專利名稱：基于電磁感應原理的濕度傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感器，特別涉及基于電磁感應原理的濕度傳感器。
背景技術：
濕度作為一項重要環(huán)境參數，廣泛應用于氣象、環(huán)境監(jiān)測、航天、工農業(yè)生產及其日常生活等各個領域。傳統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構形式主要分為電容式、電阻式和電流式等。與傳統環(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，主要表現為價格昂貴、體積大、長期穩(wěn)定性和精度差(時漂與溫漂現象嚴重)、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)明內容為了彌補現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，本實用新型提供了基于電磁感應原理的濕度傳感器。為了實現上述技術目的，本實用新型的技術方案是，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、數據盒、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，電壓測試儀通過數據線連接數據盒，數據盒通過數據線連接顯示器。基于電磁感應原理的濕度傳感器由交頻電源、電壓測試儀、數·據盒、濕度感應頭和顯示器構成，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，數據盒一端通過數據線連接顯示器，另一端通過數據線連接電壓測試儀。本實用新型是基于電磁感應原理，利用螺線管接通交頻電源時，其內部瞬變的交流電會在其周圍產生交變的電磁場，相應的感應線圈內會產生感應電動勢，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生的感應電動勢來衡量，利用數據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，并由顯示器實現可視化輸出。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。本實用新型實時、穩(wěn)定性好、使用范圍局限性小，彌補了現有濕度傳感器的不足，具有巨大的經濟、環(huán)境和社會效益。此外，本實用新型還可根據實際需要通過定期校準，達到延長使用目的。本實用新型可用于環(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。本實用新型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。本實用新型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生的感應電動勢，并向數據盒傳輸所測數據。本實用新型的特征還在于所述的數據盒可通過數據線連接電壓測試儀，并通過數據線連接顯示器，利用存儲的感應電動勢與濕度間的相應關系進行轉化，實現數據結果輸出。本實用新型的特征還在于所述的顯示器為觸屏或非觸屏數顯式輸出顯示器，可用于顯示數據盒傳輸的數據實現可視化，其為整個系統輸出終端。本實用新型的特征還在于所述的濕度感應頭包括筒體，筒體內的下部設置有基座，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，防護網通過卡套卡固在筒體上部開口位置，防護網與筒體轉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，其內部瞬變的交流電會在其周圍產生變化電磁場，相應的感應線圈會產生感應電動勢，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。本實用新型基于場理念提出，彌補了傳統采用接觸或結合理念(如電容式濕度傳感器多基于濕敏元件上涂覆物質與水反應或結合引起電容變化，電阻式濕度傳感器基于接觸或結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、滌綸及芳綸纖維網經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進入筒內和防護作用；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。本實用新型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，接通電路后用以產生變化電磁場，是整個系統的激發(fā)部件。本實用新型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，用以檢測系統出現磁場強度變化，進而產生感應電動勢，是整個系統的協同部件。本實用新型的特征還在于所述的交頻電源、電壓測試儀、數據盒和顯示器可為單一儀器串聯使用，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。本實用新型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。本實用新型的特征還在于交頻電源、電壓測試儀、數據盒和顯示器可為單一儀器串聯使用，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。本實用新型的有益效果是:1、本實用新型具有實時、穩(wěn)定性好、使用范圍局限性小，彌補了現有濕度傳感器的不足，還可根據實際需要通過定期校準，達到延長使用目的。2、采用本實用新型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。3、本實用新型基于電磁場原理提出，彌補了傳統采用接觸或結合理念(如電容式濕度傳感器多基于濕敏元件上涂覆物質與水反應或結合引起電容變化，電阻式濕度傳感器基于接觸或結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為本實用新型實施例基于電磁感應原理的濕度傳感器的平面結構示意圖；圖2為本實用新型的濕度感應頭結構剖面圖；圖3為本實用新型的固定支架結構示意圖；其中I為濕度感應頭，2為電壓測試儀，3為數據盒，4為橡膠密封圈，5為交頻電源，6為顯示器，7為數據 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，17為筒體。
具體實施方式
下面實施例是對本實用新型技術內容的進一步說明，但并非對本實用新型實質內容的限制。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、數據盒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通過數據線7連接數據盒3，數據盒3通過數據線7連接顯示器6。圖1為本實用新型實施例基于電磁感應原理的濕度傳感器的平面結構示意圖，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，數據盒3 —端通過數據線7連接顯示器6，另一端通過數據線7連接電壓測試儀2。圖2為本實用新型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為本實用新型的固定支架結構圖，如圖3所示，固定支架為圓柱體，下部為空心結構，以便于與基座固定，固定支架圓柱體上設有豎向的突出構造，可起到固定與限位作用。本實用新型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。本實用新型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產生的感應電動勢，并向數據盒3傳輸所測數據。本實用新型的特征還在于所述的數據盒3可通過數據線連接電壓測試儀2，并通過數據線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化，實現數據結果輸出。本實用新型的特征還在于所述的顯示器6為觸屏或非觸屏數顯式輸出顯示器，可用于顯示數據盒3傳輸的數據實現可視化，其為整個系統輸出終端。本實用新型的特征還在于所述的濕度感應頭I包括筒體17、防護網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。本實用新型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、滌綸及芳綸纖維網經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進入筒內和防護作用；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。本實用新型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，接通電路后用以產生變化電磁場，是整個系統的激發(fā)部件。本實用新型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，用以檢測系統出現磁場強度變化，進而產生感應電動勢，是整個系統的協同部件。本實用新型的特征還在于所述的交頻電源5、電壓測試儀2、數據盒3和顯示器6可為單一儀器串聯使用，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，其內部瞬變的交流電會在其周圍產生變化電磁場，相應的感應線圈13會產生感應電動勢，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產生的感應電動勢來表征，利用數據盒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，并由顯示器6實現可視化輸出，進而測出環(huán) 境濕度。
權利要求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、數據盒、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，電壓測試儀通過數據線連接數據盒，數據盒通過數據線連接顯示器。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求1所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的數據盒通過導線連接電壓測試儀。
5.根據權利要求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顯式輸出顯示器。
6.根據權利要求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，防護網通過卡套卡固在筒體上部開口位置，防護網與筒體轉角部位還設置有橡膠密封圈。
7.根據權利要求6所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的螺線管為漆包線圈。
8.根據權利要求6所述的基于電磁感應原理的濕度傳感器，其特征在于，所述的感應線圈為漆包線圈。
9.根據權利要求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、數據盒和顯示器為單一儀器依次串聯使用，或者交頻電源、電壓測試儀、數據盒和顯示器采用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。
專利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、數據盒、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，數據盒一端通過數據線連接顯示器，另一端數據線連接電壓測試儀。本實用新型實時、穩(wěn)定性好、使用范圍局限性小，彌補了現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，具有巨大的經濟、環(huán)境和社會效益。此外，本實用新型還可根據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G01N27/76GK203133023SQ201320102100
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權日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, 高速鐵路建造技術國家工程實驗室