专利名称：一种空气湿度采集单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空气湿度采集单元，属于机电一体化控制系统中的基本检测敏感装置技术领域。
空气湿度是一项十分重要的工程物理参数，在纺织、冶金、印刷、化工、电子和石油等许多行业中，厂房和环境空气中的湿度直接影响到工业生产的能否正常进行和产品质量的能否保证。传统的空气湿度检测多制成仪表形式，它们往往是自成一体的，通过其中的湿敏感应元件，或者配置一定的自身调节控制的调整补偿电路，由人工操纵相应空调设备来保证环境湿度符合规定要求。这种湿度采集装置误差大，结构复杂，且需人工定时观察调节，实时性差，劳动强度大，不利于工业生产过程自动控制的实施。随着社会的发展和进步，不仅在各种工业生产的过程中，还是在实验室的环境里(例如计算机机房、计量室工作间等)，就是在某些重要公共场所的环境气氛中，湿度也已成为一项衡量、监测的重要控制指标。在高新科技日益普及应用的当代社会，各种热工参数和电工参数的敏感装置都逐渐发展成为可以插在标准工业控制接口介面箱里，作为整个工业过程控制中的一个组成部分的标准化的采集单元，由不同的用户根据自己环境的需要选择相应的各种敏感采集单元来组成其过程控制系统。
本发明的目的就是提供一种机电一体化的空气湿度采集单元，它可以作为一种标准化的采集单元在机电一体化控制系统中应用，实现自动观察和实时记录采集，并且检测精度高。
本发明的结构框图如
图1所示，它有敏感器和信号转换电路，其特点是敏感器1是一个具有透气保护外壳2、其内腔装有由敏感元件-湿敏电容C和电感L组成LC振荡槽路的固体组件，该敏感器1通过同轴电缆3与放置在标准工业控制介面箱4里的适配模块5相连，插在介面箱4中标准插槽里的适配模块5里装有由光电隔离电路6、分频电路7和匹配电路8组成的信号转换电路，介面箱4则与计算机9通过串行通信接口连通。
本发明中的插在接口介面箱4里的适配模块5可以与装在同一被监测环境或设备的其他热工或电工参数的采集单元的适配模块10共用一个介面箱里的不同插槽。当适配模块的数目多于一个工业接口介面箱中的插槽数目时，可以使多个接口介面串联使用，通过编码分配不同地址，共用中央控制计算机的串行通信接口。由计算机输出不同地址的选通信号，分别选通不同的标准工业接口介面箱，以采集各种不同的工艺参数(如温度、湿度、时间、压力、振动、压强等等)和输出相应执行装置的动作控制指令，使整个工业生产处于计算机实时监测、处理和控制下，始终保持在最佳工况下操作运转。
本发明的工作原理是使用湿敏电容作为敏感元件，这种湿敏电容会随着所检测环境的空气湿度变化而改变其容量。这种电容现已成为标准定型产品，国内已经有多家无线电元件工厂生产之。又配上适当的电感器制成LC振荡槽路装入传感器的壳体内部，其中敏感元件湿敏电容置于其外部有透气保护罩的壳体中，这样感应环境空气湿度改变的电容容量的变化就直接引起LC槽路振荡频率的改变。再通过与敏感器用电缆连通的插在接口介面中的适配模块里的电路信号转换，把传感器的振荡频率转换成接口介面的规范信号。这个转换是由图1中的适配模块5内部的若干电路完成的首先把由传感器输入的高频信号经光电隔离电路6使敏感信号与接口介面的控制电路相隔离，又经分频电路7使敏感的高频信号分频为1920～9600赫兹，以符合美国OPT公司型号为OPT022接口介面控制器的模拟量规范，再由阻抗匹配电路8把信号输入到OPT022适配模块控制器对应的插针孔中。上述三个电路均是标准的电子电路，现已把它们集成化制成固体组件，市场上可以售到。本发明就是通过上述几种定型产品的组合，使空气湿度变化引起电容容量变化，继而引起LC振荡频率的改变，再经转换电路使之变成1920～9600赫兹的矩形脉冲，与OPT022接口介面箱的模拟控制器的标准信号相对应，最后由介面箱本身的模/数转换电路把其变成数字信号输入中央计算机，纳入机电一体化的工业过程控制系统里。按照约定，1920赫兹与空气湿度0%相对应，9600赫兹则相当于湿度100%。
图1是本发明的结构组成原理框图。
图2是本发明中敏感器的一个实施例的结构图。
图3是本发明中信号转换电路(适配模块)的外形图。
图1中，C是湿敏电容，作为敏感元件装在透气保护外壳2里，L是电感器及激振电路，它与湿敏电容C组成LC振荡槽路。3是同轴屏蔽电缆，它既从接口介面箱4上引入电源，也把LC振荡高频信号输入到适配模块5中去。适配模块5中包括有光电隔离电路6、分频电路7和匹配电路8。9是中央控制计算机。10是其他工艺参数的适配模块。
图2是敏感器的一个实施例的机械结构示意。它被制成中间有凹腔的螺栓21与螺帽22连接的壳体结构。凹腔前端壳体有通孔与外界环境连通，湿敏电容C就放在此凹腔里;凹腔后端放置电感L与激振电路，并用密封材料11使两腔相隔离。壳体后端则是同轴电缆的接插座12。
图3是适配模块的外观结构图。它已把转换信号电路都集成化和封固在塑壳内部了，其插脚分别为+5V、+15V、-15V、信号输入(in)、信号输出(out)、模拟信号地(
)和公用地(GND)。
本发明的传感器放置在被监测的环境中，而标准工业控制介面箱由于是和其他测量或控制单元共享的，可以就近放置在被控设备的附近，计算机则可放置在中央控制室内，由接口介面通过一根串行电缆与计算机连接就可完成对整个被控设备和环境的管理，用机电一体化系统装备实现过程控制。对湿度敏感器的测量误差，可以用计算机软件来修正之，也可先用标准湿度环境测得相应数值后作为标准加以参照，保证每次实时测试都有很高的精度，使生产和产品质量都能处于最佳工况条件。
权利要求
1.一种空气湿度采集单元，它有敏感器和信号转换电路，其特征在于敏感器是一个具有透气保护外壳、其内装有由湿敏电容C和电感L组成LC振荡槽路的固态组件，该敏感器通过同轴电缆与放置在标准工业控制介面箱里的适配模块相连，插在介面箱中标准插槽里的适配模块里装有由光电隔离电路、分频电路和匹配电路组成的信号转换电路，介面箱则与计算机相连通。
2.如权利要求1所述的空气湿度采集单元，其特征在于标准工业控制介面箱可以选用美国OPT公司的型号为OPT022的定型产品。
全文摘要
一种空气湿度采集单元，它有敏感器和信号转换电路，敏感器是一个具有透气保护外壳、其内装有由湿敏电容C和电感L组成LC振荡槽路的固态组件，该敏感器通过同轴电缆与放置在标准工业控制介面箱里的适配模块相连，插在介面箱中标准插槽里的适配模块里装有由光电隔离电路、分频电路和匹配电路组成的信号转换电路，介面箱则与计算机相连通。以采集各种不同的工艺参数和输出相应执行装置的动作控制指令，使整个工业生产处于计算机实时监测、处理和控制下。
文档编号G01N27/22GK1071511SQ91109498
公开日1993年4月28日 申请日期1991年10月12日 优先权日1991年10月12日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂