[發明專利]一種探空濕度傳感器、制備方法、探空濕度測量系統及測量方法

在審

• 申請號: 201810017795.5
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108287185A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 張加宏;謝麗君;冒曉莉;單鵬
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種探空濕度傳感器，包括自下而上設置的襯底層(1)、感濕層和過濾層(7)，其特征在于，所述襯底層(1)和感濕層之間設置有恒溫層，所述恒溫層包括自下而上設置的第一絕緣層(2)、加熱板、微流控裝置(4)，所述微流控裝置(4)包括蛇形管道(41)、第二絕緣層(42)和微流泵(43)，所述蛇形管道(41)設置在第二絕緣層(42)的下表面且蛇形管道(41)的末端連接微流泵(43)，所述蛇形管道(41)內置有液體。

2.根據權利要求1所述的一種探空濕度傳感器，其特征在于，所述加熱板為回環形加熱板(3)且為鉑金屬加熱板。

3.根據權利要求1所述的一種探空濕度傳感器，其特征在于，所述感濕層包括氧化石墨烯層(5)和叉指電極(6)，所述叉指電極(6)設置在氧化石墨烯層(5)的上表面。

4.根據權利要求3所述的一種探空濕度傳感器，其特征在于，蛇形管道(41)的內部注滿水，所述第一絕緣層(2)和第二絕緣層(42)為二氧化硅層。

5.根據權利要求3所述的一種探空濕度傳感器，其特征在于，所述過濾層(7)為過濾網，所述探空濕度傳感器還包括相連的溫度傳感器A和單片機，所述溫度傳感器A設置在過濾網的上表面，所述單片機與加熱板相連。

6.一種探空濕度測量系統，包括支架(10)和設置在支架(10)上的支架(9)，所述支架(9)頂部設置有濕度傳感器(8)、溫度傳感器B和溫度傳感器C，所述溫度傳感器B和溫度傳感器C分別設置在濕度傳感器(8)的兩側，所述濕度傳感器(8)、溫度傳感器B和溫度傳感器C分別通過通信模塊與地面接收系統相連，其特征在于，所述濕度傳感器(8)采用權利要求1-5任意一項所述的探空濕度傳感器(8)。

7.一種探空濕度傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、采用晶體硅作為襯底材料，將襯底材料進行氧化處理，使襯底表面生成一層二氧化硅層，形成第一絕緣層(2)；

S2、在第一絕緣層(2)的表面制備回環形加熱板(3)；

S3、制備第二絕緣層(42)，即二氧化硅層；

S4、在第二絕緣層(42)的下表面制備蛇形管道(41)，在蛇形管道(41)的末端連接一個微流泵(43)，并在蛇形管道(41)的內部注滿水；

S5、在所述第二絕緣層(42)的上表面制備叉指電極(6)；

S6、對第二絕緣層(42)的上表面繼續進行鏤空處理；

S7、將感濕材料氧化石墨烯覆蓋在第二絕緣層(42)的上表面，其中，感濕材料氧化石墨烯包裹住叉指電極(6)形成感濕層；

S8、在感濕層的上表面采用蒸金工藝制備出多孔的過濾網。

8.根據權利要求7所述的一種探空濕度傳感器的制備方法，其特征在于，采用光刻工藝和磁控濺射的方法制備回環形加熱板(3)、蛇形管道(41)和叉指電極(6)。

9.根據權利要求7所述的一種探空濕度傳感器的制備方法，其特征在于，采用腐蝕鏤空的方法對第二絕緣層(42)的上表面進行鏤空處理。

10.一種探空濕度測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：溫度傳感器A實時測量濕度傳感器的表面溫度T0，并將結果傳輸給單片機，單片機將T0與預設的溫度T進行比較，若T0<T，則單片機提高加熱板的加熱功率對濕度傳感器進行加熱；若T0>T,則單片機降低加熱板的加熱功率對濕度傳感器進行加熱，使濕度傳感器表面的溫度維持在T；

步驟二：濕度傳感器以采樣周期T_采對濕度進行采集，得到相對濕度RH0并將結果傳輸給單片機；

步驟三：根據飽和水汽壓和溫度的關系曲線，找到T0溫度下對應的飽和水氣壓P0；

步驟四：計算空氣中的實際水汽壓P_r＝RH0×P0；

步驟五：通過濕度傳感器兩側支架(9)架起的溫度傳感器B和C測得的數據求平均值，得到高空大氣的平均溫度T1；

步驟六：根據飽和水汽壓和溫度的關系曲線，找到T1溫度下對應的飽和水氣壓P1；

步驟七：根據相對濕度的公式得到修正后的相對濕度為：

步驟八：單片機將接收到的修正后的相對濕度傳輸給地面接收系統模塊。