一种湿度测量系统

本发明涉及高温、高湿、密闭环境下的湿度测量技术，特别是用于家电烹饪腔内的湿度测量技术，涉及一种吸附介质气液平衡、微波吸收衰减的防凝露湿度测量系统。

背景技术：

1、湿度一般是指某区域内水蒸气占空气的含量。对于密闭容器内部湿度的测量技术一直以来都是一个难点，特别是一些高温、带压、高湿的容器，以家电电器行业为例，随着近年来人们对烹饪要求的增高，对于烹饪食品的湿度控制有望取代目前的定时控制(例如微波炉)、定温控制(例如电饭锅)或定压控制(例如压力锅)，从而烹制出更符合人们口感的食物。然而对于密闭容器内部传统的湿度测量方法一般使用电学法，这种方法是基于电容、电阻或电解质介电常数等电学量受湿度的变化而进行测量，但要在密闭容器中进行长时间的湿度监测，其传感器内部会因产生凝结水附着在电阻或电容极板上产生极大误差甚至无法正常工作。

2、一些专利在密闭容器内对传感器使用离心、加热等方法进行除露处理，但是这些方法往往结构复杂、安装体积大、对能耗消耗较高，并且没有从根本上解决结露问题，因此，现有技术并不能很好地对于密闭容器中对湿度的连续测量，亟需研发一种新的适用于密闭容器下的湿度测量技术。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是提供一种湿度测量系统，以实现高温、高湿、密闭环境下的湿度测量。

2、本发明提供一种湿度测量系统，包括微波模块、感应模块和信号处理模块；

3、所述微波模块包括微波源、传输线、隔离器和射频放大器；

4、所述感应模块包括壳体、发射天线、接收天线和气液平衡转换器；

5、所述信号处理模块包括：功率幅值检波器、运算放大电路、ad转换电路、微处理器mcu和显示装置；

6、其中，

7、所述发射天线设有输入接口与微波模块连接，所诉接收天线设有输出接口与信号处理模块连接；

8、当待测容器环境湿度增加时，所述气液平衡转换器吸收容器离散水蒸气转换为液态水从而增加自身含水率，直到增大到与容器湿度平衡，所述微波模块生成的微波信号透射所述气液平衡转换器吸收的水分会产生衰减，信号处理模块通过检测微波信号的衰减功率计算气液平衡转换器的达到平衡状态的含水率后，再根据含水率和容器湿度的函数关系得到容器湿度；所述函数关系为：

9、

10、v表示气液平衡转换器体积；c表示通过微波测量的气液平衡转换器的含水率；kf为吸附平衡系数，与材质吸附水蒸汽能力有关，可通过实验标定；cx表示待测容器湿度；cx与c的差值表示平衡过程进行的方向；所述信号处理模块将所述感应模块的微波功率衰减变化转化为电信号的变化，并将转化电信号传输至微处理器mcu处理，处理后的信号发送到所述显示装置显示可视的湿度数字信息。

11、可选地，所述微波源与所述隔离器电连接，所述隔离器后端与所述射频放大器电连接，所述射频放大器后端与所述感应模块电连接。

12、可选地，所述的感应模块壳体采用耐温材料，包括陶瓷、玻璃、多晶硅板或聚酰亚胺。

13、可选地，所述发射天线和所述接收天线为微带天线；所述发射天线和所述接收天线通过内嵌的方式固定放置在所述壳体中；所述发射天线将微波信号从所述微波模块转换为空间中的自由波透射穿过所述气液平衡转换器由所述接收天线接收衰减后的信号。

14、可选地，所述的气液平衡转换器是由耐高温并具有强吸水性的材料组成；其表面设置多个凹槽，用来增加与容器中水蒸气的吸收面积，且所述凹槽方向垂直于微波传输方向。

15、可选地，所述信号处理模块输入接口为sma接口，与所述感应模块的所述接收天线相连；所述功率幅值检波器，将所述接收天线接收的微波信号转化为模拟电压信号；所述功率幅值检波器与运算放大电路连接，所述运算放大器放大信号后再与ad转换电路连接，所述ad转换电路将转化后的数字电压信号传输至微处理器mcu芯片。

16、可选地，所述信号信号处理模块的微处理器mcu芯片与屏幕连接；所述的信号处理模块的微处理器mcu芯片将处理后湿度信息发送到屏幕显示。

17、可选地，所述的信号处理模块微处理器mcu芯片存储湿度模型函数，根据输入电压信号换算成不同湿度。

18、本发明提供的技术方案与现有技术，至少具有如下有益效果：

19、使用气液平衡转换器主动将环境中游离水蒸气分子吸收为自身液态水，通过计算平衡态水的含量反映环境湿度，这样一来，将原本因游离水蒸气分子会在传感器表面聚集产生的凝露水被气液平衡转换器吸收到内部，大大降低了凝露的影响。基于此在长时间工作在高温高湿度环境下，系统也能够持续准确地测量湿度，误差较小。

20、与其他类型防凝露湿度传感器产品(使用离心机除去露珠、加热蒸发露珠等方法)相比，所带来的电源能耗要小很多，仅仅需要对微波源等能耗极小的模块进行供电即可，且结构简单、安装便捷。

21、本发明所提供的测量方法，利用微波信号功率的衰减变化测量湿度，微波信号具有对变化灵敏、响应快的特征，远大于传统湿度传感器的灵敏度，基于此能够准确地测量高温带压环境下的湿度变化，为用户提供更可靠的高温高湿度环境中的湿度数据。

技术特征：

1.一种湿度测量系统，其特征在于，包括微波模块、感应模块和信号处理模块；

2.根据权利要求1所述的湿度测量系统，其特征在于，所述微波源与所述隔离器电连接，所述隔离器后端与所述射频放大器电连接，所述射频放大器后端与所述感应模块电连接。

3.根据权利要求2所述的湿度测量系统，其特征在于，所述的感应模块壳体采用耐温材料，包括陶瓷、玻璃、多晶硅板或聚酰亚胺。

4.根据权利要求1所述的湿度测量系统，其特征在于，所述发射天线和所述接收天线为微带天线；所述发射天线和所述接收天线通过内嵌的方式固定放置在所述壳体中；所述发射天线将微波信号从所述微波模块转换为空间中的自由波透射穿过所述气液平衡转换器，由所述接收天线接收衰减后的信号。

5.根据权利要求4所述的湿度测量系统，其特征在于，所述的气液平衡转换器是由耐高温并具有强吸水性的材料组成；其表面设置多个凹槽，用来增加与容器中水蒸气的吸收面积，且所述凹槽方向垂直于微波传输方向。

6.根据权利要求1所述的湿度测量系统，其特征在于，所述信号处理模块输入接口为sma接口，与所述感应模块的所述接收天线相连；所述功率幅值检波器，将所述接收天线接收的微波信号转化为模拟电压信号；所述功率幅值检波器与运算放大电路连接，所述运算放大器放大信号后再与ad转换电路连接，所述ad转换电路将转化后的数字电压信号传输至微处理器mcu芯片。

7.根据权利要求6所述的湿度测量系统，其特征在于，所述信号信号处理模块的微处理器mcu芯片与屏幕连接；所述的信号处理模块的微处理器mcu芯片将处理后湿度信息发送到屏幕显示。

8.根据权利要求7所述的湿度测量系统，其特征在于，所述的信号处理模块微处理器mcu芯片存储湿度模型函数，根据输入电压信号换算成不同湿度。

技术总结本发明提供了一种湿度测量系统，包括微波模块、感应模块和信号处理模块；所述微波模块包括微波源、传输线、隔离器和射频放大器；所述感应模块包括壳体、发射天线、接收天线和气液平衡转换器；所述信号处理模块包括：功率幅值检波器、运算放大电路、AD转换电路、微处理器MCU和显示装置。利用本发明公开的湿度测量系统，可以将环境中游离水蒸气分子吸收为自身液态水，通过计算平衡态水的含量反映环境湿度，能够持续准确地测量湿度，误差较小；而且，微波信号具有对变化灵敏、响应快的特征，远大于传统湿度传感器的灵敏度，基于此能够准确地测量高温带压环境下的湿度变化，为用户提供更可靠的高温高湿度环境中的湿度数据。技术研发人员：赵小燕,张朝晖,李林奕,张天尧,王小雪,孙溥,张子凡,闫建峰,任建勇,梁亮受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1