本發(fā)明涉及一種濕度感測方法及其電路。
背景技術(shù)：
：：近年來由于高科技產(chǎn)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，電子產(chǎn)品或是各類精密儀器所置放環(huán)境的濕度控制更顯重要，故用以檢測濕度的濕度感測電路已成為人類生活中不可或缺的一部分。現(xiàn)有的濕度感測電路主要可分為電阻式與電容式，電阻式濕度感測電路中所使用的濕度感測器可根據(jù)環(huán)境中的相對濕度變化而具有對應(yīng)的電阻值，且電阻值與相對濕度之間是呈對數(shù)關(guān)系，濕度感測電路包含信號(hào)處理電路可根據(jù)前述電阻值產(chǎn)生對應(yīng)的相對濕度。于此，電阻值可能變化的范圍相當(dāng)?shù)貙拸V，使信號(hào)處理上較為復(fù)雜，導(dǎo)致前述信號(hào)處理電路在電路設(shè)計(jì)上較為困難。此外，以濕度感測器測量濕度時(shí)，濕度感測器所接收的電流不可為直流，因方向固定的直流電流會(huì)導(dǎo)致濕度感測器中的感濕材料內(nèi)的水分子電解，進(jìn)而導(dǎo)致濕度感測器的電導(dǎo)率因電解而逐漸下降，導(dǎo)致濕度感測器的電阻值無法正確地反應(yīng)出相對濕度的變化。因此，一般施加于濕度感測器的電壓都采用交流電壓或方波以產(chǎn)生方向非固定的電流。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種濕度感測方法及其電路。在一實(shí)施例中，一種濕度感測電路包含直流電壓源、對數(shù)放大器、濕度感測器及信號(hào)處理模塊。直流電壓源用于產(chǎn)生直流電壓，濕度感測器根據(jù)直流電壓產(chǎn)生檢測信號(hào)，對數(shù)放大器連接于濕度感測器，對數(shù)放大器用于根據(jù)濕度感測器產(chǎn)生的檢測信號(hào)進(jìn)行對數(shù)運(yùn)算以產(chǎn)生輸出電壓，信號(hào)處理模塊電性連接于對數(shù)放大器，信號(hào)處理模塊根據(jù)輸出電壓產(chǎn)生空氣的相對濕度。在一實(shí)施例中，對數(shù)放大器包含二極管與運(yùn)算放大器，且二極管電性連接 于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與輸出端之間。在一實(shí)施例中，濕度感測電路更包含開關(guān)模塊連接于前述直流電壓源、濕度感測器及運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，對數(shù)放大器經(jīng)由開關(guān)模塊的導(dǎo)通狀態(tài)于第一信號(hào)方向及第二信號(hào)方向接收檢測信號(hào)來產(chǎn)生輸出電壓。在一實(shí)施例中，前述開關(guān)模塊包含第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)及第四開關(guān)，濕度感測器的一端連接于第一開關(guān)與第四開關(guān)，濕度感測器的另一端連接于第二開關(guān)與第三開關(guān)，第一開關(guān)與第三開關(guān)連接于直流電壓源，第二開關(guān)與第四開關(guān)連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，于第一開關(guān)與第二開關(guān)導(dǎo)通期間，第一開關(guān)、濕度感測器與第二開關(guān)形成具第一信號(hào)方向的第一信號(hào)路徑，對數(shù)放大器經(jīng)由第一信號(hào)路徑接收檢測信號(hào)，于第三開關(guān)與第四開關(guān)導(dǎo)通期間，第三開關(guān)、濕度感測器與第四開關(guān)形成具第二信號(hào)方向的第二信號(hào)路徑，對數(shù)放大器經(jīng)由第二信號(hào)路徑接收檢測信號(hào)。在一實(shí)施例中，對數(shù)放大器包含雙載子接面晶體管與運(yùn)算放大器，雙載子接面晶體管電性連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與輸出端之間，運(yùn)算放大器的輸出端輸出前述的輸出電壓。在一實(shí)施例中，運(yùn)算放大器的正輸入端接收參考電壓，運(yùn)算放大器根據(jù)下式產(chǎn)生輸出電壓，其中V2代表輸出電壓，V3代表參考電壓，VT代表熱電壓，V1代表前述的直流電壓，Is代表二極管的逆向飽和電流，R代表濕度感測器的電阻值。在一實(shí)施例中，信號(hào)處理模塊包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及處理器，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，處理器根據(jù)數(shù)字信號(hào)經(jīng)由查表法產(chǎn)生相對濕度，運(yùn)算放大器的輸出端輸出前述的輸出電壓。在一實(shí)施例中，一種濕度感測方法包含供給直流電壓至濕度感測器、濕度檢測器根據(jù)直流電壓產(chǎn)生檢測信號(hào)、對檢測信號(hào)進(jìn)行對數(shù)運(yùn)算以產(chǎn)生輸出電壓、以及根據(jù)輸出電壓產(chǎn)生相對濕度。在一實(shí)施例中，其中供給直流電壓至濕度感測器的步驟更包含：經(jīng)由一信號(hào)路徑將直流電壓傳遞至濕度感測器，以及定時(shí)切換前述信號(hào)路徑傳遞直流電壓的方向。在一實(shí)施例中，根據(jù)輸出電壓值產(chǎn)生相對濕度的步驟更包含，對輸出電壓 值進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)、及根據(jù)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生相對濕度。綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路是通過對數(shù)放大器將濕度感測器的電阻值所產(chǎn)生的輸出電壓與相對濕度之間原先為對數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系。并且，通過切換不同的開關(guān)來改變電流流經(jīng)濕度感測器的方向以避免濕度感測器中所使用的感濕材料因水分子電解而改變特性，進(jìn)而提升濕度感測電路的使用壽命，且維持濕度感測電路感測相對濕度的精準(zhǔn)度。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。附圖說明圖1為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路的第一實(shí)施例的電路圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路的濕度感測器的電阻值與相對濕度之間的對應(yīng)關(guān)系圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路所產(chǎn)生的導(dǎo)通電流經(jīng)第一開關(guān)與第二開關(guān)時(shí)的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路所產(chǎn)生的導(dǎo)通電流經(jīng)第三開關(guān)與第四開關(guān)時(shí)的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)與相對濕度之間的對應(yīng)關(guān)系圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路的第二實(shí)施例的電路圖。其中，附圖標(biāo)記1濕度感測電路10對數(shù)放大器101運(yùn)算放大器102二極管103雙載子接面晶體管11濕度感測器12信號(hào)處理模塊121模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器122處理器13開關(guān)模塊131第一開關(guān)132第二開關(guān)133第三開關(guān)134第四開關(guān)D1數(shù)字信號(hào)I導(dǎo)通電流P1運(yùn)算放大器的正輸入端P2運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端P3運(yùn)算放大器的輸出端T1濕度感測器的第一端T2濕度感測器的第二端RH相對濕度V1直流電壓V2輸出電壓V3參考電壓具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述：請參照圖1，為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路的第一實(shí)施例的電路圖，揭露一濕度感測電路1。濕度感測電路1用以檢測空氣的相對濕度RH。濕度感測電路1主要包含對數(shù)放大器10、濕度感測器11、信號(hào)處理模塊12及直流電壓源(圖未示)。對數(shù)放大器10位于濕度感測器11與信號(hào)處理模塊12之間，對數(shù)放大器10的一輸入端連接于濕度感測器11，對數(shù)放大器10的輸出端電性連接于信號(hào)處理模塊12的輸入端。在本實(shí)施例中，濕度感測器11為高分子濕敏電阻，濕度感測器11中具有感濕材料，故濕度感測器11可根據(jù)空氣的相對濕度RH具有不同的電阻值，且濕度感測器11的電阻值與相對濕度RH之間是呈對數(shù)線性關(guān)系。請參閱圖2，為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測器11的電阻值與相對濕度RH之間的對應(yīng)關(guān)系圖，圖2的橫軸表示相對濕度RH，單位為百分比(％)，圖2的縱軸表示濕度感 測器11的電阻值經(jīng)對數(shù)運(yùn)算后所得的值，單位為歐姆(Ω)。由圖2可得知，濕度感測器11的電阻值與相對濕度RH之間是呈對數(shù)線性關(guān)系，且濕度感測器11具有正電阻濕度特性，即空氣的相對濕度RH愈高，濕度感測器11具有愈小的電阻值，空氣的相對濕度RH愈低，濕度感測器11具有愈大的電阻值。于此，濕度感測器11連接于直流電壓源與運(yùn)算放大器101之間。直流電壓源用以供給直流電壓V1至濕度感測器11，濕度感測器11根據(jù)直流電壓V1產(chǎn)生檢測信號(hào)，檢測信號(hào)包含濕度感測器11的電阻值。對數(shù)放大器10根據(jù)檢測信號(hào)進(jìn)行對數(shù)運(yùn)算而產(chǎn)生輸出電壓V2。信號(hào)處理模塊12接收輸出電壓V2并根據(jù)輸出電壓V2產(chǎn)生對應(yīng)的相對濕度RH。以下針對濕度感測電路1進(jìn)行更詳細(xì)的說明。對數(shù)放大器10包含運(yùn)算放大器101及二極管102。運(yùn)算放大器101包含正輸入端P1、負(fù)輸入端P2及輸出端P3。運(yùn)算放大器101的輸出端P3用以產(chǎn)生輸出電壓V2，運(yùn)算放大器101的負(fù)輸入端P2連接于濕度感測器11，運(yùn)算放大器101的正輸入端P1電性連接于另一直流電壓源(圖未示)以接收參考電壓V3。二極管102電性連接于運(yùn)算放大器101負(fù)輸入端P2與輸出端P3之間以提供運(yùn)算放大器101一負(fù)反饋路徑。二極管102的正極與負(fù)極分別電性連接于運(yùn)算放大器101的負(fù)輸入端P2及輸出端P3。于此，二極管102所產(chǎn)生的導(dǎo)通電流I具有對數(shù)特性因此，運(yùn)算放大器101根據(jù)直流電壓V1、參考電壓V3、導(dǎo)通電流I及濕度感測器11的電阻值所產(chǎn)生的輸出電壓V2可由下式1表示：........式1。其中可視為檢測信號(hào)，VT代表熱電壓，Is代表二極管102的逆向飽和電流Is。一般來說，在室溫下，熱電壓VT約為25毫伏(mV)，逆向飽和電流Is約為10-14安培(A)。由式1可得知，對數(shù)放大器10是對檢測信號(hào)進(jìn)行對數(shù)運(yùn)算而產(chǎn)生輸出電壓V2，使輸出電壓V2與相對濕度RH之間呈線性關(guān)系。此外，對數(shù)放大器10根據(jù)參考電壓V3以調(diào)整輸出電壓V2的電壓大小。在本實(shí)施例中，經(jīng)對數(shù)運(yùn)算后所產(chǎn)生的輸出電壓V2的最大值與最小值之間的差為250mV。在本實(shí)施例中，二極管102可為一般二極管或齊納二極管(Zenerdiode)。信號(hào)處理模塊12包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器121(Analog-to-digitalconverter；ADC)及處理器122依序串接，且模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器121電性連接于運(yùn)算放大器101的輸出端P3。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器121接收輸出電壓V2并將輸出電壓V2轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)D1，由于經(jīng)由開關(guān)模塊13和濕度感測器11所產(chǎn)生的輸出電壓V2并非為穩(wěn)定(settling)信號(hào)，所以模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器121以固定的頻率和時(shí)間對輸出電壓V2進(jìn)行取樣，以產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)D1，致使相同的相對濕度RH可對應(yīng)固定的數(shù)字信號(hào)D1。而模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為本領(lǐng)域所熟知，故不再贅述其詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)與運(yùn)作。處理器122接收數(shù)字信號(hào)D1，并根據(jù)數(shù)字信號(hào)D1以查表法(Look-uptable)產(chǎn)生準(zhǔn)確對應(yīng)的相對濕度RH，也就是說，設(shè)計(jì)者可將數(shù)字信號(hào)D1表示的數(shù)字值所對應(yīng)的相對濕度RH預(yù)先儲(chǔ)存于一轉(zhuǎn)換表中，在濕度感測電路1進(jìn)行濕度檢測時(shí)，可以程序化的固件來控制處理器122將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器121產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)D1根據(jù)前述預(yù)先儲(chǔ)存的轉(zhuǎn)換表即時(shí)產(chǎn)生對應(yīng)的相對濕度RH。或者，處理器122亦可經(jīng)由校正方程序?qū)?shù)字信號(hào)D1進(jìn)行線性修正或非線性修正來微調(diào)誤差以產(chǎn)生準(zhǔn)確對應(yīng)的相對濕度RH，其中線性修正可為一階修正，非線性修正可為二階修正。濕度感測電路1更包含開關(guān)模塊13。濕度感測電路1根據(jù)開關(guān)模塊13的導(dǎo)通狀態(tài)而形成供導(dǎo)通電流I流經(jīng)的第一信號(hào)路徑與第二信號(hào)路徑，第一信號(hào)路徑及第二信號(hào)路徑分別具有第一信號(hào)方向及第二信號(hào)方向的，且第一信號(hào)方向相反于第二信號(hào)方向，以避免濕度感測器11中的感濕材料因水分子電解而改變特性。請重新參閱圖1，開關(guān)模塊13包含第一開關(guān)131、第二開關(guān)132、第三開關(guān)133及第四開關(guān)134，濕度感測器11的第一端T1連接于第一開關(guān)131與第四開關(guān)134，濕度感測器11的第二端T2連接于第二開關(guān)132與第三開關(guān)133，并且，第一開關(guān)131與第三開關(guān)133連接于直流電壓源，第二開關(guān)132與第四開關(guān)134連接于運(yùn)算放大器101的負(fù)輸入端P2?；?，濕度感測器11可經(jīng)由第一開關(guān)131接收直流電壓V1，濕度感測器11亦可經(jīng)由第三開關(guān)133接收直流電壓V1；并且，濕度感測器11可經(jīng)由第二開關(guān)132電性連接于運(yùn)算放大器101的負(fù)輸入端P2，濕度感測器11亦可經(jīng)由第四開關(guān)134電性連接于運(yùn)算放大器101的負(fù)輸入端P2。第一開關(guān)131與第二開關(guān)132是同時(shí)導(dǎo)通或不導(dǎo)通，且第三開關(guān)133與第四開關(guān)134亦同時(shí)導(dǎo)通或不導(dǎo)通，然而，第一開關(guān)131、第二開關(guān)132、第三開關(guān)133及第四開關(guān)134不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通或不導(dǎo)通，也就是說，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)131與第二開關(guān)132導(dǎo)通時(shí)，第三開關(guān)133與第四開關(guān)134不導(dǎo)通，而當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)131與第二開關(guān)132不導(dǎo)通時(shí)，第三開關(guān)133與第四開關(guān)134導(dǎo)通。請參照圖3及圖4，分別為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路所產(chǎn)生的導(dǎo)通電流I經(jīng)第一開關(guān)與第二開關(guān)時(shí)的示意圖。如圖3所示，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)131與第二開關(guān)132導(dǎo)通而第三開關(guān)133與第四開關(guān)134不導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通電流I由直流電壓源流經(jīng)第一開關(guān)131、濕度感測器11、第二開關(guān)132及二極管102所形成的第一信號(hào)路徑，此時(shí)導(dǎo)通電流I的方向是由濕度感測器11的第一端T1流向第二端T2，對數(shù)放大器101經(jīng)由第一信號(hào)路徑接收檢測信號(hào)；如圖4所示，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)131與第二開關(guān)132不導(dǎo)通而第三開關(guān)133與第四開關(guān)134導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通電流I由電壓源流經(jīng)第三開關(guān)133、濕度感測器11、第四開關(guān)134及二極管102所形成的第二信號(hào)路徑，此時(shí)導(dǎo)通電流I的方向是由濕度感測器11的第二端T2流向第一端T1，對數(shù)放大器101經(jīng)由第二信號(hào)路徑接收檢測信號(hào)。于此，在本實(shí)施例中，濕度感測電路1更包含一開關(guān)控制電路(圖未示)，開關(guān)控制電路可以固定的切換頻率將第一開關(guān)131、第二開關(guān)132由導(dǎo)通切換為不導(dǎo)通，并同時(shí)將第三開關(guān)133與第四開關(guān)134由不導(dǎo)通切換為導(dǎo)通；或者，開關(guān)控制電路將第一開關(guān)131、第二開關(guān)132由不導(dǎo)通切換為導(dǎo)通，并同時(shí)將第三開關(guān)133與第四開關(guān)134由導(dǎo)通切換為不導(dǎo)通，設(shè)計(jì)者可藉由開關(guān)控制電路控制第一開關(guān)131、第二開關(guān)132、第三開關(guān)133與第四開關(guān)134的開關(guān)組態(tài)，即可定時(shí)切換信號(hào)路徑傳遞直流電壓的方向，據(jù)以改變導(dǎo)通電流I流經(jīng)濕度感測器11的方向以避免濕度感測器11中的感濕材料因水分子電解而改變特性。請參閱圖5，為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)D1與相對濕度RH之間的對應(yīng)關(guān)系圖，其中橫軸為相對濕度RH，單位為％，縱軸為數(shù)字信號(hào)D1所表示的數(shù)字值而不具有單位。由圖5可得知，相對濕度RH與數(shù)字信號(hào)D1之間是呈線性關(guān)系。綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路是通過對數(shù)放大器將濕度感測器的電阻值所產(chǎn)生的輸出電壓與相對濕度之間原先為對數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系。并 且，通過切換不同的開關(guān)來改變電流流經(jīng)濕度感測器的方向以避免濕度感測器中所使用的感濕材料因水分子電解而改變特性，進(jìn)而提升濕度感測電路的使用壽命，且維持濕度感測電路感測相對濕度的精準(zhǔn)度。請參照圖6，為根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路的第二實(shí)施例的電路圖，與第一實(shí)施例的差異在于，對數(shù)放大器10是由運(yùn)算放大器101與雙載子接面晶體管103(Bipolarjunctiontransistor；BJT)所實(shí)現(xiàn)，以雙載子接面晶體管103取代第一實(shí)施例的二極管102。為方便描述，以下將雙載子接面晶體管103簡稱為晶體管103。由于晶體管103于導(dǎo)通時(shí)其基極(Base)與射極(Emitter)間的接面所產(chǎn)生的電流亦有對數(shù)特性，因此，對數(shù)放大器10可根據(jù)濕度感測器11的電阻值以對數(shù)運(yùn)算產(chǎn)生輸出電壓V2。而濕度感測器11、信號(hào)處理模塊12、第一開關(guān)131、第二開關(guān)132、第三開關(guān)133及第四開關(guān)134的運(yùn)作與第一實(shí)施例大致相同，于此不再贅述。本實(shí)施例的晶體管103是為NPN晶體管，但本發(fā)明不限于此，晶體管103亦可以PNP晶體管取代。綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的濕度感測電路是通過對數(shù)放大器將濕度感測器的電阻值所產(chǎn)生的輸出電壓與相對濕度之間原先為對數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系。并且，通過切換不同的開關(guān)來改變電流流經(jīng)濕度感測器的方向以避免濕度感測器中所使用的感濕材料因水分子電解而改變特性，進(jìn)而提升濕度感測電路的使用壽命，且維持濕度感測電路感測相對濕度的精準(zhǔn)度。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3 當(dāng)前第1頁1 2 3