专利名称：基于电磁感应原理的湿度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，特别涉及基于电磁感应原理的湿度传感器。
背景技术：
湿度作为一项重要环境参数，广泛应用于气象、环境监测、航天、工农业生产及其日常生活等各个领域。传统测量方法与设备主要有干湿球温度计、毛发湿度计和露点计等；随着科技发展，涌现出大量新型湿度传感器。湿度传感器是指可用于检测外界环境湿度的传感器，其可将所测环境湿度转换为便于处理、显示、记录的电(频率)信号等。湿度传感器按其工作原理和结构形式主要分为电容式、电阻式和电流式等。与传统环境湿度测定方法相比，湿度传感器具有准确、实时和操作简单等优点；但其仍存在一定程度不足，主要表现为价格昂贵、体积大、长期稳定性和精度差(时漂与温漂现象严重)、寿命偏短、工作范围有限和使用环境条件要求苛刻(如不宜用于高温湿、静电、辐射、酸/碱/灰尘及含有机溶剂等环境)等；现有的湿度传感器适用性还有待改进，如微型湿度传感器(专利号为ZL03131859.2)因采用电容电极而不宜使用于高湿环境中。随着科技发展，科研、生产和生活等各个行业对传感器性能要求越来越高，有必要研发适宜的新型、特种湿度传感器。
发明内容
为了弥补现有湿度传感器工作范围有限和特殊工作环境条件下测试精度偏低及其使用寿命偏短等不足，本发明提供了基于电磁感应原理的湿度传感器。为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，包括交频电源、电压测试仪、数据盒、湿度感应头和显示器，湿度感应头通过二芯电缆连接交频电源，湿度感应头通过四芯电缆连接电压测试仪，电压测试仪通过数据线连接数据盒，数据盒通过数据线连接显示器。基于电磁感应原理的湿度传感器由交频电源、电压测试仪、数据盒、湿度感应头和显示器构成，湿度感应头通过二芯电缆连接交频电源，也通过四芯电缆连接电压测试仪，数据盒一端通过数据线连接显示器，另一端通过数据线连接电压测试仪。本发明是基于电磁感应原理，利用螺线管接通交频电源时，其内部瞬变的交流电会在其周围产生交变的电磁场，相应的感应线圈内会产生感应电动势，因空气湿度(或所含水汽)不同使得相应的空气磁导率存在差别，进而导致磁场强度变化，这种差异可通过电压测试仪来检测感应线圈产生的感应电动势来衡量，利用数据盒所存储的空气湿度与感应电动势间的相应关系，即可间接获得不同环境条件下湿度参数，并由显示器实现可视化输出。实施时将所述的湿度传感器置于待测环境中，接通交频电源，即可测试环境湿度。本发明实时、稳定性好、使用范围局限性小，弥补了现有湿度传感器的不足，具有巨大的经济、环境和社会效益。此外，本发明还可根据实际需要通过定期校准，达到延长使用目的。本发明可用于环境湿度检测，尤其适用于长期存在腐蚀性强、挥发性有机物较多和高湿等恶劣环境中。本发明的特征还在于所述的交频电源为不同频率和强弱的交流电的配电变压器。其作用是可根据实际需求提供不同频率和强弱的交流电流，是整个装置的供电系统。本发明的特征还在于所述的电压测试仪为高精度交流电测试仪，其作用是用于测定感应线圈产生的感应电动势，并向数据盒传输所测数据。本发明的特征还在于所述的数据盒可通过数据线连接电压测试仪，并通过数据线连接显示器，利用存储的感应电动势与湿度间的相应关系进行转化，实现数据结果输出。本发明的特征还在于所述的显示器为触屏或非触屏数显式输出显示器，可用于显示数据盒传输的数据实现可视化，其为整个系统输出终端。本发明的特征还在于所述的湿度感应头包括筒体，筒体内的下部设置有基座，基座向外伸出二芯电缆和四芯电缆，基座上设置有固定支架，固定支架上设置有感应线圈，感应线圈外分布有螺线管，筒体上部开口位置设置有防护网，防护网通过卡套卡固在筒体上部开口位置，防护网与筒体转角部位还设置有橡胶密封圈。螺线管和感应线圈固定于固定支架上，螺线管两端通过二芯电缆连接交频电源，感应线圈两端利用四芯电缆连接电压测试仪，二芯电缆和四芯电缆由筒体底部穿入筒体，并与固定支架一起固定于筒体底部基座上，橡胶密封圈压紧防护网周边，并由卡套将其与筒体顶端外沿防水螺纹旋紧。实施时，通过二芯电缆连接螺线管和交频电源，利用螺线管接通交频电源时，其内部瞬变的交流电会在其周围产生变化电磁场，相应的感应线圈会产生感应电动势，因空气湿度(或所含水汽)不同使得相应的空气磁导率存在差别，这种差异可通过电压测试仪来检测感应线圈产生的感应电动势来表征，利用空气中不同湿度与感应电动势间的相应关系，即可间接获得环境湿度参数。本发明基于场理念提出，弥补了传统采用接触或结合理念(如电容式湿度传感器多基于湿敏元件上涂覆物质与水反应或结合引起电容变化，电阻式湿度传感器基于接触或结合水引起的电阻改变)的不足，故可排除外界环境因素影响(如高湿、严寒或辐射等)，可满足特定环境条件下长期稳定工作要求。所述的筒体为铜或铝类非磁性金属、酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂和丙烯基树脂及其改性聚合物树脂类材料制成，起到保护整个感应部件和固定作用；所述的防护网为铜或铝类非磁性金属、碳纤维、粘胶纤维、锦纶、涤纶及芳纶纤维网经硅氧烷或氟硅氧烷类疏水材料处理制成，起阻止外界大颗粒物质进入筒内和防护作用；所述的固定支架和基座是酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂和丙烯基树脂及其改性树脂类为机体制成，起固定和限位作用；所述的卡套是由防腐蚀金属材料或有机聚合物制成，与防水螺纹共同起到密封和连接作用。本发明的特征还在于所述的螺线管为漆包线圈，通过二芯电缆连接外部交频电源，接通电路后用以产生变化电磁场，是整个系统的激发部件。本发明的特征还在于所述的感应线圈为漆包线圈，通过四芯电缆连接电压测试仪，用以检测系统出现磁场强度变化，进而产生感应电动势，是整个系统的协同部件。本发明的特征还在于所述的交频电源、电压测试仪、数据盒和显示器可为单一仪器串联使用，亦可组装集成为一体，并通过四芯电缆和二芯电缆连接湿度感应头，进而达到合理布局、简化设备效果。本发明的特征还在于固定支架和基座采用酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂或者丙烯基树脂作为机体制成，或者采用酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂或者丙烯基树脂的改性树脂为机体制成，起固定和限位作用。本发明的特征还在于交频电源、电压测试仪、数据盒和显示器可为单一仪器串联使用，亦可组装集成为一体，并通过四芯电缆或/和二芯电缆连接湿度感应头。本发明的有益效果是:1、本发明具有实时、稳定性好、使用范围局限性小，弥补了现有湿度传感器的不足，还可根据实际需要通过定期校准，达到延长使用目的。2、采用本发明可长期测定腐蚀性强、挥发性有机物较多和高湿等恶劣环境中湿度参数。3、本发明基于电磁场原理提出，弥补了传统采用接触或结合理念(如电容式湿度传感器多基于湿敏元件上涂覆物质与水反应或结合引起电容变化，电阻式湿度传感器基于接触或结合水引起的电阻改变)的不足，故可排除外界环境因素影响(如高湿、严寒或辐射等)，可满足特定环境条件下长期稳定工作要求。
图1为本发明实施例基于电磁感应原理的湿度传感器的平面结构示意图；图2为本发明的湿度感应头结构剖面图；图3为本发明的固定支架结构示意图；其中I为湿度感应头，2为电压测试仪，3为数据盒，4为橡胶密封圈，5为交频电源，6为显示器，7为数据线，8为二芯电缆，9为四芯电缆，10为防水螺纹，11为固定支架，12为螺线管，13为感应线圈，14为卡套，15为基座，16为防护网，17为筒体。
具体实施例方式下面实施例是对本发明技术内容的进一步说明，但并非对本发明实质内容的限制。基于电磁感应原理的湿度传感器包括交频电源5、电压测试仪2、数据盒3、湿度感应头I和显示器6，湿度感应头I通过二芯电缆8连接交频电源5，湿度感应头I通过四芯电缆9连接电压测试仪2，电压测试仪2通过数据线7连接数据盒3，数据盒3通过数据线7连接显示器6。图1为本发明实施例基于电磁感应原理的湿度传感器的平面结构示意图，如图1所示，湿度感应头I通过二芯电缆8连接交频电源5，也通过四芯电缆9连接电压测试仪2，数据盒3 —端通过数据线7连接显示器6，另一端通过数据线7连接电压测试仪2。图2为本发明的湿度传感器头剖面图，如图2所示，湿度感应头I包括筒体17、防护网16、橡胶密封圈4、卡套14、防水螺纹10、固定支架11、螺线管12、感应线圈13、基座15、四芯电缆9和二芯电缆8，螺线管12和感应线圈13固定于固定支架11上，螺线管12两端通过二芯电缆8连接交频电源5，感应线圈13两端利用四芯电缆9连接电压测试仪2，二芯电缆8和四芯电缆9由筒体17的底部穿入，并与固定支架11 一起固定于筒体17底部的基座15上，橡胶密封圈4压紧防护网16周边，并由卡套14将其与筒体17的顶端外沿防水螺纹10旋紧。图3为本发明的固定支架结构图，如图3所示，固定支架为圆柱体，下部为空心结构，以便于与基座固定，固定支架圆柱体上设有竖向的突出构造，可起到固定与限位作用。本发明的特征还在于所述的交频电源5为不同频率和强弱的交流电的配电变压器，是整个装置的供电系统。本发明的特征还在于所述的电压测试仪2为高精度交流电测试仪，其作用是用于测定感应线圈13产生的感应电动势，并向数据盒3传输所测数据。本发明的特征还在于所述的数据盒3可通过数据线连接电压测试仪2，并通过数据线7连接显示器6，利用存储的感应电动势与湿度间的相应关系进行转化，实现数据结果输出。本发明的特征还在于所述的显示器6为触屏或非触屏数显式输出显示器，可用于显示数据盒3传输的数据实现可视化，其为整个系统输出终端。本发明的特征还在于所述的湿度感应头I包括筒体17、防护网16、橡胶密封圈4、卡套14、防水螺纹10、固定支架11、螺线管12、感应线圈13、基座15、四芯电缆9和二芯电缆8，螺线管12和感应线圈13固定于固定支架11上，螺线管12两端通过二芯电缆8连接交频电源5，感应线圈13两端利用四芯电缆9连接电压测试仪2，二芯电缆8和四芯电缆9由筒体17的底部穿入，并与固定支架11 一起固定于筒体17底部基座15上，橡胶密封圈4压紧防护网16周边，并由卡套14将其与筒体17顶端外沿防水螺纹10旋紧。本发明的特征还在于所述的筒体17为铜或铝类非磁性金属、酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂和丙烯基树脂及其改性聚合物树脂类材料制成，起到保护整个感应部件和固定作用；所述的防护网16为铜或铝类非磁性金属、碳纤维、粘胶纤维、锦纶、涤纶及芳纶纤维网经硅氧烷或氟硅氧烷类疏水材料处理制成，起阻止外界大颗粒物质进入筒内和防护作用；所述的固定支架11和基座15是酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂和丙烯基树脂及其改性树脂类为机体制成，起固定和限位作用；所述的卡套14是由防腐蚀金属材料或有机聚合物制成，与防水螺纹10共同起到密封和连接作用。本发明的特征还在于所述的螺线管12为漆包线圈，通过二芯电缆8连接外部交频电源5，接通电路后用以产生变化电磁场，是整个系统的激发部件。本发明的特征还在于所述的感应线圈13为漆包线圈，通过四芯电缆9连接电压测试仪2，用以检测系统出现磁场强度变化，进而产生感应电动势，是整个系统的协同部件。本发明的特征还在于所述的交频电源5、电压测试仪2、数据盒3和显示器6可为单一仪器串联使用，亦可组装集成为一体，并通过四芯电缆9和二芯电缆8连接湿度感应头I，进而达到合理布局、简化设备效果。实施时，通过二芯电缆8连接螺线管12和交频电源5，利用螺线管12接通交频电源5时，其内部瞬变的交流电会在其周围产生变化电磁场，相应的感应线圈13会产生感应电动势，因空气湿度(或所含水汽)不同使得相应的空气磁导率存在差别，这种差异可通过电压测试仪2来检测感应线圈13产生的感应电动势来表征，利用数据盒3所存储的空气湿度与感应电动势间的相应关系，可间接获得不同环境条件下湿度参数，并由显示器6实现可视化输出，进而测出环境湿度。
权利要求
1.基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，包括交频电源、电压测试仪、数据盒、湿度感应头和显示器，湿度感应头通过二芯电缆连接交频电源，湿度感应头通过四芯电缆连接电压测试仪，电压测试仪通过数据线连接数据盒，数据盒通过数据线连接显示器。
2.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，所述的交频电源为不同频率和强弱的交流电的配电变压器。
3.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，所述的电压测试仪为高精度交流电测试仪。
4.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，所述的数据盒通过导线连接电压测试仪，数据盒可将电压测试仪测试的感应电压转化为相应的数据。
5.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，所述的显示器为触屏或非触屏数显式输出显示器，可显示数据盒传输的数据。
6.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，所述的湿度感应头包括筒体，筒体内的下部设置有基座，基座向外伸出二芯电缆和四芯电缆，基座上设置有固定支架，固定支架上设置有感应线圈，感应线圈外分布有螺线管，筒体上部开口位置设置有防护网，防护网通过卡套卡固在筒体上部开口位置，防护网与筒体转角部位还设置有橡胶密封圈。
7.根据权利要求6所述的基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，所述的筒体为铜或铝类非磁性金属、酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂、丙烯基树脂或/和改性聚合物树脂类材料制成。
8.根据权利要求6所述的基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，所述的防护网为铜类或铝类非磁性金属网、碳纤维网、粘胶纤维网、锦纶网、涤纶网或者芳纶纤维网经硅氧烷类或氟硅氧烷类疏水材料处理制成，起防护作用。
9.根据权利要求6所述的基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，所述的卡套是由防腐蚀金属材料或有机聚合物制成，与防水螺纹共同起到密封和连接作用；或者螺线管为漆包线圈，用以产生变化电磁场；或者感应线圈为漆包线圈，起产生感应电动势作用；或者固定支架和基座采用酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂或者丙烯基树脂作为机体制成，或者采用酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂或者丙烯基树脂的改性树脂为机体制成，起固定和限位作用。
10.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的湿度传感器，其特征在于，所述的交频电源、电压测试仪、数据盒和显示器为单一仪器依次串联使用，或者交频电源、电压测试仪、数据盒和显示器组装的方式集成为一体，并通过四芯电缆或/和二芯电缆连接湿度感应头。
全文摘要
基于电磁感应原理的湿度传感器，包括交频电源、电压测试仪、数据盒、湿度感应头和显示器，湿度感应头通过二芯电缆连接交频电源，也通过四芯电缆连接电压测试仪，数据盒一端通过数据线连接显示器，另一端数据线连接电压测试仪。本发明实时、稳定性好、使用范围局限性小，弥补了现有湿度传感器的不足，可长期应用于腐蚀性强、挥发性有机物较多和高湿等恶劣环境中，具有巨大的经济、环境和社会效益。此外，本发明还可根据实际需要进行定期校准，达到延长使用寿命和保证精度目的。
文档编号G01N27/76GK103175890SQ20131007135
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者刘鹏, 余志武, 蒋丽忠, 国巍, 宋力, 刘小洁 申请人:中南大学, 高速铁路建造技术国家工程实验室