專利名稱：基于電磁感應原理的濕度傳感器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，特別涉及基于電磁感應原理的濕度傳感器。
背景技術(shù)：
濕度作為一項重要環(huán)境參數(shù)，廣泛應用于氣象、環(huán)境監(jiān)測、航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其日常生活等各個領域。傳統(tǒng)測量方法與設備主要有干濕球溫度計、毛發(fā)濕度計和露點計等；隨著科技發(fā)展，涌現(xiàn)出大量新型濕度傳感器。濕度傳感器是指可用于檢測外界環(huán)境濕度的傳感器，其可將所測環(huán)境濕度轉(zhuǎn)換為便于處理、顯示、記錄的電(頻率)信號等。濕度傳感器按其工作原理和結(jié)構(gòu)形式主要分為電容式、電阻式和電流式等。與傳統(tǒng)環(huán)境濕度測定方法相比，濕度傳感器具有準確、實時和操作簡單等優(yōu)點；但其仍存在一定程度不足，主要表現(xiàn)為價格昂貴、體積大、長期穩(wěn)定性和精度差(時漂與溫漂現(xiàn)象嚴重)、壽命偏短、工作范圍有限和使用環(huán)境條件要求苛刻(如不宜用于高溫濕、靜電、輻射、酸/堿/灰塵及含有機溶劑等環(huán)境)等；現(xiàn)有的濕度傳感器適用性還有待改進，如微型濕度傳感器(專利號為ZL03131859.2)因采用電容電極而不宜使用于高濕環(huán)境中。隨著科技發(fā)展，科研、生產(chǎn)和生活等各個行業(yè)對傳感器性能要求越來越高，有必要研發(fā)適宜的新型、特種濕度傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補現(xiàn)有濕度傳感器工作范圍有限和特殊工作環(huán)境條件下測試精度偏低及其使用壽命偏短等不足，本發(fā)明提供了基于電磁感應原理的濕度傳感器。為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，包括交頻電源、電壓測試儀、數(shù)據(jù)盒、濕度感應頭和顯示器，濕度感應頭通過二芯電纜連接交頻電源，濕度感應頭通過四芯電纜連接電壓測試儀，電壓測試儀通過數(shù)據(jù)線連接數(shù)據(jù)盒，數(shù)據(jù)盒通過數(shù)據(jù)線連接顯示器?；陔姶鸥袘淼臐穸葌鞲衅饔山活l電源、電壓測試儀、數(shù)據(jù)盒、濕度感應頭和顯示器構(gòu)成，濕度感應頭通過二芯電纜連接交頻電源，也通過四芯電纜連接電壓測試儀，數(shù)據(jù)盒一端通過數(shù)據(jù)線連接顯示器，另一端通過數(shù)據(jù)線連接電壓測試儀。本發(fā)明是基于電磁感應原理，利用螺線管接通交頻電源時，其內(nèi)部瞬變的交流電會在其周圍產(chǎn)生交變的電磁場，相應的感應線圈內(nèi)會產(chǎn)生感應電動勢，因空氣濕度(或所含水汽)不同使得相應的空氣磁導率存在差別，進而導致磁場強度變化，這種差異可通過電壓測試儀來檢測感應線圈產(chǎn)生的感應電動勢來衡量，利用數(shù)據(jù)盒所存儲的空氣濕度與感應電動勢間的相應關系，即可間接獲得不同環(huán)境條件下濕度參數(shù)，并由顯示器實現(xiàn)可視化輸出。實施時將所述的濕度傳感器置于待測環(huán)境中，接通交頻電源，即可測試環(huán)境濕度。本發(fā)明實時、穩(wěn)定性好、使用范圍局限性小，彌補了現(xiàn)有濕度傳感器的不足，具有巨大的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。此外，本發(fā)明還可根據(jù)實際需要通過定期校準，達到延長使用目的。本發(fā)明可用于環(huán)境濕度檢測，尤其適用于長期存在腐蝕性強、揮發(fā)性有機物較多和高濕等惡劣環(huán)境中。本發(fā)明的特征還在于所述的交頻電源為不同頻率和強弱的交流電的配電變壓器。其作用是可根據(jù)實際需求提供不同頻率和強弱的交流電流，是整個裝置的供電系統(tǒng)。本發(fā)明的特征還在于所述的電壓測試儀為高精度交流電測試儀，其作用是用于測定感應線圈產(chǎn)生的感應電動勢，并向數(shù)據(jù)盒傳輸所測數(shù)據(jù)。本發(fā)明的特征還在于所述的數(shù)據(jù)盒可通過數(shù)據(jù)線連接電壓測試儀，并通過數(shù)據(jù)線連接顯示器，利用存儲的感應電動勢與濕度間的相應關系進行轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果輸出。本發(fā)明的特征還在于所述的顯示器為觸屏或非觸屏數(shù)顯式輸出顯示器，可用于顯示數(shù)據(jù)盒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)實現(xiàn)可視化，其為整個系統(tǒng)輸出終端。本發(fā)明的特征還在于所述的濕度感應頭包括筒體，筒體內(nèi)的下部設置有基座，基座向外伸出二芯電纜和四芯電纜，基座上設置有固定支架，固定支架上設置有感應線圈，感應線圈外分布有螺線管，筒體上部開口位置設置有防護網(wǎng)，防護網(wǎng)通過卡套卡固在筒體上部開口位置，防護網(wǎng)與筒體轉(zhuǎn)角部位還設置有橡膠密封圈。螺線管和感應線圈固定于固定支架上，螺線管兩端通過二芯電纜連接交頻電源，感應線圈兩端利用四芯電纜連接電壓測試儀，二芯電纜和四芯電纜由筒體底部穿入筒體，并與固定支架一起固定于筒體底部基座上，橡膠密封圈壓緊防護網(wǎng)周邊，并由卡套將其與筒體頂端外沿防水螺紋旋緊。實施時，通過二芯電纜連接螺線管和交頻電源，利用螺線管接通交頻電源時，其內(nèi)部瞬變的交流電會在其周圍產(chǎn)生變化電磁場，相應的感應線圈會產(chǎn)生感應電動勢，因空氣濕度(或所含水汽)不同使得相應的空氣磁導率存在差別，這種差異可通過電壓測試儀來檢測感應線圈產(chǎn)生的感應電動勢來表征，利用空氣中不同濕度與感應電動勢間的相應關系，即可間接獲得環(huán)境濕度參數(shù)。本發(fā)明基于場理念提出，彌補了傳統(tǒng)采用接觸或結(jié)合理念(如電容式濕度傳感器多基于濕敏元件上涂覆物質(zhì)與水反應或結(jié)合引起電容變化，電阻式濕度傳感器基于接觸或結(jié)合水引起的電阻改變)的不足，故可排除外界環(huán)境因素影響(如高濕、嚴寒或輻射等)，可滿足特定環(huán)境條件下長期穩(wěn)定工作要求。所述的筒體為銅或鋁類非磁性金屬、酚醛塑料、聚氨酯塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、有機硅樹脂和丙烯基樹脂及其改性聚合物樹脂類材料制成，起到保護整個感應部件和固定作用；所述的防護網(wǎng)為銅或鋁類非磁性金屬、碳纖維、粘膠纖維、錦綸、滌綸及芳綸纖維網(wǎng)經(jīng)硅氧烷或氟硅氧烷類疏水材料處理制成，起阻止外界大顆粒物質(zhì)進入筒內(nèi)和防護作用；所述的固定支架和基座是酚醛塑料、聚氨酯塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、有機硅樹脂和丙烯基樹脂及其改性樹脂類為機體制成，起固定和限位作用；所述的卡套是由防腐蝕金屬材料或有機聚合物制成，與防水螺紋共同起到密封和連接作用。本發(fā)明的特征還在于所述的螺線管為漆包線圈，通過二芯電纜連接外部交頻電源，接通電路后用以產(chǎn)生變化電磁場，是整個系統(tǒng)的激發(fā)部件。本發(fā)明的特征還在于所述的感應線圈為漆包線圈，通過四芯電纜連接電壓測試儀，用以檢測系統(tǒng)出現(xiàn)磁場強度變化，進而產(chǎn)生感應電動勢，是整個系統(tǒng)的協(xié)同部件。本發(fā)明的特征還在于所述的交頻電源、電壓測試儀、數(shù)據(jù)盒和顯示器可為單一儀器串聯(lián)使用，亦可組裝集成為一體，并通過四芯電纜和二芯電纜連接濕度感應頭，進而達到合理布局、簡化設備效果。本發(fā)明的特征還在于固定支架和基座采用酚醛塑料、聚氨酯塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、有機硅樹脂或者丙烯基樹脂作為機體制成，或者采用酚醛塑料、聚氨酯塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、有機硅樹脂或者丙烯基樹脂的改性樹脂為機體制成，起固定和限位作用。本發(fā)明的特征還在于交頻電源、電壓測試儀、數(shù)據(jù)盒和顯示器可為單一儀器串聯(lián)使用，亦可組裝集成為一體，并通過四芯電纜或/和二芯電纜連接濕度感應頭。本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明具有實時、穩(wěn)定性好、使用范圍局限性小，彌補了現(xiàn)有濕度傳感器的不足，還可根據(jù)實際需要通過定期校準，達到延長使用目的。2、采用本發(fā)明可長期測定腐蝕性強、揮發(fā)性有機物較多和高濕等惡劣環(huán)境中濕度參數(shù)。3、本發(fā)明基于電磁場原理提出，彌補了傳統(tǒng)采用接觸或結(jié)合理念(如電容式濕度傳感器多基于濕敏元件上涂覆物質(zhì)與水反應或結(jié)合引起電容變化，電阻式濕度傳感器基于接觸或結(jié)合水引起的電阻改變)的不足，故可排除外界環(huán)境因素影響(如高濕、嚴寒或輻射等)，可滿足特定環(huán)境條件下長期穩(wěn)定工作要求。


圖1為本發(fā)明實施例基于電磁感應原理的濕度傳感器的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的濕度感應頭結(jié)構(gòu)剖面圖；圖3為本發(fā)明的固定支架結(jié)構(gòu)示意圖；其中I為濕度感應頭，2為電壓測試儀，3為數(shù)據(jù)盒，4為橡膠密封圈，5為交頻電源，6為顯示器，7為數(shù)據(jù)線，8為二芯電纜，9為四芯電纜，10為防水螺紋，11為固定支架，12為螺線管，13為感應線圈，14為卡套，15為基座，16為防護網(wǎng)，17為筒體。
具體實施例方式下面實施例是對本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的進一步說明，但并非對本發(fā)明實質(zhì)內(nèi)容的限制。基于電磁感應原理的濕度傳感器包括交頻電源5、電壓測試儀2、數(shù)據(jù)盒3、濕度感應頭I和顯示器6，濕度感應頭I通過二芯電纜8連接交頻電源5，濕度感應頭I通過四芯電纜9連接電壓測試儀2，電壓測試儀2通過數(shù)據(jù)線7連接數(shù)據(jù)盒3，數(shù)據(jù)盒3通過數(shù)據(jù)線7連接顯示器6。圖1為本發(fā)明實施例基于電磁感應原理的濕度傳感器的平面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，濕度感應頭I通過二芯電纜8連接交頻電源5，也通過四芯電纜9連接電壓測試儀2，數(shù)據(jù)盒3 —端通過數(shù)據(jù)線7連接顯示器6，另一端通過數(shù)據(jù)線7連接電壓測試儀2。圖2為本發(fā)明的濕度傳感器頭剖面圖，如圖2所示，濕度感應頭I包括筒體17、防護網(wǎng)16、橡膠密封圈4、卡套14、防水螺紋10、固定支架11、螺線管12、感應線圈13、基座15、四芯電纜9和二芯電纜8，螺線管12和感應線圈13固定于固定支架11上，螺線管12兩端通過二芯電纜8連接交頻電源5，感應線圈13兩端利用四芯電纜9連接電壓測試儀2，二芯電纜8和四芯電纜9由筒體17的底部穿入，并與固定支架11 一起固定于筒體17底部的基座15上，橡膠密封圈4壓緊防護網(wǎng)16周邊，并由卡套14將其與筒體17的頂端外沿防水螺紋10旋緊。圖3為本發(fā)明的固定支架結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示，固定支架為圓柱體，下部為空心結(jié)構(gòu)，以便于與基座固定，固定支架圓柱體上設有豎向的突出構(gòu)造，可起到固定與限位作用。本發(fā)明的特征還在于所述的交頻電源5為不同頻率和強弱的交流電的配電變壓器，是整個裝置的供電系統(tǒng)。本發(fā)明的特征還在于所述的電壓測試儀2為高精度交流電測試儀，其作用是用于測定感應線圈13產(chǎn)生的感應電動勢，并向數(shù)據(jù)盒3傳輸所測數(shù)據(jù)。本發(fā)明的特征還在于所述的數(shù)據(jù)盒3可通過數(shù)據(jù)線連接電壓測試儀2，并通過數(shù)據(jù)線7連接顯示器6，利用存儲的感應電動勢與濕度間的相應關系進行轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果輸出。本發(fā)明的特征還在于所述的顯示器6為觸屏或非觸屏數(shù)顯式輸出顯示器，可用于顯示數(shù)據(jù)盒3傳輸?shù)臄?shù)據(jù)實現(xiàn)可視化，其為整個系統(tǒng)輸出終端。本發(fā)明的特征還在于所述的濕度感應頭I包括筒體17、防護網(wǎng)16、橡膠密封圈4、卡套14、防水螺紋10、固定支架11、螺線管12、感應線圈13、基座15、四芯電纜9和二芯電纜8，螺線管12和感應線圈13固定于固定支架11上，螺線管12兩端通過二芯電纜8連接交頻電源5，感應線圈13兩端利用四芯電纜9連接電壓測試儀2，二芯電纜8和四芯電纜9由筒體17的底部穿入，并與固定支架11 一起固定于筒體17底部基座15上，橡膠密封圈4壓緊防護網(wǎng)16周邊，并由卡套14將其與筒體17頂端外沿防水螺紋10旋緊。本發(fā)明的特征還在于所述的筒體17為銅或鋁類非磁性金屬、酚醛塑料、聚氨酯塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、有機硅樹脂和丙烯基樹脂及其改性聚合物樹脂類材料制成，起到保護整個感應部件和固定作用；所述的防護網(wǎng)16為銅或鋁類非磁性金屬、碳纖維、粘膠纖維、錦綸、滌綸及芳綸纖維網(wǎng)經(jīng)硅氧烷或氟硅氧烷類疏水材料處理制成，起阻止外界大顆粒物質(zhì)進入筒內(nèi)和防護作用；所述的固定支架11和基座15是酚醛塑料、聚氨酯塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、有機硅樹脂和丙烯基樹脂及其改性樹脂類為機體制成，起固定和限位作用；所述的卡套14是由防腐蝕金屬材料或有機聚合物制成，與防水螺紋10共同起到密封和連接作用。本發(fā)明的特征還在于所述的螺線管12為漆包線圈，通過二芯電纜8連接外部交頻電源5，接通電路后用以產(chǎn)生變化電磁場，是整個系統(tǒng)的激發(fā)部件。本發(fā)明的特征還在于所述的感應線圈13為漆包線圈，通過四芯電纜9連接電壓測試儀2，用以檢測系統(tǒng)出現(xiàn)磁場強度變化，進而產(chǎn)生感應電動勢，是整個系統(tǒng)的協(xié)同部件。本發(fā)明的特征還在于所述的交頻電源5、電壓測試儀2、數(shù)據(jù)盒3和顯示器6可為單一儀器串聯(lián)使用，亦可組裝集成為一體，并通過四芯電纜9和二芯電纜8連接濕度感應頭I，進而達到合理布局、簡化設備效果。實施時，通過二芯電纜8連接螺線管12和交頻電源5，利用螺線管12接通交頻電源5時，其內(nèi)部瞬變的交流電會在其周圍產(chǎn)生變化電磁場，相應的感應線圈13會產(chǎn)生感應電動勢，因空氣濕度(或所含水汽)不同使得相應的空氣磁導率存在差別，這種差異可通過電壓測試儀2來檢測感應線圈13產(chǎn)生的感應電動勢來表征，利用數(shù)據(jù)盒3所存儲的空氣濕度與感應電動勢間的相應關系，可間接獲得不同環(huán)境條件下濕度參數(shù)，并由顯示器6實現(xiàn)可視化輸出，進而測出環(huán)境濕度。
權(quán)利要求
1.基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，包括交頻電源、電壓測試儀、數(shù)據(jù)盒、濕度感應頭和顯示器，濕度感應頭通過二芯電纜連接交頻電源，濕度感應頭通過四芯電纜連接電壓測試儀，電壓測試儀通過數(shù)據(jù)線連接數(shù)據(jù)盒，數(shù)據(jù)盒通過數(shù)據(jù)線連接顯示器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的交頻電源為不同頻率和強弱的交流電的配電變壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的電壓測試儀為高精度交流電測試儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)盒通過導線連接電壓測試儀，數(shù)據(jù)盒可將電壓測試儀測試的感應電壓轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的顯示器為觸屏或非觸屏數(shù)顯式輸出顯示器，可顯示數(shù)據(jù)盒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的濕度感應頭包括筒體，筒體內(nèi)的下部設置有基座，基座向外伸出二芯電纜和四芯電纜，基座上設置有固定支架，固定支架上設置有感應線圈，感應線圈外分布有螺線管，筒體上部開口位置設置有防護網(wǎng)，防護網(wǎng)通過卡套卡固在筒體上部開口位置，防護網(wǎng)與筒體轉(zhuǎn)角部位還設置有橡膠密封圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的筒體為銅或鋁類非磁性金屬、酚醛塑料、聚氨酯塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、有機硅樹脂、丙烯基樹脂或/和改性聚合物樹脂類材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的防護網(wǎng)為銅類或鋁類非磁性金屬網(wǎng)、碳纖維網(wǎng)、粘膠纖維網(wǎng)、錦綸網(wǎng)、滌綸網(wǎng)或者芳綸纖維網(wǎng)經(jīng)硅氧烷類或氟硅氧烷類疏水材料處理制成，起防護作用。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的卡套是由防腐蝕金屬材料或有機聚合物制成，與防水螺紋共同起到密封和連接作用；或者螺線管為漆包線圈，用以產(chǎn)生變化電磁場；或者感應線圈為漆包線圈，起產(chǎn)生感應電動勢作用；或者固定支架和基座采用酚醛塑料、聚氨酯塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、有機硅樹脂或者丙烯基樹脂作為機體制成，或者采用酚醛塑料、聚氨酯塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、有機硅樹脂或者丙烯基樹脂的改性樹脂為機體制成，起固定和限位作用。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的交頻電源、電壓測試儀、數(shù)據(jù)盒和顯示器為單一儀器依次串聯(lián)使用，或者交頻電源、電壓測試儀、數(shù)據(jù)盒和顯示器組裝的方式集成為一體，并通過四芯電纜或/和二芯電纜連接濕度感應頭。
全文摘要
基于電磁感應原理的濕度傳感器，包括交頻電源、電壓測試儀、數(shù)據(jù)盒、濕度感應頭和顯示器，濕度感應頭通過二芯電纜連接交頻電源，也通過四芯電纜連接電壓測試儀，數(shù)據(jù)盒一端通過數(shù)據(jù)線連接顯示器，另一端數(shù)據(jù)線連接電壓測試儀。本發(fā)明實時、穩(wěn)定性好、使用范圍局限性小，彌補了現(xiàn)有濕度傳感器的不足，可長期應用于腐蝕性強、揮發(fā)性有機物較多和高濕等惡劣環(huán)境中，具有巨大的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。此外，本發(fā)明還可根據(jù)實際需要進行定期校準，達到延長使用壽命和保證精度目的。
文檔編號G01N27/76GK103175890SQ20131007135
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者劉鵬, 余志武, 蔣麗忠, 國巍, 宋力, 劉小潔 申請人:中南大學, 高速鐵路建造技術(shù)國家工程實驗室