一種海洋氣象要素溫濕度傳感器的研制

任浩然， 王東明

（1.海軍青島航保廠，山東 青島 266001；2.山東省科學院海洋儀器儀表研究所，山東 青島 266001）

引言

在海濱觀測規范中，氣象觀測項目主要有風、氣壓、空氣溫度、相對濕度、海面有效能見度、降水量、霧等氣象要素。船舶海洋水文氣象觀測項目包括氣壓、氣溫、相對濕度、風、云、天氣現象、海面有效能見度等氣象要素。因此，氣溫和相對濕度是氣象觀測要素中的主要要素。

目前，國內的溫度傳感器和相對濕度傳感器是相互獨立的，溫度傳感器是一個鉑電阻，用戶使用時需設計溫度調理電路，接口電路復雜，使用不便；相對濕度傳感器還是傳統的濕敏電容，這種器件不適用于海洋氣候環境，可靠性不高，易損壞。國外溫濕度傳感器的輸出信號單一，無法滿足用戶對不同接口的需求［1］。

為解決現有溫濕度傳感器存在的問題及缺陷，本文提出一種海洋氣象要素溫濕度傳感器，以適應復雜惡劣的海洋環境以及用戶對不同接口的需求。

1 技術方案

這種海洋氣象要素溫濕度傳感器特征在于盒體及內部的硬件電路。硬件電路進行了溫度補償設計，包括依次連接的敏感器件、信號放大電路、電壓轉換電流電路、串行通信電路、輸出信號選擇電路。敏感器件根據溫度和相對濕度的變化輸出變化的電壓信號，一路信號通過信號放大電路將電壓信號放大輸出，然后通過電壓轉換電流電路將變化的電壓信號轉換為電流信號；另一路信號再通過串行通信電路轉換為數字信號；最后通過輸出信號選擇電路按要求選擇輸出信號形式。

傳感器工作原理框圖如圖1所示，硬件電路均經過溫度補償處理，包括敏感器件、信號放大電路、電壓轉換電流電路、串行通信電路、輸出信號選擇電路［2］。敏感器件根據溫度和相對濕度的變化輸出變換的電壓信號，一路信號通過信號放大電路將電壓信號放大輸出，然后通過電壓轉換電流電路將變化的電壓信號轉換為電流信號；另一路信號再通過串行通信電路轉換為數字信號；最后通過輸出信號選擇電路按要求選擇輸出的信號形式。

圖1 傳感器工作原理圖

2 結論

選擇2個研制的溫濕度傳感器（分別編號為1號、2號）進行測試，溫度準確性測試結果見下頁表1，相對濕度準確性測試結果見表2。

表1 溫濕度傳感器溫度準確性測試結果

表2 溫濕度傳感器相對濕度準確性測試結果

測試結果表明，本實用新型溫濕度傳感器的溫度測量最大誤差為0.1℃，相對濕度測量最大誤差為1.3%RH，遠優于氣象規范的要求，并且溫度和相對濕度測量線性度好［3］。這一實用新型溫濕度傳感器配備有專用百葉箱，并進行了陸地和海試，完全可以滿足港口、岸站、艦船等海洋環境的氣象觀測要求。

［1］ 陳如冰，吳向東.溫濕度計校準結果的不確定度分析［D］.南京：2008年江蘇省計量測試學術論文集，2008：134-137.

［2］ 姬延軍.某船航行狀態螺旋式測風傳感器風向誤差分析［J］.機械管理開發，2015，30（2）：28-30.

［3］ 李志乾.超聲波式與螺旋槳式測風傳感器數據對比分析［J］.科技發展生產力，2015，63（3）：27-31.