一種海洋氣象要素溫濕度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種海洋氣象溫濕度傳感器領(lǐng)域，特別地涉及一種測(cè)量精度高、 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、接口靈活以及適用于海洋環(huán)境的海洋氣象要素溫濕度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 空氣溫度是表示空氣冷熱程度的物理量，以攝氏度（°C)為單位；空氣相對(duì)濕度是 表示空氣中實(shí)際所含水蒸汽的密度和同溫下飽和水蒸氣密度的百分比值，由于同氣壓下水 蒸汽密度與水蒸汽分壓成正比，所以相對(duì)濕度也等于實(shí)際水蒸氣分壓與當(dāng)時(shí)氣溫下的飽和 水汽壓之比，以百分?jǐn)?shù)（％)表示。
[0003] 測(cè)量溫度的儀器主要有干球溫度表、溫度計(jì)和鉑電阻溫度傳感器。其中，干濕球溫 度表是根據(jù)水銀(酒精）熱脹冷縮的特性制成的，觀測(cè)時(shí)必須保持視線和水銀(酒精）柱頂端 齊平，并且讀數(shù)動(dòng)作要迅速，以避免發(fā)生誤讀，影響溫度示數(shù)的準(zhǔn)確性；溫度計(jì)是由感應(yīng)部 分(雙金屬片)、傳遞放大部分(杠桿)、自記部分（自記鐘、紙、筆)組成，這種溫度計(jì)在嚴(yán)寒時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致自記鐘的軸上潤(rùn)滑油凍凝，發(fā)生停擺現(xiàn)象，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性；鉑電阻溫度傳感器是 根據(jù)鉑電阻的電阻值隨溫度變化的原理來測(cè)定溫度的，鉑電阻絲燒制在細(xì)小的玻璃棒或磁 板上，外面有金屬保護(hù)管，這種傳感器需經(jīng)常保持清潔、干燥。
[0004] 測(cè)量相對(duì)濕度的儀器主要有毛發(fā)濕度表、通風(fēng)干濕表和濕敏電容濕度傳感器。其 中，毛發(fā)濕度表是根據(jù)脫脂人發(fā)能隨空氣濕度大小而改變長(zhǎng)度的特性，用人發(fā)制成的測(cè)定 空氣相對(duì)濕度的儀器，這種傳感器容易受到高溫、高鹽等天氣的影響，使毛發(fā)變臟，影響測(cè) 量精度，需要定期清理；通風(fēng)干濕表的原理是溫度表球部裝在與風(fēng)扇相通的管形套管中，利 用機(jī)械或電動(dòng)通風(fēng)裝置，使風(fēng)扇獲得一定轉(zhuǎn)速使球部處于恒定速度的氣流中，以獲得測(cè)量 數(shù)據(jù)，但風(fēng)扇長(zhǎng)期旋轉(zhuǎn)易故障，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性；濕敏電容濕度傳感器是用有機(jī)高分子膜 作介質(zhì)的一種小型電容器，傳感器的頭部有保護(hù)濾紙，防止感應(yīng)元件被塵埃污染，每月應(yīng)拆 開傳感器頭部網(wǎng)罩，若污染嚴(yán)重應(yīng)更換新的濾紙，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性
[0005] 在海濱觀測(cè)規(guī)范中，氣象觀測(cè)項(xiàng)目主要有風(fēng)、氣壓、空氣溫度、相對(duì)濕度、海面有效 能見度、降水量、霧等氣象要素。船舶海洋水文氣象觀測(cè)項(xiàng)目包括氣壓、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)、 云、天氣現(xiàn)象、海面有效能見度等氣象要素。因此，氣溫和相對(duì)濕度是氣象觀測(cè)要素中的主 要要素。
[0006] 目前，國(guó)內(nèi)的溫度傳感器和相對(duì)濕度傳感器是相互獨(dú)立的，溫度傳感器是一個(gè)鉑 電阻，用戶使用時(shí)需設(shè)計(jì)溫度調(diào)理電路，接口電路復(fù)雜，使用不便；相對(duì)濕度傳感器還是傳 統(tǒng)的濕敏電容，這種器件不適用于海洋氣候環(huán)境，可靠性不高，易損壞。國(guó)外溫濕度傳感器 的輸出信號(hào)單一，無法滿足用戶對(duì)不同接口的需求。
[0007] 國(guó)內(nèi)外已有的溫濕度傳感器在性能上雖然可以基本滿足要求，但是存在如下缺 陷：機(jī)械部件易損壞、讀數(shù)準(zhǔn)確度低、接口電路復(fù)雜、環(huán)境適應(yīng)性差、維護(hù)保養(yǎng)過程繁瑣；除 此之外，國(guó)內(nèi)外已有的溫濕度傳感器的輸出信號(hào)單一，無法滿足用戶對(duì)不同接口的需求。因 此，為解決現(xiàn)有溫濕度傳感器存在的問題及缺陷，本實(shí)用新型提出一種海洋氣象要素溫濕 度傳感器，以適應(yīng)復(fù)雜惡劣的海洋環(huán)境以及用戶對(duì)不同接口的需求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 本實(shí)用新型針對(duì)陸地用溫濕度傳感器難以適應(yīng)海洋高溫、高濕、高鹽霧、高腐蝕的 海洋環(huán)境以及用戶接口靈活性需求的問題，提供一種測(cè)量精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、接口靈活 以及適用于海洋環(huán)境的海洋氣象要素溫濕度傳感器，具體技術(shù)方案如下：
[0009] 一種海洋氣象要素溫濕度傳感器，其特征在于：由溫濕度敏感器件、信號(hào)放大電 路、電壓轉(zhuǎn)換電流電路、串行通信電路、輸出信號(hào)選擇電路組成，其中，所述溫濕度敏感器件 分別與信號(hào)放大電路和串行通信電路連接，信號(hào)放大電路通過電壓轉(zhuǎn)換電流電路與輸出信 號(hào)選擇電路連接，串行通信電路與輸出信號(hào)選擇電路連接；所述溫濕度敏感器件根據(jù)溫度 和相對(duì)濕度的變化輸出變化的電壓信號(hào)，一路信號(hào)通過信號(hào)放大電路將電壓信號(hào)放大輸 出，然后通過電壓轉(zhuǎn)換電流電路將變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；另一路信號(hào)再通過串 行通信電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；最后通過輸出信號(hào)選擇電路按要求選擇輸出信號(hào)形式。
[0010] 所述信號(hào)放大電路由TLC2652運(yùn)算放大器及其外圍電路組成，溫濕度敏感器件的 輸出信號(hào)分為溫度信號(hào)和相對(duì)濕度信號(hào)，溫度信號(hào)直接進(jìn)入溫度回路的運(yùn)算放大器的同相 輸入端，相對(duì)濕度信號(hào)直接進(jìn)入相對(duì)濕度回路的運(yùn)算放大器的同相輸入端；通過反饋電阻 連接運(yùn)算放大器的輸出端；溫濕度敏感器件的輸出信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大電路的放大之后分別 進(jìn)入溫度和相對(duì)濕度回路的電壓轉(zhuǎn)換電流電路。
[0011] 所述電壓轉(zhuǎn)換電流電路有XTRlll轉(zhuǎn)換芯片、MOS管和PNP三極管組成，所述 XTRlll轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接PNP三極管運(yùn)算放大電路的輸出端，通過偏置電阻設(shè)定基礎(chǔ) 電壓值，進(jìn)而通過基準(zhǔn)電阻進(jìn)入轉(zhuǎn)換芯片的輸入端；轉(zhuǎn)換芯片的輸出信號(hào)通過MOS管和PNP 三極管連接輸出信號(hào)選擇電路。
[0012] 所述串行通信電路由MAX485轉(zhuǎn)換芯片和MAX232轉(zhuǎn)換芯片兩路轉(zhuǎn)換電路組成，所 述溫濕度敏感器件的輸出信號(hào)一方面通過MAX485轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為RS485電平，另一方面通 過MAX232轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為RS232電平，所述MAX485轉(zhuǎn)換芯片和MAX232轉(zhuǎn)換芯片的輸出信 號(hào)連接輸出信號(hào)選擇電路。
[0013] 所述輸出信號(hào)選擇電路由跳線選擇開關(guān)組成，一方面電壓轉(zhuǎn)換電流電路的輸出信 號(hào)連接輸出信號(hào)選擇電路，另一方面串行通信電路的輸出信號(hào)連接輸出信號(hào)選擇電路；通 過輸出信號(hào)選擇電路的跳線選擇開關(guān)可以按需選擇輸出信號(hào)形式，包括4-20mA電流信號(hào)、 RS485信號(hào)和MAX232信號(hào)。
[0014] 所述的溫濕度敏感器件、信號(hào)放大電路、電壓轉(zhuǎn)換電流電路、串行通信電路、輸出 信號(hào)選擇電路位于傳感器盒體內(nèi)，所述傳感器盒體采用注塑模具制造一次成型，敏感器件 位于盒體的頂端，敏感器件外的殼體由PVC材料制成的防鹽霧保護(hù)罩。
[0015] 傳感器的供電電壓范圍寬，可以滿足不同直流電壓值的需要。
[0016] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與積極效果如下：本實(shí)用新型滿足了海洋 對(duì)溫濕度傳感器環(huán)境適應(yīng)性的要求，并且滿足了用戶對(duì)溫濕度傳感器接口形式多樣性的需 求，本實(shí)用新型是一種適用于海洋環(huán)境的溫濕度傳感器，測(cè)量精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、接口 靈活。
[0017] 結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】后，本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)和有點(diǎn)將變 得更加清楚。
【附圖說明】
[0018] 為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)用新 型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1為本實(shí)用新型傳感器工作原理框圖；
[0020] 圖2為信號(hào)放大電路原理圖；
[0021] 圖3為電壓轉(zhuǎn)換電流電路原理圖；
[0022] 圖4為RS485串行通信電路原理圖；
[0023] 圖5為RS232串行通信電路原理圖；
[0024] 圖6為輸出信號(hào)選擇電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0026] 本實(shí)用新型傳感器針對(duì)陸地用溫濕度傳感器難以適應(yīng)海洋高溫、高鹽霧、高腐蝕 的海洋環(huán)境以及用戶接口靈活性需求的問題，研制了一種海洋氣象要素溫濕度傳感器，該 溫濕度傳感器能夠輸出4-20mA電流信號(hào)、RS485數(shù)字信號(hào)和RS232數(shù)字信號(hào)。
[0027] 本實(shí)用新型傳感器包括盒體及其內(nèi)部的硬件電路。盒體的上端裝有敏感器件， 敏感器件的外殼是由特殊PVC材料制成的防鹽霧保護(hù)罩，保護(hù)罩表面覆蓋特氟隆保護(hù)膜， 此保護(hù)罩可有效阻止粉塵、鹽霧及其他腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入保護(hù)罩內(nèi)，起到抗鹽霧、抗腐蝕等作 用，能有效保護(hù)敏感器件，并且該保護(hù)罩不含機(jī)械部件、抗高溫、免維護(hù)。
[0028] 本實(shí)用新型傳感器工作原理框圖如圖1所示，硬件電路均經(jīng)過溫度補(bǔ)償處理，包 括敏感器件、信號(hào)放大電路、電壓轉(zhuǎn)換電流電路、串行通信電路、輸出信號(hào)選擇電路。敏感器 件根據(jù)溫度和相對(duì)濕度的變化輸出變換的電壓信號(hào)，一路信號(hào)通過信號(hào)放大電路將電壓信 號(hào)放大輸出，然后通過電壓轉(zhuǎn)換電流電路將變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；另一路信號(hào) 再通過串行通信電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；最后通過輸出信號(hào)選擇電路按要求選