，當(dāng)濕球周圍空氣處于不飽和狀態(tài)時，濕球紗棉上的水分就不斷蒸發(fā)，由于水分蒸發(fā)需要吸收熱量，從而使?jié)袂虻臏囟认陆禐闉楦蓾癫睿瑒t濕球吸收的熱量根據(jù)定壓比熱計算為 (21)式電 C ， 是以S 為質(zhì)量單位的 定壓比熱，M。實驗證明，濕度在9 0 以上時，毛發(fā)濕度計是不可靠的。伸縮式濕度傳感器在常溫測量中具有使用價值。 伸縮式濕度傳感器具有裝置簡單，使用方便等特點。毛發(fā)濕度傳感器是利用脫脂毛發(fā)的線性尺寸隨環(huán)境起的水汽含量而變的原理制成。 根據(jù)濕度測量原理的不同，將濕度傳感器給與不同的分類。 濕度測量中用到兩個很重要的參數(shù):絕對濕度和相對濕度，絕對濕度是指單位體積濕氣中水蒸氣的質(zhì)量。二 濕度傳感器 最早的濕度測量主要利用毛發(fā)或纖維在不同濕度下其長度發(fā)生變化，隨著社會需要向高精尖領(lǐng)域的發(fā)展，盡管這種濕度測量方法仍在使用，但己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足各種要求。而且還成為了所有微機外設(shè)包括鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機數(shù)字相機、掃描儀和游戲柄等等與主機相連的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之一，這種連接較以往普通并口parallel port和串口serial port的連接而言主要的優(yōu)點是速度高功耗低支持即 插即用Plug amp。已經(jīng)將 USB支持的帶寬提升到480 Mbps .USB允許外設(shè)在主機和其它外設(shè)工作時進(jìn)行連接配置使用及移除，即所謂的即插即用Plug amp。 2 .通用串行總線USB 當(dāng)今的計算機外部設(shè)備都在追求高速度和高通用性，為了滿足用戶的需求，日本 NEC 于 1994年 11月推出了 USB ( Universal Serial Bus )通用串行總線協(xié)議的第一個草案專用于低、中速的計算機。它的邏輯0規(guī)定為+5+15 V之間，邏輯1電平為5 ~ 15 V之間。它標(biāo)準(zhǔn)的信號傳輸速率最高只能達(dá)到20 kb/s ，最大傳輸距離僅為15 米。標(biāo)準(zhǔn)串行接口的電氣特性，有滿足可靠傳輸時的最大通信速度和傳輸距離指標(biāo)。RS 232串行總線，USE接口和并行接口，其中使用最常見，也是最方便的是前兩者。而且DSP的應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷地擴大，發(fā)展迅速異常。全球有5萬多客戶選用T I 定制的軟件開發(fā)環(huán)境，使他們能非常容易地將D S P綜合到他們的系統(tǒng)中去。今天絕大部分DSP的開發(fā)工具和DSP應(yīng)用產(chǎn)品并不是DSP芯片廠自己創(chuàng)造和研究，DSP芯片制造商的主要注意力放在改進(jìn)芯片設(shè)計、改革制造工藝，想法提高運算速度、增加功能、降低功耗、減小成本等方面，而不可能再花大力氣去從事開發(fā)工具、應(yīng)用軟件和實際應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)。也可以是數(shù)字信號( 如開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、事件捕獲、測頻計數(shù)等) ，測量結(jié)果經(jīng)模塊內(nèi)部A / D轉(zhuǎn)換后用R S 4 8 5 通訊方式經(jīng)屏蔽雙絞線送至主計算機進(jìn)行采集，用戶可根據(jù)需要采用相應(yīng)的軟件對采集到的信號進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)采集技術(shù)在許多場合，如航天、航空、通信、交通、郵電等都得到了大量的應(yīng)用。與此同時，將計算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將