基于MEMS传感器的水汽测量系统.pdf

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1、第27卷第6期传感技术学报V01．27No．6CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTljATORS2014年6月June2014WatervapormeasurementsystembasedonaMEMSsensoraLIUQingquan’，GAOXiang，CHENChuanyin，XIEZhonglei’(1．JiangsuKeyLaboratoryofMeteorologicalObservationandSignalProcessing，Nanjing210044，China；2．SchoolofElectronica

2、ndInformationEngineering，NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology，Na210044，China)Abstract：CombinedwithaCortex-M3ARMprocessor，acapacitivesensorbasedonMEMStechnologyisproposedforconstructingacapacitivewatervapormeasurementsystem，whichisusedtoachieveprecisionhumiditymeas

3、urementinatmosphericenvironment．A24-bit∑一AADCisappliedtomeasuretemperature．Bycoolingather-moelectriccoolerwhichismodulatedbyvoltage，thetemperatureofTEC’SsurfacewiththeMEMSsensorcanbepreciselycontrolled．WhenthetemperatureofMEMSsensorreachesthedewpoint，dewwillemergeontheMEMSstruc

4、ture．whichinducestheincrementofMEMScapacitance．A24-bit∑一Acapacitance—to．digitalconverteriSutilizedtomeasurethecapacitanceofMEMSsensor．AfterthetranslatingdewpointtohumidityusingGof-GratchEquation，atmospherichumidityisobtainedtocompletethedesignofthiswatervapormeasurementsystem．M

5、easurementresultsshowthatthedewpointerroristypicallylessthan~O．2℃．Keywords：MEMSsensor；thedewpoint；thedewpointtohumidity；temperaturesensor；computationalfluiddynamicsEEACC：7230doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2014．06．026基于MEMS传感器的水汽测量系统术刘清倦，高翔，陈传寅，谢钟镭(1．江苏省气象探测与信息处理重点实验室，南京210044；2．南

6、京信息工程大学电子与信息工程学院，南京210044)摘要：提出一种基于MEMS技术的电容式传感器，结合ARMCortex．M3嵌入式处理器搭建电容式水汽测量系统的测控系统，以实现大气环境中的高精度湿度测量。为提高测量精度和分辨率，利用24bit∑一△数模转换器测量露点和温度。通过PID控制算法对半导体制冷器进行控制，使贴有MEMS露点传感器和温度传感器的制冷器冷端表面温度降低。当MEMS露点传感器表面温度低于露点时，其表面会产生露珠，引起MEMS电容增大。MEMS露点传感器电容值可以通过24bit∑一△电容数字转换器测量。通过Gof-Gratch方程

7、和露点湿度转换关系，可计算出到大气湿度。测量结果表明，该系统的露点测量精度可达约±O．2℃。关键词：MEMS传感器；露点测量；露点湿度转换；温度传感器；计算流体动力学中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1004-1699(2014)06-0852-05水汽测量是气象探测的重要环节，对于天气预应速度较低，灰尘等污染物附着在镜面上会干扰光报、气象灾害预警、气候变化观测具有重要意义。露学测量，且在镜面温度在零摄氏度以下时，难以准确点是湿度定义和计量的标准。一个光洁镜面在样品分辨结霜和结露而导致露点测量的不准确，因此其空气中进行等压降温，镜面上的结

8、露量维持恒定时，应用受到限制。镜面的表面温度即为露点温度¨J。冷镜式露点仪随着微加工技术的进步，一些国内外学