一种湿度检测系统

本技术涉及湿度检测领域，具体而言，是涉及一种saw湿度检测系统。

背景技术：

1、当前各行业越来越重视产品生产、物品管理和仓库存储环节，很多仓库存储着非常重要的物质，如:烟叶、纺丝、药材、食品等，维护仓储商品的质量完好，创造适宜于商品储存的环境便成为了各行各业产品储存所追求的目标。而湿度是影响商品储存的一个重要条件，当湿度过高时，商品容易出现潮解、变质等现象，而当湿度过低时，商品又会出现风干的现象，所以当仓库内部湿度适宜商品储存时，就要设法防止仓库外气候对仓库内的不利影响；当监控到仓库内湿度不适宜商品储存时，就要及时采取有效措施调节仓库内的湿度。因此，建立实时的湿度监控系统，保存完整的历史湿度数据都已经进入了行业规范，但是传统的湿度监控检测系统较为复杂，大多是单点、现场人工记录与控制，具有成本高、管理不便、与系统兼容性差、可扩展性差等缺点，已不能满足系统信息化、无人值守的需求。检测工序繁琐且检测出的数据精确度较低，并且在对产品进行检测时往往会损耗一定量的产品。

2、传感器是一种能将待测数据按固定规则转换为可用输出信号的设备，一般由敏感材料、转换元件和信号转换电路组成，其作为湿度检测的主要设备，广泛应用于我们的生活当中。现有的传感器有以下几个缺点：部分设备记录数据的准确性不足、实时监测功能不够完善；采用刚性材料，可旋转密闭空间或空间内部较小的药品存储环境不适，普适性较差；受传感器尺寸的限制，相关设备体积相对较大，导致用户体验不佳；设备续航能力较差，主要原因在于设备自身电池容量有限、传感器功耗大、数据传输功率消耗大。传感器产业的发展直接影响到各行各业的信息化、数字化水平，所以从传感器端进行技术突破和创新才能从根本上把握数字化的发展动力，并进一步推进万物互联的物联网建设。

3、在众多传感器当中，saw传感器是一类广泛应用的传感器，但是传统的saw传感器由叉指换能器、反射栅、内部天线、外部天线、湿敏薄膜、压电衬底和铝电极组成，其结构较为复杂、设计工序繁琐，利用传统saw传感器制作的湿度检测系统制作成本较高，不能适用于各种极端环境。并且其得出的数据要通过外部天线输出从而进行分析，技术方面需求高，检测工序难度大。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种湿度检测系统，该湿度检测系统由saw传感器、外部电路和上位机软件组成；saw传感器中包括输入叉指换能器、第一输出叉指换能器、第二输出叉指换能器、压电衬底和湿敏薄膜；外部电路由低通滤波电路、信号放大电路和usb-1252a多功能采集卡组成。

2、所述湿度检测系统中的湿敏薄膜位于第一输出叉指换能器的上表面，用于响应外部湿度变化，进一步所述湿敏薄膜采用二型醋酸纤维材料，该材料是一种人工合成的纤维材料，其回潮率大于6.5％，对于湿度的响应较为优越，使得第一输出叉指换能器上表面的湿敏薄膜能够更加灵敏的感应到外部湿度发生的变化，从而引起湿敏薄膜导电率等参数发生改变，进而影响声波信号在压电衬底上的传播，实现了信号传播时相位的改变。

3、所述湿度检测系统中的saw传感器中压电衬底采用poi材料，poi是一种以高阻硅作为基底、中层为氧化埋层，顶部是一层薄且均匀的铌酸锂单晶压电层。poi衬底相比传统的tc-saw和baw衬底，可以提供更高性能的谐振器，在品质因数、耦合系数、频率温度系数等各测量维度均有优势。

4、所述输入叉指换能器、第一输出叉指换能器和第二输出叉指换能器均设置于压电衬底的上端，用于将电磁信号与声波信号相互转换。其指条宽度和指条间隔相同且均为2mm±0.1mm，可以使得其声电转换率大于95％，从而保证了信号的完整性，使得测量出的数据更加可靠。

5、所述湿度检测系统中的外部电路与第一输出叉指换能器和第二输出换能器相连，采用控制变量的方法，所述第一输出叉指换能器上表面覆盖有湿敏薄膜，通过湿敏薄膜仅仅反应了湿度的影响，实现了对单个外部因素改变的测量，这使得整套装置的适用性得到极大提升，不会局限于某种特殊环境。

6、所述湿度检测系统中外部电路采用低通滤波电路，该电路分别与传感器的第一输出叉指换能器和第二输出叉指换能器相连接，用于滤除电磁信号中的干扰信号。

7、所述湿度检测系统中的外部电路中的信号放大电路芯片采用op07，由于op07具有最大为25μv的输入失调电压，所以op07在很多应用场合不需要额外的调零措施。op07同时具有±2na的低输入偏置电流和300v/mv的高开环增益的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得op07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面的应用。

8、所述湿度检测系统中的外部电路中的usb多功能数据采集卡采用usb-1252a,usb-1252a数据采集卡是一套高性价比的数据采集卡，其具有12-bit的垂直分辨率和最高500ksa/s的模拟采集能力，同时该数据采集卡拥有16个通道数字输出、16个通道数字输入和4通道计数器。由于该采集卡具有较高的采集率所以采用该采集卡可以提高电路对信号读取的精确度，确保实验数据的可靠性。

9、综上所述，在本实用新型专利中，在进行湿度测量时，先由外部输入信号输入正余弦的电信号，电信号传输至第一输入叉指换能器，由于压电效应的作用，电信号通过第一输入叉指换能器转换为声波信号，再在由压电衬底表面传播，信号传输至第一输出叉指换能器和第二输出叉指换能器，第一输出叉指换能器和第二输出叉指换能器通过逆压电效应将声波信号转换为电信号，再通过外部电路。通过外部电路时，首先经过一个低通滤波电路，排除干扰信号对实验产生的影响，再通过信号放大电路将电信号进行放大，接着利用usb-1252a采集卡对信号进行采集，采样后的信号传输至上位机软件，从上位机前面板可以读出信号。当湿度发生改变时，作为湿敏薄膜的二型醋酸纤维的膜层质量与导电率发生改变，进而影响了信号的传输速度，由于振荡频率变化和信号传播速度变化满足：△f/f＝△v/v,从而影响声波信号的频率发生漂移，频率发生飘移会导致相位发生改变。通过测量第一输出叉指换能器和第二输出叉指换能器输出的声波信号的相位变化引起输出时电信号的相位变化即可以计算出湿度发生的变化。为了避免其他因素如温度、外部气体等对检测结果产生的影响，该装置采用了双通道的模型结构，采用现有的对比分析方法，通过对比数据最后显示在上位机软件中信号的相位差，排除外界其他因素的干扰。使得该装置的抗干扰能力与使用性较强。另外，湿度传感器的湿敏薄膜采用二型醋酸纤维材料，该人造纤维对湿度的响应较好且制作成本低。

10、上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

技术特征：

1.一种湿度检测系统，其特征在于：由saw传感器、外部电路和上位机软件组成；所述saw传感器由湿敏薄膜、输入叉指换能器、第一输出叉指换能器、第二输出叉指换能器和压电衬底组成；所述湿敏薄膜覆盖于第一输出叉指换能器的上表面。

2.如权利要求1所述的湿度检测系统，其特征在于:所述外部电路由低通滤波电路、信号放大电路和usb多功能数据采集卡组成。

3.如权利要求1所述的湿度检测系统，其特征在于：所述系统中的第一输出叉指换能器、第二输出叉指换能器均与外部电路相连接。

4.如权利要求1所述的湿度检测系统，其特征在于：所述输入叉指换能器、第一输出叉指换能器和第二输出叉指换能器的指条宽度和指条间隔相同，间隔范围均为2mm±0.1mm。

5.如权利要求1所述的湿度检测系统，其特征在于：所述湿敏薄膜的纤维材料采用二型醋酸纤维。

6.如权利要求2所述的湿度检测系统，其特征在于：所述信号放大电路采用op07芯片。

7.如权利要求2所述的湿度检测系统，其特征在于：所述usb多功能数据采集卡采用usb-1252a。

技术总结
本技术公开了一种湿度检测系统，该系统包括SAW传感器、外部电路和上位机软件。SAW传感器包括输入叉指换能器、第一输出叉指换能器、第二输出叉指换能器、湿敏薄膜和压电衬底。SAW传感器中输入叉指换能器用于接收外部信号，第一输出叉指换能器和第二输出叉指换能器均与外部电路相连。湿敏薄膜位于第一输出叉指换能器的上表面。外部电路由低通滤波电路、信号放大电路和USB多功能数据采集卡组成。上位机软件用于处理与呈现USB多功能数据采集卡采集到的信号。SAW传感器结构简单、对信号的处理精确度高，外部电路采用USB多功能数据采集卡使得该系统对信号数据的读取更加准确。该湿度检测系统测量出的湿度数据精确度和分辨率高，数据实时性强，且抗干扰能力强，可以适用于多种环境。

技术研发人员：余宇炫,缪谨柒,程旭东,叶熙路,耿圆,赵子瑞
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：20230517
技术公布日：2024/1/15