CN102636500A - 基于射频的湿度测量方法 - Google Patents
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Abstract
基于射频的湿度测量方法，主机处理模块根据接收到的射频发射功率和接收功率来计算空气中水蒸气的含量。先根据所要测量的环境，确定发射模块和接收模块之间的距离和水蒸气吸收射频信号的参数
，射频发射模块在短时间内，通过天线以一固定的发送功率发送一固定频率的射频信号给接收模块，并将此次射频的发射功率以微波方式通过天线发送给主机；射频接收模块通过天线和接收机单元接收射频发射模块发送的射频信号,并根据射频接收模块中数据处理单元计算出接收功率，计算出被水吸收的射频功率，从而计算空气的湿度。本发明方便简捷，适用范围宽。
Description
技术领域
本设计属于传感器领域的湿度传感器技术领域，特别涉及一种利用射频测量湿度的方法。
背景技术
目前常用的湿度计主要有干湿球和阻抗式湿度计。干湿球是最古老最常用的湿度测量方法之一，在量程范围内相对湿度测量精度较高，但只适用于0~85℃温度范围内的空气湿度测量。阻抗式湿度计同样在高温高湿环境中工作不稳定，易老化。也有一种微波湿度计，它是通过空气吸收微波辐射的程度来测量空气的湿度，该方法虽测量量程宽，但仪表加工要求严格，成本高，且不适用于湿度变化快的测量场合。
发明内容
本发明的目的是提供一种适应于各种高低温高湿环境的湿度测量方法。
本发明利用水蒸气对射频信号的敏感吸收完成了对所需环境的湿度测量。对于射频发送模块采用多天线技术，向不同方向位置的接收模块发送信号，从而更准确地测量所处环境的湿度。本发明的主机系统中存有各个装置的唯一识别代码及数据处理方式和程序。
本发明基于射频的湿度测量方法，包括以下步骤：
A、根据所要测量的环境，确定发射模块和接收模块之间的距离，一般在1000米以内，在这段距离上射频信号可视为直线视距传输；
B、根据所测量的环境，选择水蒸气吸收射频信号的参数 
，
与射频的发射频率和环境温度有关，其取值一般小于0.1mW/g；
C、射频发射模块在短时间内，如1s内，通过天线以一固定的发送功率发送一固定频率的射频信号给接收模块，并将此次射频的发射功率以微波方式通过天线发送给主机，射频发射频率为430.05～440MHz或902～928MHz；
D、射频接收模块通过天线和接收机单元接收射频发射模块发送的射频信号,并根据射频接收模块中数据处理单元计算出接收功率，并将接收功率信息通过天线以微波发送给主机；
E、主机接收射频发射模块和接收模块发送的信息，并根据公式
进行处理，此公式通过如下步骤得出：
被水吸收的射频信号功率计算公式为：，其中，
为发射功率，是自己设定的，
为接收功率，可以通过接收模块中的功率计直接得出，为路径损耗，可以通过查找无线通信路径损耗资料获得，
为被水蒸气吸收的功率。
在射频信号传输过程中水蒸气对射频信号的影响是与发射频率有关的，水蒸气对不同的发射频率具有不同的吸收程度，因此水蒸气对射频信号的影响可记为：
其中，
为水蒸气吸收射频的程度参数，与射频的发射频率和环境温度有关，其取值范围一般为0～0.1mW/g，
表示绝对湿度，
为吸收射频的水蒸气的体积。因为在发射天线与接收天线之间，射频信号可视为直线传输，则上述公式可化为
其中，
为发射天线与接收天线之间的距离。
在固定发射频率，发射功率，接收距离的情况下，得出湿度的计算方法公式：
本发明中射频信号的发送功率和频率都是可根据主机命令调整的，因此射频发射模块在每次测量大气湿度时可以以不同的射频发射频率进行多次测量，最后有主机对多次测量结果进行处理，得到更精确的大气湿度。也可以把一个射频发射模块做成多天线的，同时向不同方向多个射频接收模块发射射频信号，然后射频接收模块将接收的功率发送给主机处理，从而提高测量的精确度。
本发明中对每个射频发射模块和射频接收模块都有唯一识别的代码，并且对于各个发射模块在某一时刻发射的射频信号和接收模块接收的射频信号都有唯一的识别代码。
本发明中基于射频的湿度测量方法，其结构主要包括射频发射模块，射频接收模块和主机三部分；其中射频发射模块主要包括命令接收与处理单元、射频电路单元、微波电路单元、信号发射单元，射频接收模块主要包括接收机单元、数据处理单元、微波电路单元、信号发射单元。
本发明克服了以往所用技术所存在的易老化、不稳定、不易维护以及适用范围有限的缺点，为湿度测量提供了一种方便更简捷的实现方法。
以下结合附图及实施例详细说明本发明。
附图说明
图1是基于射频的湿度测量系统的结构示意图；
图2是单个发射与接收模块内部结构框图。
具体实施方式
实施例1
基于射频的湿度测量方法，包括以下步骤：
A、根据所测环境（室内、室外）选择水蒸汽吸收射频信号的参数，确定测量装置之间的间隔距离，确定射频的发射频率和功率，并安装好各个装置。现实验将射频发射与接收装置之间的间隔设为10米，参数
取值为0.0494mW/g，路径损耗
取值为44.7dBm。
B、射频发射装置接收主机发来的命令，发射射频信号给周围的接收装置，接收装置经过数据处理模块中功率测量模块读出接收的射频信号的功率，并将之发送给主机。射频发射频率为915MHz，发射功率设为+15dBm，在某一晴天情况下接收模块中接收到的功率为-34.9dBm。
C、主机接收从各个接收装置发来的接收功率，分别根据公式计算出空气湿度，然后再综合估计出所测地区的空气湿度。
计算公式如下：
根据公式计算得两种天气下空气绝对湿度为10.52g/m3，根据测量时的温度转化为相对湿度为59.98%。在同样环境下用阻抗式湿度计测得的空气相对湿度为59.5%，用干湿球测得空气的相对湿度为60%。
其中，步骤B中所述的发射装置和接收装置可设计成一个既具有发射射频信号功能又具有接收射频信号功能的测量装置。在每个装置中可设置不同的编码随信号发射，从而接收端很容易判断出是哪个装置发射来的信号，然后在解码测量功率时插入自己的编码，再将最终信息发送给主机，主机通过接收信号内的编码号确定两个装置之间的距离，从而做最后处理，计算出所测环境的空气湿度。
实施例2
根据实施例1的步骤，将射频发射与接收装置之间的间隔设为50米，参数
取值为0.0046mW/g，路径损耗
取值为75.3dBm，射频发射频率定为433.92MHz，发射功率设为10dBm，在某一雨天情况下接收模块中接收到的功率为-69.9dBm。根据公式计算得两种天气下空气绝对湿度为20.05g/m3，根据测量时的温度转化为相对湿度为87%。在同样环境下用阻抗式湿度计测得的空气相对湿度为86%，用干湿球测得空气的相对湿度为89%。
Claims (6)
1. 一种基于射频的湿度测量方法，其特征在于包括以下步骤：
根据所要测量的环境，确定发射模块和接收模块之间的距离；
选择水蒸气吸收射频信号的参数 ，
与射频的发射频率和环境温度有关，取值范围为0～0.1mW/g；
射频发射模块在短时间内，通过天线以一固定的发送功率发送一固定频率的射频信号给接收模块，并将此次射频的发射功率以微波方式通过天线发送给主机；
D、射频接收模块通过天线和接收机单元接收射频发射模块发送的射频信号,并根据射频接收模块中数据处理单元计算出接收功率，并将接收功率信息通过天线以微波发送给主机；
E、主机接收射频发射模块和接收模块发送的信息，并根据湿度的计算公式，
得到所测环境的湿度，式中被水吸收的射频信号功率为：
，其中，
为发射功率，
为接收功率，通过接收模块中的功率计直接得出，
为路径损耗，
为被水蒸气吸收的功率；水蒸气对射频信号的影响为：
其中，
为水蒸气吸收射频的程度参数，
表示绝对湿度，
为吸收射频的水蒸气的体积；在发射天线与接收天线之间，射频信号视为直线传输，有
，其中，
为发射天线与接收天线之间的距离。
2.如权利要求1所述的基于射频的湿度测量方法，其特征在于：所述步骤C中射频接收模块所计算出的接收功率通过信道编码再以微波的方式发送给主机。
3. 如权利要求2所述的基于射频的湿度测量方法，其特征在于：一个射频发射模块可以同时向不同方向多个射频接收模块发射射频信号。
4. 如权利要求3所述的基于射频的湿度测量方法，其特征在于：对每个射频发射模块和射频接收模块都有唯一识别的代码，并且对于各个发射模块在某一时刻发射的射频信号和接收模块接收的射频信号都有唯一的识别代码。
5. 如权利要求1所述的基于射频的湿度测量方法，其特征在于：所述的发射模块和接收模块之间的距离为1000米以内。
6. 如权利要求1所述的基于射频的湿度测量方法，其特征在于：所述的频率为430.05～440MHz或902～928MHz。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120815 |