一种湿度间隙传感器敏感特性实验装置

本发明涉及传感器性能测试领域，特别是涉及传感器湿度距离实验平台领域。

背景技术：

1、多模态检测和复合传感是未来传感器发展的重要方向。现代工业设备内部狭小层间的距离关乎设备的性能和安全，因而有距离检测的需求。同时，现代工业设备内部的湿度较高可能会引起设备生锈和短路，因而有湿度检测的需求。所以，如何实现现代工业设备内部的距离和湿度两个变量的同时检测是亟需解决的问题。传统的非接触式距离敏感元件的探头敏感层材料一般由金属制成，不具备湿度敏感功能。而传统的湿度传感器是在叉指电极上涂覆敏感材料呈三明治结构，不具备非接触距离敏感功能。所以两个变量同时检测需要分别安装两个传感器，这样的方案存在局限。一方面，面对不同测量需求，需要频繁切换不同敏感元件较为繁琐；另外一方面，面对多变量同时测量需求，需要安装多个敏感元件分别测量，成本较高且安装环境受限。尤其在狭小的被测环境，内部结构复杂，难以实现多敏感元件的同时安装和同时检测。随着微机电系统的提出，对传感器的集成化程度要求日益增高，把不同功能、不同敏感方向的传感器集成在一起，通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，把自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的高度，对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技术和科学发展产生重大影响。因而，越来越多的研究者关注并投入精力在多功能，多参量的传感器探头的研究领域上。而多功能的传感器探头性能的研究需要专属的多功能实验平台。所以，研究和开发多参量传感器探头的多参量性能研究实验平台及装置是非常有必要的。

技术实现思路

1、为了解决湿度和距离双敏感功能敏感元件的复合性能的实验平台缺乏难题，本发明提供了一种湿度间隙传感器敏感特性实验装置，包括：湿度发生模块、距离发生模块、元件支撑与信号传输模块和采集与分析模块；所述湿度发生模块由若干个装有湿度发生溶液的密封容器组成；所述距离发生模块由两轴位移台、距离控制单元和目标物组成；所述元件支撑与信号传输模块由电路底板、探针夹板和信号传输线组成；所述采集与分析模块由阻抗分析单元和上位机组成；所述湿度发生模块，通过更换装有不同湿度发生液的密封容器提供不同的湿度环境；所述距离发生模块的所述目标物固定安装在所述距离发生模块的所述两轴位移台的水平方向延伸板上；所述元件支撑与信号传输模块用于敏感元件的固定安装和实验信号的传输；所述元件支撑与信号传输模块、所述敏感元件和所述距离发生模块的所述目标物均位于所述湿度发生模块的所述密封容器内部；所述目标物与所述元件支撑与信号传输模块始终保持平行；所述距离发生模块的所述距离控制单元控制所述两轴位移台及其水平方向延伸板上固定安装的所述目标物沿水平方向移动，所述敏感元件通过所述元件支撑与信号传输模块连接至所述采集与分析模块的阻抗分析单元；所述敏感元件产生湿度敏感效应和/或距离敏感效应，通过所述采集与分析模块获取所述敏感元件的湿度和/或距离-阻抗响应。

2、在其中一个实施例中，所述元件支撑与信号传输模块的电路底板为长柄型电路板，所述元件支撑与信号传输模块的所述探针夹板为电路板与探针的组合，且所述电路底板上表面有凹陷槽，用于固定安装所述敏感元件。

3、在其中一个实施例中，所述湿度发生模块的密封容器顶部开有t字型镂空口，用于所述元件支撑与信号传输模块的电路底板和所述目标物的固定安装。在其中一个实施例中，操作步骤为：

4、a元件支撑与信号传输模块(3)固定敏感元件；

5、b湿度发生模块(1)的密封容器(5)静置至8小时以上至达到预设湿度；

6、c距离发生模块(2)调整并保持敏感元件与目标物(8)之间的水平距离为预设距离；

7、d采集与分析模块(4)输入交流激励，并采集所述敏感阻抗输出；

8、e重复步骤c,d直到达到预设距离的最大值；

9、f切换湿度发生模块(1)的密封容器(5)，重复步骤b,c,d和e直到达到预设湿度的最大值。

10、在其中一个实施例中，采集与分析模块(4)输入交流激励为1vac～5vac，100hz～100mhz。

11、在其中一个实施例中，预设距离为0mm～10mm；预设湿度为5％rh～90％rh。

12、在其中一个实施例中，步骤d中敏感元件阻抗输出的采集时间为600s以上。

13、上述湿度距离敏感性能研究的实验平台的有益效果：

14、(1)通过不同的湿度发生液产生不同的湿度环境，湿度稳定，成本较低；

15、(2)将敏感元件及目标物均放置在湿度发生瓶内，通过密封容器顶部的t字型镂空口，确保敏感元件与目标物平行；

16、(3)密封容器顶部的t字型镂空口结构，既保证容器的密封性，又便于引线，减少干扰；

17、(4)通过元件支撑与信号传输模块可靠安装敏感元件，并将密封容器内部的湿度敏感信号传输至密封容器外部的阻抗分析单元；

18、(5)湿度距离敏感性能研究的实验平台通过距离发生模块能够提供准确、可靠和可控的距离激励，通过湿度发生模块能够通过提供准确、便捷和稳定的湿度激励，通过采集与分析模块能够获取敏感元件的湿度-阻抗和/或距离-阻抗特性规律。可为湿度距离传感器的研制、敏感特性的研究提供实验基础。

技术特征：

1.一种湿度间隙传感器敏感特性实验装置，包括：湿度发生模块(1)、距离发生模块(2)、元件支撑与信号传输模块(3)和采集与分析模块(4)；所述湿度发生模块(1)由若干个装有湿度发生溶液的密封容器(5)组成；所述距离发生模块(2)由两轴位移台(6)、距离控制单元(7)和目标物(8)组成；所述元件支撑与信号传输模块(3)由电路底板(9)、探针夹板(10)和信号传输线组成；所述采集与分析模块(4)由阻抗分析单元(11)和上位机(12)组成；其特征在于，所述湿度发生模块(1)，通过更换装有不同湿度发生液的密封容器(5)提供不同的湿度环境；所述距离发生模块(2)的所述目标物(8)固定安装在所述距离发生模块(2)的所述两轴位移台(6)的水平方向延伸板上；所述元件支撑与信号传输模块(3)用于敏感元件的固定安装和实验信号的传输；所述元件支撑与信号传输模块(3)、所述敏感元件和所述距离发生模块(2)的所述目标物(8)均位于所述湿度发生模块(1)的所述密封容器(5)内部；所述目标物(8)与所述元件支撑与信号传输模块(3)始终保持平行；所述距离发生模块(2)的所述距离控制单元(7)控制所述两轴位移台(6)及其水平方向延伸板上固定安装的所述目标物(8)沿水平方向移动，所述敏感元件通过所述元件支撑与信号传输模块(3)连接至所述采集与分析模块(4)的阻抗分析单元(11)；所述敏感元件产生湿度敏感效应和/或距离敏感效应，通过所述采集与分析模块(4)获取所述敏感元件的湿度和/或距离-阻抗响应。

2.如权利要求1所述的一种湿度间隙传感器敏感特性实验装置，其特征在于：所述元件支撑与信号传输模块(3)的电路底板(9)为长柄型电路板，所述元件支撑与信号传输模块(3)的所述探针夹板(10)为电路板与探针的组合，且所述电路底板(9)上表面有凹陷槽，用于固定安装所述敏感元件。

3.如权利要求1或2所述的一种湿度间隙传感器敏感特性实验装置，其特征在于，所述湿度发生模块(1)的密封容器(5)顶部开有t字型镂空口，用于所述元件支撑与信号传输模块(3)的电路底板(9)和所述目标物(8)的固定安装。

4.如权利要求1所述的一种湿度间隙传感器敏感特性实验装置，其特征在于，操作步骤为：

5.如权利要求4所述的一种湿度间隙传感器敏感特性实验装置，其特征在于，所述采集与分析模块(4)输入交流激励为1vac～5vac，

6.如权利要求4所述的一种湿度间隙传感器敏感特性实验装置，其特征在于，所述预设距离为0mm～10mm；所述预设湿度为5％rh～90％rh。

7.如权利要求4所述的一种湿度间隙传感器敏感特性实验装置，其特征在于，步骤d中所述敏感元件阻抗输出的采集时间为600s以上。

技术总结
本发明公开一种湿度间隙传感器敏感特性实验装置，包括：湿度发生模块、距离发生模块、元件支撑与信号传输模块和采集与分析模块。湿度发生模块由湿度发生溶液及密封容器组成；距离发生模块由两轴位移台、距离控制单元和目标物组成；元件支撑与信号传输模块由电路底板和探针夹板组成；采集与分析模块由阻抗分析单元和上位机组成。该实验平台通过元件支撑与信号传输模块实现敏感元件的固定安装和信号传输，通过距离发生模块提供准确、可靠和可控的距离激励，通过湿度发生模块提供准确、便捷和稳定的湿度激励，通过采集与分析模块实现阻抗和电感等参数获取和分析，为湿度距离传感器的湿度‑阻抗特性研究和距离‑阻抗特性研究提供实验基础。

技术研发人员：王璐珩,阳杨
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17