抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器的制作方法

本发明涉及湿度传感器技术领域，更具体地说，涉及一种抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器。

背景技术：

湿度传感器按元件输出的电学量分类可分为：电阻式、电容式、频率式等；按材料则可分为：陶瓷式、有机高分子式、半导体式、电解质式等；按与水分子亲和力是否有关分为：水亲和力型湿度传感器和非水亲和力型。

水分子易于吸附在物体表面并渗透到固体内部的这种特性称为水分子亲和力，水分子附着或浸入湿敏功能材料后，通过物理吸附或化学吸附使功能材料的电性能产生变化，利用材料的阻抗等性质发生变化的应变规律制成湿敏元件。另外，利用某些材料吸湿、脱湿过程中不同的物理效应也可以测量湿度。

与水分子亲和力无关的湿度传感器称为非水分子亲和力型传感器，其主要的测量原理有：利用湿度不同的空气，其热传导不同的特性来测定湿度；利用微波或红外线在不同湿度的空气中传播时被吸收能量不同，传输损耗的能量与被测空气中的湿度有关以此来测定湿度。

目前，随着社会的发展，智能器具的普及，对传感器的需求越来越大，其中包括湿度传感器。湿度传感器，种类繁多，各有优缺点，但是有个普遍的问题：就是在高湿持续一段时间后或者受雨水淋湿后，传感器探头表面会凝结，待环境湿度下降后，探头表面水膜未干，传感器监测到的数据仍然处在高湿状态，与实际环境湿度存在较大误差。

目前，湿度传感器，存在两个问题，1.在高湿环境条件下吸湿材料内部或非吸湿材料表面在饱和湿度环境调价下，探头回有一定的凝结水，或者在受到外界淋水后探头会有水分，此时如果环境空气的湿度开始降低，但由于探头内部或表面的水分不能马上变干，有较大的滞后，所以测得的湿度就回明显偏高；如果此时环境湿度又较快地开始升高，那么环境湿度的降低升高就不能在传感器上客观地反映出来。2.传感应器表面灰尘等的累积会导致湿敏型探头的吸湿失真，或者导致微波、红外等通过空气中的吸收损耗量监测失真。这两个问题都会导致湿度传感器在特定条件下的较大误差，影响使用效果。

因此，现有技术亟待有很大的进步。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述的缺陷，提供一种抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器，包括：表面水抵消光路；表面水抵消光路光源；表面水抵消光路光源密封罩；监测光路；监测光路光源；监测光路光源密封罩；光程中灰尘补偿光路；光程中灰尘补偿光路光源；光程中灰尘补偿光路光源密封罩；传感器封装壳；表面水抵消光路两端固定件；表面水抵消光路两端固定件；表面水抵消光路滤光片；表面水抵消光路光敏元件；表面水抵消光路接收端密封罩；监测光路两端固定件；监测光路两端固定件；监测光路滤光片；监测光路光敏元件；监测光路接收端密封罩；光程中灰尘补偿光路两端固定件；光程中灰尘补偿光路两端固定件；光程中灰尘补偿光路滤光片；光程中灰尘补偿光路光敏元件；光程中灰尘补偿光路接收端密封罩，第一表面水抵消光路两端固定件和第二表面水抵消光路两端固定件形成的表面水抵消光路，表面水抵消光路光源固定在表面水抵消光路光源密封罩内部的外端，输入电源线和输出数据线留在表面水抵消光路光源密封罩外；表面水抵消光路光源密封罩与第一表面水抵消光路两端固定件和第二表面水抵消光路两端固定件直接连接，第一表面水抵消光路两端固定件和第二表面水抵消光路两端固定件为栅格或孔阵列的圆形网结构；第一表面水抵消光路两端固定件和第二表面水抵消光路两端固定件与表面水抵消光路接收端密封罩直接连接；表面水抵消光路滤光片固定于表面水抵消光路接收端密封罩内；表面水抵消光路光敏元件固定于表面水抵消光路接收端密封罩内部外端，位置在表面水抵消光路滤光片外边，输入电源线和输出数据线留在表面水抵消光路接收端密封罩外；

监测光路为第一监测光路两端固定件和第二监测光路两端固定件围成的空间；监测光路光源固定在监测光路光源密封罩内部的外端，输入电源线和输出数据线留在监测光路光源密封罩外；监测光路光源密封罩与第一监测光路两端固定件和第二监测光路两端固定件直接连接，第一监测光路两端固定件和第二监测光路两端固定件为栅格或孔阵列的圆形网结构；第一监测光路两端固定件和第二监测光路两端固定件与监测光路接收端密封罩直接连接；监测光路滤光片固定于表面水抵消光路接收端密封罩内；监测光路光敏元件固定于表面水抵消光路接收端密封罩内部外端，位置在监测光路滤光片外边，输入电源线和输出数据线留在监测光路接收端密封罩外；

光程中灰尘补偿光路为第一光程中灰尘补偿光路两端固定件和第二光程中灰尘补偿光路两端固定件围成的空间；光程中灰尘补偿光路光源固定在光程中灰尘补偿光路光源密封罩内部的外端，输入电源线和输出数据线留在光程中灰尘补偿光路光源密封罩外；光程中灰尘补偿光路光源密封罩与第一光程中灰尘补偿光路两端固定件和第二光程中灰尘补偿光路两端固定件直接连接，第一光程中灰尘补偿光路两端固定件和第二光程中灰尘补偿光路两端固定件为栅格或孔阵列的圆形网结构；第一光程中灰尘补偿光路两端固定件和第二光程中灰尘补偿光路两端固定件与光程中灰尘补偿光路接收端密封罩直接连接；光程中灰尘补偿光路滤光片固定于光程中灰尘补偿光路接收端密封罩内；光程中灰尘补偿光路光敏元件固定于光程中灰尘补偿光路接收端密封罩内部外端，位置在光程中灰尘补偿光路滤光片外边，输入电源线和输出数据线留在光程中灰尘补偿光路接收端密封罩外；

传感器封装壳两端内部与表面水抵消光路光源密封罩、监测光路光源密封罩、光程中灰尘补偿光路光源密封罩、表面水抵消光路接收端密封罩、监测光路接收端密封罩、光程中灰尘补偿光路接收端密封罩的外端相连，并将内部的电源线、数据线通过引出在传感器封装壳上形成电源接口和数据接口，传感器封装壳的包围第一表面水抵消光路两端固定件、第二表面水抵消光路两端固定件、第一监测光路两端固定件、第二监测光路两端固定件、第一光程中灰尘补偿光路两端固定件、第二光程中灰尘补偿光路两端固定件部分为栅格或阵列孔的网结构。

在本发明所述的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器中，所述光程中灰尘补偿光路与监测光路长度一致。

在本发明所述的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器中，使用水汽吸收峰红外光作为湿度测定媒介。

在本发明所述的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器中，所述监测光路、表面水抵消光路、光程中灰尘补偿光路的截面形状和截面积一致。

在本发明所述的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器中，所述表面水抵消光路光源密封罩、监测光路光源密封罩、光程中灰尘补偿光路光源密封罩形状一致，均为圆柱形，且与光路接触一侧为高透明材质。

在本发明所述的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器中，所述表面水抵消光路接收端密封罩、监测光路接收端密封罩、光程中灰尘补偿光路接收端密封罩形状一致，均为圆柱形，且与光路接触一侧为高透明材质。

在本发明所述的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器中，所述密封罩表面水抵消光路光源密封罩、监测光路光源密封罩、光程中灰尘补偿光路光源密封罩、表面水抵消光路接收端密封罩、监测光路接收端密封罩、光程中灰尘补偿光路接收端密封罩的截面与表面水抵消光路、监测光路、光程中灰尘补偿光路截面形状一致，且截面积相等。

在本发明所述的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器中，所述表面水抵消光路光源发出的光经过表面水抵消光路光源密封罩后，再经过表面水抵消光路再穿过表面水抵消光路接收端密封罩的一侧后再经过表面水抵消光路滤光片后被表面水抵消光路光敏元件接收。

在本发明所述的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器中，所述监测光路光源发出的光经过监测光路光源密封罩后再经过监测光路再穿过监测光路接收端密封罩的一侧后再经过监测光路滤光片后被监测光路光敏元件接收。

在本发明所述的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器中，所述光程中灰尘补偿光路光源发出的光经过光程中灰尘补偿光路光源密封罩后再经过光程中灰尘补偿光路再穿过光程中灰尘补偿光路接收端密封罩的一侧后再经过光程中灰尘补偿光路滤光片后被光程中灰尘补偿光路光敏元件接收。

实施本发明的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器，具有以下有益效果：湿度传感器能够去除探头表面水膜、灰尘干扰和环境中灰尘干扰。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器的第一实施例的模块示意图。

图中，1-表面水抵消光路；2-表面水抵消光路光源；3-表面水抵消光路光源密封罩；4-监测光路；5-监测光路光源；6-监测光路光源密封罩；7-光程中灰尘补偿光路；8-光程中灰尘补偿光路光源；9-光程中灰尘补偿光路光源密封罩；10-传感器封装壳；11-表面水抵消光路两端固定件；12-表面水抵消光路两端固定件；13-表面水抵消光路滤光片；14-表面水抵消光路光敏元件；15-表面水抵消光路接收端密封罩；16-监测光路两端固定件；17-监测光路两端固定件；18-监测光路滤光片；19-监测光路光敏元件20-监测光路接收端密封罩；21-光程中灰尘补偿光路两端固定件；22-光程中灰尘补偿光路两端固定件；23-光程中灰尘补偿光路滤光片；24-光程中灰尘补偿光路光敏元件；25-光程中灰尘补偿光路接收端密封罩。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器的第一实施例的模块示意图。如图1所示，在本发明第一实施例提供的抗凝结、抗灰尘免干扰湿度传感器中，至少包括，表面水抵消光路1；表面水抵消光路光源2；表面水抵消光路光源密封罩3；监测光路4；监测光路光源5；监测光路光源密封罩6；光程中灰尘补偿光路7；光程中灰尘补偿光路光源8；光程中灰尘补偿光路光源密封罩9；传感器封装壳10；表面水抵消光路两端固定件11；表面水抵消光路两端固定件12；表面水抵消光路滤光片13；表面水抵消光路光敏元件14；表面水抵消光路接收端密封罩15；监测光路两端固定件16；监测光路两端固定件17；监测光路滤光片18；监测光路光敏元件19；监测光路接收端密封罩20；光程中灰尘补偿光路两端固定件21；光程中灰尘补偿光路两端固定件22；光程中灰尘补偿光路滤光片23；光程中灰尘补偿光路光敏元件24；光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25，第一表面水抵消光路两端固定件11和第二表面水抵消光路两端固定件12形成的表面水抵消光路1，表面水抵消光路光源2固定在表面水抵消光路光源密封罩3内部的外端，输入电源线和输出数据线留在表面水抵消光路光源密封罩3外；表面水抵消光路光源密封罩3与第一表面水抵消光路两端固定件11和第二表面水抵消光路两端固定件12直接连接，第一表面水抵消光路两端固定件11和第二表面水抵消光路两端固定件12为栅格或孔阵列的圆形网结构；第一表面水抵消光路两端固定件11和第二表面水抵消光路两端固定件12与表面水抵消光路接收端密封罩15直接连接；表面水抵消光路滤光片13固定于表面水抵消光路接收端密封罩15内；表面水抵消光路光敏元件14固定于表面水抵消光路接收端密封罩15内部外端，位置在表面水抵消光路滤光片13外边，输入电源线和输出数据线留在表面水抵消光路接收端密封罩15外；

监测光路4为第一监测光路两端固定件16和第二监测光路两端固定件17围成的空间；监测光路光源5固定在监测光路光源密封罩6内部的外端，输入电源线和输出数据线留在监测光路光源密封罩6外；监测光路光源密封罩6与第一监测光路两端固定件16和第二监测光路两端固定件17直接连接，第一监测光路两端固定件16和第二监测光路两端固定件17为栅格或孔阵列的圆形网结构；第一监测光路两端固定件16和第二监测光路两端固定件17与监测光路接收端密封罩20直接连接；监测光路滤光片18固定于表面水抵消光路接收端密封罩15内；监测光路光敏元件19固定于表面水抵消光路接收端密封罩15内部外端，位置在监测光路滤光片18外边，输入电源线和输出数据线留在监测光路接收端密封罩20外；

光程中灰尘补偿光路7为第一光程中灰尘补偿光路两端固定件21和第二光程中灰尘补偿光路两端固定件22围成的空间；光程中灰尘补偿光路光源8固定在光程中灰尘补偿光路光源密封罩9内部的外端，输入电源线和输出数据线留在光程中灰尘补偿光路光源密封罩9外；光程中灰尘补偿光路光源密封罩9与第一光程中灰尘补偿光路两端固定件21和第二光程中灰尘补偿光路两端固定件22直接连接，第一光程中灰尘补偿光路两端固定件21和第二光程中灰尘补偿光路两端固定件22为栅格或孔阵列的圆形网结构；第一光程中灰尘补偿光路两端固定件21和第二光程中灰尘补偿光路两端固定件22与光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25直接连接；光程中灰尘补偿光路滤光片23固定于光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25内；光程中灰尘补偿光路光敏元件24固定于光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25内部外端，位置在光程中灰尘补偿光路滤光片23外边，输入电源线和输出数据线留在光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25外；

传感器封装壳10两端内部与表面水抵消光路光源密封罩3、监测光路光源密封罩6、光程中灰尘补偿光路光源密封罩9、表面水抵消光路接收端密封罩15、监测光路接收端密封罩20、光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25的外端相连，并将内部的电源线、数据线通过引出在传感器封装壳10上形成电源接口和数据接口，传感器封装壳10的包围第一表面水抵消光路两端固定件11、第二表面水抵消光路两端固定件12、第一监测光路两端固定件16、第二监测光路两端固定件17、第一光程中灰尘补偿光路两端固定件21、第二光程中灰尘补偿光路两端固定件22部分为栅格或阵列孔的网结构。

所述光程中灰尘补偿光路7与监测光路4长度一致。使用水汽吸收峰红外光作为湿度测定媒介。所述监测光路4、表面水抵消光路1、光程中灰尘补偿光路7的截面形状和截面积一致。所述表面水抵消光路光源密封罩3、监测光路光源密封罩6、光程中灰尘补偿光路光源密封罩9形状一致，均为圆柱形，且与光路接触一侧为高透明材质。所述表面水抵消光路接收端密封罩15、监测光路接收端密封罩20、光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25形状一致，均为圆柱形，且与光路接触一侧为高透明材质。所述密封罩表面水抵消光路光源密封罩3、监测光路光源密封罩6、光程中灰尘补偿光路光源密封罩9、表面水抵消光路接收端密封罩15、监测光路接收端密封罩20、光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25的截面与表面水抵消光路1、监测光路4、光程中灰尘补偿光路7截面形状一致，且截面积相等。所述表面水抵消光路光源2发出的光经过表面水抵消光路光源密封罩3后，再经过表面水抵消光路1再穿过表面水抵消光路接收端密封罩15的一侧后再经过表面水抵消光路滤光片13后被表面水抵消光路光敏元件14接收。所述监测光路光源5发出的光经过监测光路光源密封罩6后再经过监测光路4再穿过监测光路接收端密封罩20的一侧后再经过监测光路滤光片18后被监测光路光敏元件19接收。所述光程中灰尘补偿光路光源8发出的光经过光程中灰尘补偿光路光源密封罩9后再经过光程中灰尘补偿光路7再穿过光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25的一侧后再经过光程中灰尘补偿光路滤光片23后被光程中灰尘补偿光路光敏元件24接收。

表面水抵消光路光源2、监测光路光源5采用1.93μm波长的红外线光源水汽吸收峰；光程中灰尘补偿光路光源8采用1.80μm波长水汽基本不吸收的光源。

假设表面水抵消光路1的长度为L₁，监测光路4、光程中灰尘补偿光路7的长度为L2；表面水抵消光路光源2、监测光路光源5、光程中灰尘补偿光路光源8发出给定波长光的光强为I₀。

表面水抵消光路光源2发出的光经过表面水抵消光路光源密封罩3被表面水抵消光路光源密封罩3外表面水膜或者灰尘减弱后强度变为I₀₁₁，I₀₁₁经过长度为L₁的表面水抵消光路1后强度变为I₀₁₂到达表面水抵消光路接收端密封罩15外面，I₀₁₂穿过表面水抵消光路接收端密封罩15的一侧后受表面水抵消光路接收端密封罩15外表面上的水膜或灰尘影响，减弱为I₀₁₃，I₀₁₃经过表面水抵消光路滤光片13过滤掉其他非给定波长光后被表面水抵消光路光敏元件14接收。

监测光路光源5发出的光经过监测光路光源密封罩6被监测光路光源密封罩6外表面水膜或者灰尘减弱后强度变为I₀₂₁，I₀₂₁经过长度为L₂的监测光路4后强度变为I₀₂₂到达监测光路接收端密封罩20外面，I₀₂₂穿过监测光路接收端密封罩20的一侧后受监测光路接收端密封罩20外表面上的水膜或灰尘影响减弱为I₀₂₃，I₀₂₃经过监测光路滤光片18过滤掉其他非给定波长光后被监测光路光敏元件19接收。

光程中灰尘补偿光路光源8发出的光经过光程中灰尘补偿光路光源密封罩9被光程中灰尘补偿光路光源密封罩9外表面水膜或者灰尘减弱后强度变为I₀₃₁，I₀₃₁经过与监测光路4一样长度为L₂的光程中灰尘补偿光路7后变为I₀₃₂，I₀₃₂穿过光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25的一侧后受光程中灰尘补偿光路接收端密封罩25外表面上的水膜或灰尘影响减弱为I₀₃₃，I₀₃₃经过光程中灰尘补偿光路滤光片23过滤掉其他非给定波长光后被光程中灰尘补偿光路光敏元件24接收。

这些变量的关系为：

对于表面水抵消光路1发出的光有：

ε₁、ε₂分别为表面水抵消光路光源密封罩3与表面水抵消光路接收端密封罩15上的水膜和灰尘混合消光系数，x和y分别为与密封罩透光侧外表面水膜和灰尘厚度相关的系数，c为相对湿度。

由于表面水抵消光路光源密封罩3与监测光路光源密封罩6，表面水抵消光路接收端密封罩15与监测光路接收端密封罩20元件具有一致的材质和形状，物理化学性质一致，又处于一致的环境条件中，所以其上水膜和灰尘厚度可以假设一致。故，

对于监测光路光源5发出的光有：

综合上述六个算式，消去x和y，ε₁和ε₂，得出：

ln(I₀₂₃/I₀₁₃)＝kεc(L₁-L₂) (7)

即：

其中I₀₂₃、I₀₁₃分别为表面水抵消光路光敏元件14、监测光路光敏元件19上测得的光强，k为可以事先标定(或计算得出)的常数，ε为干空气消光系数，L₁、L₂为仪器制定后的已知长度。所以，可以根据(8)式测定出湿度。

为了消除光程中灰尘的影响，设置光程中灰尘补偿光路，光程中灰尘补偿光路光源8上以水汽基本不吸收的波长发射光，所以到达光程中灰尘补偿光路光敏元件24被测定之前损耗的光是被元件及光路上尘埃所吸收或反射损耗的光，可以用该路光的损耗量来补偿表面水抵消光路光源2、监测光路光源5元件发出光后在相应光路中受灰尘影响的损耗量。故，可以对(8)式中的I₀₂₃、I₀₁₃作如下修正：

I₀₂₃＝I₀₂₃+I₀-I₀₃₃ (9)

I₀₁₃＝I₀₁₃+(I₀-I₀₃₃)×L₁/L₂ (10)

利用(9)、(10)的修正可以消除光路中灰尘、尘埃的影响。

本发明通过以上实施例的设计，通过设置湿度传感器表面水抵消光路、表面水抵消光路与湿度监测光路存在光程差、设置光程中灰尘补偿光路，达到了抗凝结、抗灰尘免干扰的效果。

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。