本发明涉及一种湿度感测方法及其电路。
背景技术：
：：近年来由于高科技产业相关领域蓬勃发展，电子产品或是各类精密仪器所置放环境的湿度控制更显重要，故用以检测湿度的湿度感测电路已成为人类生活中不可或缺的一部分。现有的湿度感测电路主要可分为电阻式与电容式，电阻式湿度感测电路中所使用的湿度感测器可根据环境中的相对湿度变化而具有对应的电阻值，且电阻值与相对湿度之间是呈对数关系，湿度感测电路包含信号处理电路可根据前述电阻值产生对应的相对湿度。于此，电阻值可能变化的范围相当地宽广，使信号处理上较为复杂，导致前述信号处理电路在电路设计上较为困难。此外，以湿度感测器测量湿度时，湿度感测器所接收的电流不可为直流，因方向固定的直流电流会导致湿度感测器中的感湿材料内的水分子电解，进而导致湿度感测器的电导率因电解而逐渐下降，导致湿度感测器的电阻值无法正确地反应出相对湿度的变化。因此，一般施加于湿度感测器的电压都采用交流电压或方波以产生方向非固定的电流。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提出一种湿度感测方法及其电路。在一实施例中，一种湿度感测电路包含直流电压源、对数放大器、湿度感测器及信号处理模块。直流电压源用于产生直流电压，湿度感测器根据直流电压产生检测信号，对数放大器连接于湿度感测器，对数放大器用于根据湿度感测器产生的检测信号进行对数运算以产生输出电压，信号处理模块电性连接于对数放大器，信号处理模块根据输出电压产生空气的相对湿度。在一实施例中，对数放大器包含二极管与运算放大器，且二极管电性连接 于运算放大器的负输入端与输出端之间。在一实施例中，湿度感测电路更包含开关模块连接于前述直流电压源、湿度感测器及运算放大器的负输入端，对数放大器经由开关模块的导通状态于第一信号方向及第二信号方向接收检测信号来产生输出电压。在一实施例中，前述开关模块包含第一开关、第二开关、第三开关及第四开关，湿度感测器的一端连接于第一开关与第四开关，湿度感测器的另一端连接于第二开关与第三开关，第一开关与第三开关连接于直流电压源，第二开关与第四开关连接于运算放大器的负输入端，于第一开关与第二开关导通期间，第一开关、湿度感测器与第二开关形成具第一信号方向的第一信号路径，对数放大器经由第一信号路径接收检测信号，于第三开关与第四开关导通期间，第三开关、湿度感测器与第四开关形成具第二信号方向的第二信号路径，对数放大器经由第二信号路径接收检测信号。在一实施例中，对数放大器包含双载子接面晶体管与运算放大器，双载子接面晶体管电性连接于运算放大器的负输入端与输出端之间，运算放大器的输出端输出前述的输出电压。在一实施例中，运算放大器的正输入端接收参考电压，运算放大器根据下式产生输出电压，其中V2代表输出电压，V3代表参考电压，VT代表热电压，V1代表前述的直流电压，Is代表二极管的逆向饱和电流，R代表湿度感测器的电阻值。在一实施例中，信号处理模块包含模拟数字转换器及处理器，模拟数字转换器将输出电压转换为数字信号，处理器根据数字信号经由查表法产生相对湿度，运算放大器的输出端输出前述的输出电压。在一实施例中，一种湿度感测方法包含供给直流电压至湿度感测器、湿度检测器根据直流电压产生检测信号、对检测信号进行对数运算以产生输出电压、以及根据输出电压产生相对湿度。在一实施例中，其中供给直流电压至湿度感测器的步骤更包含：经由一信号路径将直流电压传递至湿度感测器，以及定时切换前述信号路径传递直流电压的方向。在一实施例中，根据输出电压值产生相对湿度的步骤更包含，对输出电压 值进行模拟数字转换以产生数字信号、及根据数字信号产生相对湿度。综上所述，根据本发明的湿度感测电路是通过对数放大器将湿度感测器的电阻值所产生的输出电压与相对湿度之间原先为对数关系转换为线性关系。并且，通过切换不同的开关来改变电流流经湿度感测器的方向以避免湿度感测器中所使用的感湿材料因水分子电解而改变特性，进而提升湿度感测电路的使用寿命，且维持湿度感测电路感测相对湿度的精准度。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。附图说明图1为根据本发明的湿度感测电路的第一实施例的电路图；图2为根据本发明的湿度感测电路的湿度感测器的电阻值与相对湿度之间的对应关系图；图3为根据本发明的湿度感测电路所产生的导通电流经第一开关与第二开关时的示意图；图4为根据本发明的湿度感测电路所产生的导通电流经第三开关与第四开关时的示意图；图5为根据本发明的湿度感测电路所产生的数字信号与相对湿度之间的对应关系图；图6为根据本发明的湿度感测电路的第二实施例的电路图。其中，附图标记1湿度感测电路10对数放大器101运算放大器102二极管103双载子接面晶体管11湿度感测器12信号处理模块121模拟数字转换器122处理器13开关模块131第一开关132第二开关133第三开关134第四开关D1数字信号I导通电流P1运算放大器的正输入端P2运算放大器的负输入端P3运算放大器的输出端T1湿度感测器的第一端T2湿度感测器的第二端RH相对湿度V1直流电压V2输出电压V3参考电压具体实施方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：请参照图1，为根据本发明的湿度感测电路的第一实施例的电路图，揭露一湿度感测电路1。湿度感测电路1用以检测空气的相对湿度RH。湿度感测电路1主要包含对数放大器10、湿度感测器11、信号处理模块12及直流电压源(图未示)。对数放大器10位于湿度感测器11与信号处理模块12之间，对数放大器10的一输入端连接于湿度感测器11，对数放大器10的输出端电性连接于信号处理模块12的输入端。在本实施例中，湿度感测器11为高分子湿敏电阻，湿度感测器11中具有感湿材料，故湿度感测器11可根据空气的相对湿度RH具有不同的电阻值，且湿度感测器11的电阻值与相对湿度RH之间是呈对数线性关系。请参阅图2，为根据本发明的湿度感测器11的电阻值与相对湿度RH之间的对应关系图，图2的横轴表示相对湿度RH，单位为百分比(％)，图2的纵轴表示湿度感 测器11的电阻值经对数运算后所得的值，单位为欧姆(Ω)。由图2可得知，湿度感测器11的电阻值与相对湿度RH之间是呈对数线性关系，且湿度感测器11具有正电阻湿度特性，即空气的相对湿度RH愈高，湿度感测器11具有愈小的电阻值，空气的相对湿度RH愈低，湿度感测器11具有愈大的电阻值。于此，湿度感测器11连接于直流电压源与运算放大器101之间。直流电压源用以供给直流电压V1至湿度感测器11，湿度感测器11根据直流电压V1产生检测信号，检测信号包含湿度感测器11的电阻值。对数放大器10根据检测信号进行对数运算而产生输出电压V2。信号处理模块12接收输出电压V2并根据输出电压V2产生对应的相对湿度RH。以下针对湿度感测电路1进行更详细的说明。对数放大器10包含运算放大器101及二极管102。运算放大器101包含正输入端P1、负输入端P2及输出端P3。运算放大器101的输出端P3用以产生输出电压V2，运算放大器101的负输入端P2连接于湿度感测器11，运算放大器101的正输入端P1电性连接于另一直流电压源(图未示)以接收参考电压V3。二极管102电性连接于运算放大器101负输入端P2与输出端P3之间以提供运算放大器101一负反馈路径。二极管102的正极与负极分别电性连接于运算放大器101的负输入端P2及输出端P3。于此，二极管102所产生的导通电流I具有对数特性因此，运算放大器101根据直流电压V1、参考电压V3、导通电流I及湿度感测器11的电阻值所产生的输出电压V2可由下式1表示：........式1。其中可视为检测信号，VT代表热电压，Is代表二极管102的逆向饱和电流Is。一般来说，在室温下，热电压VT约为25毫伏(mV)，逆向饱和电流Is约为10-14安培(A)。由式1可得知，对数放大器10是对检测信号进行对数运算而产生输出电压V2，使输出电压V2与相对湿度RH之间呈线性关系。此外，对数放大器10根据参考电压V3以调整输出电压V2的电压大小。在本实施例中，经对数运算后所产生的输出电压V2的最大值与最小值之间的差为250mV。在本实施例中，二极管102可为一般二极管或齐纳二极管(Zenerdiode)。信号处理模块12包含模拟数字转换器121(Analog-to-digitalconverter；ADC)及处理器122依序串接，且模拟数字转换器121电性连接于运算放大器101的输出端P3。模拟数字转换器121接收输出电压V2并将输出电压V2转换为数字信号D1，由于经由开关模块13和湿度感测器11所产生的输出电压V2并非为稳定(settling)信号，所以模拟数字转换器121以固定的频率和时间对输出电压V2进行取样，以产生数字信号D1，致使相同的相对湿度RH可对应固定的数字信号D1。而模拟数字转换器为本领域所熟知，故不再赘述其详细电路结构与运作。处理器122接收数字信号D1，并根据数字信号D1以查表法(Look-uptable)产生准确对应的相对湿度RH，也就是说，设计者可将数字信号D1表示的数字值所对应的相对湿度RH预先储存于一转换表中，在湿度感测电路1进行湿度检测时，可以程序化的固件来控制处理器122将模拟数字转换器121产生的数字信号D1根据前述预先储存的转换表即时产生对应的相对湿度RH。或者，处理器122亦可经由校正方程序对数字信号D1进行线性修正或非线性修正来微调误差以产生准确对应的相对湿度RH，其中线性修正可为一阶修正，非线性修正可为二阶修正。湿度感测电路1更包含开关模块13。湿度感测电路1根据开关模块13的导通状态而形成供导通电流I流经的第一信号路径与第二信号路径，第一信号路径及第二信号路径分别具有第一信号方向及第二信号方向的，且第一信号方向相反于第二信号方向，以避免湿度感测器11中的感湿材料因水分子电解而改变特性。请重新参阅图1，开关模块13包含第一开关131、第二开关132、第三开关133及第四开关134，湿度感测器11的第一端T1连接于第一开关131与第四开关134，湿度感测器11的第二端T2连接于第二开关132与第三开关133，并且，第一开关131与第三开关133连接于直流电压源，第二开关132与第四开关134连接于运算放大器101的负输入端P2。基此，湿度感测器11可经由第一开关131接收直流电压V1，湿度感测器11亦可经由第三开关133接收直流电压V1；并且，湿度感测器11可经由第二开关132电性连接于运算放大器101的负输入端P2，湿度感测器11亦可经由第四开关134电性连接于运算放大器101的负输入端P2。第一开关131与第二开关132是同时导通或不导通，且第三开关133与第四开关134亦同时导通或不导通，然而，第一开关131、第二开关132、第三开关133及第四开关134不会同时导通或不导通，也就是说，当第一开关131与第二开关132导通时，第三开关133与第四开关134不导通，而当第一开关131与第二开关132不导通时，第三开关133与第四开关134导通。请参照图3及图4，分别为根据本发明的湿度感测电路所产生的导通电流I经第一开关与第二开关时的示意图。如图3所示，当第一开关131与第二开关132导通而第三开关133与第四开关134不导通时，导通电流I由直流电压源流经第一开关131、湿度感测器11、第二开关132及二极管102所形成的第一信号路径，此时导通电流I的方向是由湿度感测器11的第一端T1流向第二端T2，对数放大器101经由第一信号路径接收检测信号；如图4所示，当第一开关131与第二开关132不导通而第三开关133与第四开关134导通时，导通电流I由电压源流经第三开关133、湿度感测器11、第四开关134及二极管102所形成的第二信号路径，此时导通电流I的方向是由湿度感测器11的第二端T2流向第一端T1，对数放大器101经由第二信号路径接收检测信号。于此，在本实施例中，湿度感测电路1更包含一开关控制电路(图未示)，开关控制电路可以固定的切换频率将第一开关131、第二开关132由导通切换为不导通，并同时将第三开关133与第四开关134由不导通切换为导通；或者，开关控制电路将第一开关131、第二开关132由不导通切换为导通，并同时将第三开关133与第四开关134由导通切换为不导通，设计者可藉由开关控制电路控制第一开关131、第二开关132、第三开关133与第四开关134的开关组态，即可定时切换信号路径传递直流电压的方向，据以改变导通电流I流经湿度感测器11的方向以避免湿度感测器11中的感湿材料因水分子电解而改变特性。请参阅图5，为根据本发明的湿度感测电路所产生的数字信号D1与相对湿度RH之间的对应关系图，其中横轴为相对湿度RH，单位为％，纵轴为数字信号D1所表示的数字值而不具有单位。由图5可得知，相对湿度RH与数字信号D1之间是呈线性关系。综上所述，根据本发明的湿度感测电路是通过对数放大器将湿度感测器的电阻值所产生的输出电压与相对湿度之间原先为对数关系转换为线性关系。并 且，通过切换不同的开关来改变电流流经湿度感测器的方向以避免湿度感测器中所使用的感湿材料因水分子电解而改变特性，进而提升湿度感测电路的使用寿命，且维持湿度感测电路感测相对湿度的精准度。请参照图6，为根据本发明的湿度感测电路的第二实施例的电路图，与第一实施例的差异在于，对数放大器10是由运算放大器101与双载子接面晶体管103(Bipolarjunctiontransistor；BJT)所实现，以双载子接面晶体管103取代第一实施例的二极管102。为方便描述，以下将双载子接面晶体管103简称为晶体管103。由于晶体管103于导通时其基极(Base)与射极(Emitter)间的接面所产生的电流亦有对数特性，因此，对数放大器10可根据湿度感测器11的电阻值以对数运算产生输出电压V2。而湿度感测器11、信号处理模块12、第一开关131、第二开关132、第三开关133及第四开关134的运作与第一实施例大致相同，于此不再赘述。本实施例的晶体管103是为NPN晶体管，但本发明不限于此，晶体管103亦可以PNP晶体管取代。综上所述，根据本发明的湿度感测电路是通过对数放大器将湿度感测器的电阻值所产生的输出电压与相对湿度之间原先为对数关系转换为线性关系。并且，通过切换不同的开关来改变电流流经湿度感测器的方向以避免湿度感测器中所使用的感湿材料因水分子电解而改变特性，进而提升湿度感测电路的使用寿命，且维持湿度感测电路感测相对湿度的精准度。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。当前第1页1 2 3 当前第1页1 2 3