СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ Российский патент 2013 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения влажности.

Известен чувствительный элемент влажности, представляющий собой линию задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) (Wireless passive SAW identification marks and sensors. L. Reindl, 2-nd Int. Symp. Acoustic wave devices for future mobile communicstion systems, Chiba univ., 2004), на поверхность которой нанесен влагочувствительный материал. Конструктивно линия задержки состоит из двух встречно-штыревых преобразователей (ВШП), расположенных на пьезоплате напротив друг друга. В качестве информационного сигнала используется время задержки.

Недостатком этих чувствительных элементов влажности является большая инерционность датчиков влажности.

Известен также чувствительный элемент влажности, представляющий собой одновходовый резонатор (В.В. Малов. Пьезорезонансные датчики, М.: Энергоатомиздат, 1989 г. - 272 с.) на поверхность которого нанесен влагочувствительный материал. Конструктивно резонатор состоит из ВШП структуры и расположенных по обе стороны от ВШП отражающих структур. В качестве информационного сигнала используется собственная (резонансная частота резонатора). Недостатком этих резонаторов, применительно к измерению влажности, является большая инерционность датчиков влажности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является чувствительный элемент влажности, представляющий собой дисперсионную линию задержки (Wireless passive SAW identification marks and sensors. L. Reindl, 2-nd Int. Symp.Acoustic wave devices for future mobile communicstion systems, Chiba univ., 2004) на поверхность которой нанесен влагочувствительный материал. Конструктивно дисперсионная линия задержки состоит из ВШП и расположенных на пьезоплате с одной стороны от ВШП отражающих структур в виде системы канавок с переменным периодом, образующих дисперсионную структуру. В качестве информационного сигнала используется время задержки. По сравнению с резонаторами и линиями задержки чувствительный элемент влажности с дисперсионными структурами имеет большую чувствительность.

Недостатком чувствительных элементов влажности, представляющих собой дисперсионную линию задержки, также является большая инерционность датчиков влажности.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании для измерения влажности, известного чувствительного элемента влажности - дисперсионной линии задержки -прототипа, является следующий его недостаток: переходный период (абсорбция или испарение влаги во влагочувствительном материале при изменении влажности в окружающей среде) во влагочувствительном материале составляет не менее 5 с.

Задачей настоящего изобретения является повышение быстродействия при измерении влажности.

Технический результат достигается тем, что предлагается способ измерения влажности, состоящий в том, что на чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах и на эталонное устройство на поверхностных акустических волнах подается запросный сигнал, который преобразуется в чувствительном элементе на поверхностных акустических волнах и эталонном устройстве на поверхностных акустических волнах, при этом регистрируется амплитуда огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуда огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах и величина влажности определяется по соотношению амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуды огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.

В качестве информационного сигнала используется соотношение амплитуд огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.

Качественным отличием предлагаемого способа от аналогов является использование физического эффекта поглощения энергии ПАВ жидкостями, в то время как аналоги используют эффект замедления скорости ПАВ специальными влагочувствительными материалами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

на фиг.1 - приведены структуры сигналов устройств на ПАВ при измерении влажности.

Предлагается способ измерения влажности, состоящий в том, что на чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах и на эталонное устройство на поверхностных акустических волнах подается запросный сигнал 1, который преобразуется в чувствительном элементе на поверхностных акустических волнах и эталонном устройстве на поверхностных акустических волнах, при этом регистрируется амплитуда огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах А2 и амплитуда огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах А1 и величина влажности определяется по соотношению А2/А1 - амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуды огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.

Чувствительный элемент на ПАВ для измерения влажности при этом состоит из пьезоплаты, на которой сформированы ВШП и отражающие структуры. Отражающие структуры могут быть выполнены в виде периодической системы канавок.

Пьезоплата может быть выполнена из пьезоэлектрического материала (например, кварца).

Формирование ВШП может быть реализовано по технологии фотолитографии и травления. Формирование канавок отражающих структур может быть реализовано по технологии травления через маску.

Способ работает следующим образом.

На чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах и на эталонное устройство на поверхностных акустических волнах подается запросный сигнал 1, который преобразуется в чувствительном элементе на поверхностных акустических волнах и эталонном устройстве на поверхностных акустических волнах, при этом регистрируется амплитуда огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах А2 и амплитуда огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах А1 и величина влажности определяется по соотношению А2/А1 - амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуды огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.

При изменении влажности окружающей пьезоплату среды изменяется практически без задержки и влажность на поверхности пьезоплаты.

Чем выше концентрация паров жидкости (в частности воды) на поверхности пьезоплаты тем больше поглощается акустическая энергия ПАВ и соответственно тем меньше выходной сигнал чувствительного элемента на ПАВ. В то же время эталонное устройство на ПАВ не реагирует на влажность окружающей среды, поскольку изолировано от окружающей среды.

В качестве информационного сигнала используется соотношение амплитуд огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.

На основе градуировочной зависимости (соотношение амплитуд -влажность) изменению амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента влажности можно соотнести величину влажности.

Таким образом, предложенный способ измерения влажности является быстродействующим способом для измерения влажности.

Источники информации

1. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергоатомиздат, 1989 г. - 272 с.

2. Wireless passive SAW identification marks and sensors. L. Reindl, 2-nd Int. Symp.Acoustic wave devices for future mobile communicstion systems, Chiba univ., 2004 - прототип.

Использование: для измерения влажности. Сущность заключатся в том, что на чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах и на эталонное устройство на поверхностных акустических волнах подается запросный сигнал, который преобразуется в чувствительном элементе на поверхностных акустических волнах и эталонном устройстве на поверхностных акустических волнах, при этом регистрируется амплитуда огибающей сигнала па выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуда огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах и величина влажности определяется по соотношению амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах, и амплитуды огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах. Технический результат: повышение быстродействия при измерении влажности. 1 ил.

Способ измерения влажности, состоящий в том, что на чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах и на эталонное устройство на поверхностных акустических волнах подается запросный сигнал, который преобразуется в чувствительном элементе на поверхностных акустических волнах и эталонном устройстве на поверхностных акустических волнах, отличающийся тем, что регистрируется амплитуда огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуда огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах и величина влажности определяется по соотношению амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуды огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.