CN112114009B - 一种具备自我诊断功能的湿度传感器芯片及湿度传感器芯片的自我诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种具备自我诊断功能的湿度传感器芯片，传感器芯片包括湿度敏感模块、测量电路模块、微处理单元MCU、存储模块；所述湿度敏感模块包括湿度敏感材料；所述湿度敏感模块存在两种不同的物理性质A和B随着湿度敏感材料含水率变化而变化，这两种物理性质均与湿度敏感材料的含水率密切相关，均可以分别用于检测环境空气中的湿度；所述湿度传感器芯片，在自我诊断过程中，无需凭借湿度传感器芯片自身以外的任何外在的参照标准，仅仅利用自身特性而实现自我诊断。MCU中的判别功能模块根据计算得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b进行自我诊断、判别湿度传感器芯片是否存在故障、或性能老化。

Description

一种具备自我诊断功能的湿度传感器芯片及湿度传感器芯片 的自我诊断方法
技术领域
本发明涉及一种具备自我诊断功能的湿度传感器芯片，及湿度传感器芯片的自我诊断方法。
背景技术
在本申请的申请人/发明人提出的申请号为CN2019111875813的发明专利申请中，记载了一种湿度传感器芯片，本发明专利申请是在上述发明专利申请的基础上作出的进一步改进。关于本申请的技术方案的内容，本发明专利申请的申请人保留完整引入上述在先申请的发明专利的全部内容的权利，为简约起见，在本申请的说明书中不作过多记载。
在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，湿度传感器会产生老化，精度下降。然而，目前的各种湿度传感器在使用过程中，并不能主动提示自身是否存在故障，或性能发生老化而使得测量结果不再可靠。需要技术人员定期对湿度传感器进行人为检验、校正，当人工检测出性能劣化超出容忍度时，人工去更换。
在我们的发明申请CN2019111875813中，湿度传感器芯片还不具备自我诊断功能，并且，现有技术中也没有能够实现自我诊断而不依赖于任何外在参照校准的湿度传感器芯片。在现有技术中，对湿度传感器的检测、校准，通常都需要与外在的标准湿度计进行比较、校正、诊断。
发明内容
本发明专利申请是在发明专利申请CN2019111875813的基础上作出的进一步改进，本发明专利申请的申请人保留完整引入上述在先申请的发明专利的全部内容的权利。本发明提供一种用于测量湿度的传感器芯片，尤其是具备自我诊断功能湿度传感器芯片，其目的在于去除人工定期检验湿度传感器性能劣化程度的劳动，实现湿度传感器芯片的自我诊断、更换提醒。在自我诊断过程中，无需凭借湿度传感器芯片自身以外的任何外在的参照标准，仅仅利用自身特性而实现自我诊断。
在本发明中，用于测量湿度的传感器芯片，传感器芯片包括湿度敏感模块、测量电路模块、微处理单元MCU、存储模块；湿度敏感模块、微处理单元MCU、存储模块集成得到用于测量湿度的传感器芯片；为了测量环境湿度，所述湿度敏感模块包括湿度敏感材料。
作为本发明的核心构思的一部分，也是本发明为了实现自我诊断功能而具备的技术特征，所述具备自我诊断功能湿度传感器芯片具备如下特点：测量电路模块同时测量湿度敏感模块的两种不同的物理性质，所述两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化。
在本发明的研究过程中，发明人发现，有些湿度传感器，湿度敏感模块存在两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化，这两种物理性质均与湿度敏感材料的含水率密切相关，均可以用于检测环境空气中的湿度。
发明人还发现，由于是两种不同的物理性质，其随着含水率变化的物理机制的不同的，构建出的湿度敏感模块后，这两种不同的、与湿度敏感材料的含水率密切相关物理性质，随着湿度传感器的使用时间的延长，性能衰退的曲线也是不一致的，即，与湿度敏感相关的不同的物理性质，随着传感器使用时间的延长，测量准确度方面的偏差会越来越大，并且偏差的程度是不一致的。
举例而言，某湿度传感器，其湿敏电阻率与含水率之间的关系曲线随着使用时间而变化，其介电常数与含水率之间的关系曲线也随着使用时间而变化。初投入使用时，采用湿敏电阻率与含水率之间的关系曲线来检测环境空气湿度，其误差极小，近乎于零；采用介电常数与含水率之间的关系曲线来检测环境空气湿度，其误差同样极小，也近乎于零。但使用一段时间后，例如一年后，采用湿敏电阻率与含水率之间的关系曲线来检测环境空气湿度，其误差达到3％，采用介电常数与含水率之间的关系曲线来检测环境空气湿度，其误差则达到4％；使用两年后，采用湿敏电阻率与含水率之间的关系曲线来检测环境空气湿度，其误差达到5％，采用介电常数与含水率之间的关系曲线来检测环境空气湿度，其误差则达到9％；
从上例可以看出，对于同样一个湿度传感器，与湿度敏感材料的含水率密切相关的不同的物理性质，使用时间的延长，性能衰退的曲线是不一致的。不同的物理性质，对湿度的敏感程度是不同的。事实上，由于不同的物理机制及失效原因，两种不同的物理性质随着使用时间的延长而性能衰退的曲线几乎是不可能相同的，并且随着时间延长，这两者之间的差异将会越来越大。
附图1示例性地展示了一种湿度传感器在某应用场景中的这种性能衰退情况。图1中，横坐标为某湿度传感器的使用时间/在役时间，纵坐标为湿度测量误差。图中，A和B分别表示根据两种不同的物理性质随着湿度变化的关系曲线而测量得到的湿度的误差，由图可见，A和B的湿度测量误差均随着湿度传感器的使用时间/在役时间增加而增加，但两者的误差增长速率是不同的，并且，随着湿度传感器的使用时间/在役时间增加，两者之间的差值越来越大。
附图2示例性地展示了另一种湿度传感器在某应用场景中的这种性能衰退情况。图2中，横坐标为另一种湿度传感器的使用时间/在役时间，纵坐标为湿度测量误差。图中，A和B分别表示根据两种不同的物理性质随着湿度变化的关系曲线而测量得到的湿度的误差，由图可见，A和B的湿度测量误差均随着湿度传感器的使用时间/在役时间增加而增加，但A的误差增长正向的，B的误差增长负向的，并且，随着湿度传感器的使用时间/在役时间增加，两者之间的差值越来越大。
无论是图1所示的情形，还是图2所示的情形，都表明一个事实：对于同一个湿度传感器，在同一次测量中(即真实的湿度值是一致的)，根据物理性质A测量得到的结果与根据物理性质B测量得到的结果，两个测量值之间会存在一定的偏差，并且，这种偏差会随着湿度传感器的使用时间/在役时间增加而越来越大。
因此，根据上述两种测量值的差值的大小，可以反映出湿度传感器的使用时间/在役时间的长短、可以反映出湿度传感器的性能劣化程度。
为了利用这一发现，本发明的发明人研发出了具备自我诊断功能湿度传感器芯片。本发明的传感器芯片去除了人工定期检验湿度传感器性能劣化程度的劳动，实现湿度传感器芯片的自我诊断、更换提醒。
值得特别指出的是，作为本发明的一个突出贡献，还在于：在现有的各类湿度传感器中，尚未见过同时利用两种及以上的不同的湿度敏感曲线来进行湿度测量的。现有技术中，要么利用的是湿度敏感材料的电阻率与含水率之间的变化规律来测量湿度，要么是利用湿度敏感材料的介电常数与含水率之间的变化规律来测量湿度，抑或是利用湿度敏感材料的湿致变色与含水率之间的变化规律来测量湿度，即，现有技术中，对特定的传感器，测量湿度所利用的物理规律是单一的。而在本发明中，发明人则利用上述发现，测量电路模块用于将测量得到的湿度敏感材料的上述两种不同的物理性质的测量结果传输至微处理单元MCU，依据不同的物理性质来得到环境湿度。并且，两者所得到的结果还可减小测量误差、互为检验、实现自我诊断功能，自主提示性能老化、故障信息。
值得发明人特别指出的是，无论是图1的示例中，还是图2的示例中，图中的曲线并不能唯一地表示特定湿度传感器的性能衰退曲线，这样的性能衰退曲线，还取决于应用场景，换言之，即使是同一个湿度传感器，应用于不同的场所时，其性能衰退曲线也是不同的。因此，图1和图2仅仅是一种示例性原理说明，而并非事实仅仅限于如此。
然而，对于同一个湿度传感器芯片，当其固定应用于某一应用场景时，根据物理性质A测量得到的结果与根据物理性质B测量得到的结果的准确度随时间变化而变化的趋向，则是不变的。也正是如此，发明人才可能将其用于实现湿度传感器的自我诊断功能。
还需要指出的是，对于特定的湿度传感器，仅仅根据物理性质A测量得到的结果，或者根据物理性质B测量得到的结果，是无法判断出湿度传感器的性能劣化程度的，即，在无外在参照标准的情况下，仅仅凭借一种物理性质而测量得到的湿度结果，是根本不可能得知其测量误差情况的。
正是由于发明人发现了：对于同一个湿度传感器，在同一次测量中(即真实的湿度值是一致的)，根据物理性质A测量得到的结果与根据物理性质B测量得到的结果，两个测量值之间会存在一定的偏差，并且，这种偏差会随着湿度传感器的使用时间/在役时间增加而越来越大。这就使得本发明的湿度传感器芯片实现自我诊断成为可能。
由上述分析可知，本发明的湿度传感器芯片，在自我诊断过程中，无需凭借湿度传感器芯片自身以外的任何外在的参照标准，仅仅利用自身特性而实现自我诊断。
在本发明的各种实施方式中，均可以采取集成化的技术手段：湿度敏感模块、微处理单元MCU、存储模块通过层叠封装技术集成在一片衬底材料上得到用于测量湿度的传感器芯片。这种集成化的湿度传感器芯片，使得传感器芯片在使用时更加方便，无需再另外构建测量电路和信号处理电路，在使用时，系统的体积更为小巧。
在本发明中，对于真正其敏感作用的湿度敏感模块，其包括湿度敏感材料、衬底、上电极和下电极；下电极位于衬底材料的背面，上电极位于衬底材料的正面；上电极和下电极构成叉指电极；湿度敏感材料制备在衬底的正面上。上电极为部分覆盖湿度敏感材料表面使得湿度敏感材料具有漏出部分的电极，例如叉指电极，例如回形电极，例如梳装电极；上电极表面积为湿度敏感材料表面积的1/3～2/3。在湿度敏感模块中，上电极和下电极的设置，是为了利用测量电路模块对湿度敏感模块施加测量电信号，得到湿度敏感模块与环境湿度有关的物理性质。在这里，上电极和下电极也可以为互相交错而不接触的蛇形电极、回形电极等，或者上电极为蛇形电极或回形电极，下电极为完全覆盖衬底背面的平面形电极。可选地，在制作湿度敏感模块时，在完成上电极的沉积之后再在其上制备湿度敏感材料；或在完成湿度敏感材料的制备后再在其上制备上电极。湿度敏感材料、衬底、上电极和下电极构成电容器结构。
在本发明的各种实施方式中，普遍地，所述湿度敏感模块包括湿度敏感材料、衬底。
在各个具体实施方式中，测量电路模块用于将测量得到的湿度敏感模块的上述两种不同的物理性质的测量结果传输至微处理单元MCU。存储模块中存储有标准参数库，所述标准参数库中记录有湿度敏感模块的两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线。所述两种不同的物理性质分别以A、B来表示，即标准参数库中同时记录有所述湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准曲线、所述湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准曲线。所述标准曲线被用来测量环境空气湿度，在具体运用中，实现方式如下描述：
微处理单元MCU根据上述测量得到的所述湿度敏感模块的物理性质A和物理性质B的测量结果，对标准参数库中记录的所述湿度敏感模块的物理性质A和物理性质B分别随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线分别进行索引，比较、运算，分别得到所要测量的环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b；
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出。
可选地，所述衬底材料为石英薄片。
上电极、下电极、湿度敏感材料附着在石英薄片上。上电极、湿度敏感材料、石英薄片和下电极构成电容器结构。该电容器具备如下特性：
(1)其电容值敏感依赖于环境空气的湿度。这是由于水分子被湿度敏感材料吸附后，改变了其介电常数。
(2)在该电容器被施加一定频率的交流电激励信号时，会发生机械振荡，且机械振荡的谐振频率敏感依赖于环境空气的湿度。这是由于石英薄片具备压电特性，被施加定频率的交流电激励信号时，会发生机械振荡，且机械振荡的谐振频率敏感依赖于石英薄片的切割方向、尺寸、质量，而水分子被湿度敏感材料吸附后，改变了附着于石英薄片的湿度敏感材料的质量，进而使得在该电容器被施加一定频率的交流电激励信号时，谐振频率敏感依赖于环境空气的湿度。
在测量时，测量电路模块向湿度敏感模块的上电极和下电极施加交流电激励信号，同时测量所述湿度敏感模块的两种不同的物理性质，即物理性质A和物理性质B，由物理性质A和物理性质B分别得到两个测量结果，即环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b；所述两种不同的物理性质A和B随着湿度敏感材料含水率变化而变化。
作为一种举例，包括但不限于如下情形：
在发明人的研究过程中，发现，某些湿度敏感材料，其介电常数会随着含水率的变化而变化，若将其制作成电容器的介电材料，即在该种湿度敏感材料的两侧制作出一对电极，形成电容器，可以通过测量其电容来推算得到环境空气的湿度。并且，发明人还创造性地提出，作为更进一步的改进，将这种湿度敏感的电容器的一对电极中间，另外插入薄片型压电材料，在电容器的两电极之间施加交流电激励信号，则该电容器的交流频率响应曲线也明显地呈现出湿度相关性，突出地表现在，薄片压电材料与湿度敏感材料共同作为电容器的电介质层时，在交流电激励信号作用下，还会发生机械振动，其共振频率会敏感依赖于湿度敏感材料的含水率，由此还可以根据共振频率的变化推算出环境空气的湿度。这其中的物理机制，可解释为：湿度敏感材料吸附空气中的水分后，其质量将会发生变化，由此，会改变上述共振频率。
在上述发明人提出的这种类型的湿度传感器中，既可以利用湿度敏感材料的介电常数随着含水率变化而变化的物理规律进行湿度测量，也可以利用该压电电容器的共振频率随着含水率变化而变化的物理规律进行湿度测量。这两者中，既可以单独采用其中任意一种物理机制进行湿度测量，也可以同时采用这两种物理机制进行湿度测量，由此，这将会得出两个测量结果，在正常情况下，这两个测量结果应当是一致的，或者说相差应该是很小的。
为了进一步减小测量误差，发明人提出，两个测量结果可以进行互为补偿，即取其均方根或算术平均值来作为最终的、单一的湿度测量输出结果。并且，若由于湿度传感器性能的衰退，两个测量结果会相差已经比较大，超出一定的容忍度，或者说阈值，此时，可以认为，该湿度传感器的测量结果已经不够可靠，即便取两者的均方根或算术平均值，其结果可信度也下降严重，不能再被使用，建议更换或维修。
在一些实施方式中，测量电路模块向湿度敏感模块的上电极和下电极施加一个预设的固定频率的交流激励信号；
在一些实施方式中，测量电路模块向湿度敏感模块的上电极和下电极施加一个施加预设频率范围内的频率变化的交流激励信号；
在一些实施方式中，测量电路模块向湿度敏感模块的上电极和下电极施加一个预设的固定频率的交流激励信号；在此后，测量电路模块向湿度敏感模块的上电极和下电极再施加一个施加预设频率范围内的频率变化的交流激励信号。
可选地，测量电路模块向湿度敏感模块的上电极和下电极施加一个施加预设频率范围内的频率变化的交流激励信号，在此后，测量电路模块向湿度敏感模块的上电极和下电极再施加一个预设的固定频率的交流激励信号。
施加预设频率范围内的频率变化的交流激励信号，是为了使得测量电路模块能够测量得到湿度传感器的共振频率。
在本发明的各个实施方式中，优选地，存储模块中存储有标准参数库，所述标准参数库中记录有湿度敏感模块的两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线；
所述两种不同的物理性质分别以A、B来表示，即存储模块中存储的标准参数库中同时记录有所述湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准函数曲线fA(m)、所述湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准函数曲线gB(m)；其中，m表示湿度敏感材料含水率；
举例而言，在某个湿度传感器芯片中，物理性质A是湿度敏感材料随着含水率的变化规律，物理性质B是湿度传感器共振频率随着含水率的变化规律。
当然，也可以是其他情形。
微处理单元MCU根据上述测量得到的所述湿度敏感材料的物理性质A和物理性质B的测量结果，对标准参数库中记录的所述湿度敏感模块的物理g性质A和物理性质B分别随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线分别进行索引，比较、运算，分别得到所要测量的环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b；
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出。
作为本发明的核心构思的另一部分，也是本发明为了实现自我诊断功能而具备的技术特征，所述具备自我诊断功能湿度传感器芯片具备如下特点：
微处理单元MCU根据所述得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b进行自我诊断，判别湿度传感器芯片是否存在故障，或性能老化，输出判别结果；
若微处理单元MCU输出判别结果为否，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出；
若微处理单元MCU输出判别结果为是，则：
微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
作为更进一步的改进，计算功能模块执行如下计算功能：
根据测量得到的结果分别得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b。
在本发明的各种实施方式中，作为更进一步的改进，微处理单元MCU包括判别功能模块，判别功能模块执行如下判别功能：
微处理单元MCU中的判别功能模块根据计算得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b进行自我诊断、判别湿度传感器芯片是否存在故障、或性能老化，具体实现为：
预设第一判别阈值，计算前述环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值；
判别环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值是否大于预设的第一判别阈值；
若所述差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；
若所述差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值，则：
微处理单元MCU进一步输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
作为更进一步的改进，判别功能模块执行如下判别功能：
微处理单元MCU中的判别功能模块还预设有第二判别阈值，所述第二判别阈值大于所述第一判别阈值；
若所述差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；
若所述差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值且小于第二判别阈值，则：
微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片可能存在故障，或性能已轻微老化，推荐检修或更换；
若所述差的绝对值等于或大于预设的第二判别阈值，则：
微处理单元MCU输出错误信息，错误信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已严重老化，必须检修或更换。
在本发明的各种实施方式中：
测量电路模块在测量时，向湿度敏感模块的上电极和下电极施加预设频率的交流激励信号，测量所述湿度敏感模块的湿度敏感模块的电容值。
在本发明的各种实施方式中：
存储模块中存储有标准参数库，所述标准参数库中记录有所述传感器芯片的湿度敏感模块的电容值随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线。
在本发明的各种实施方式中：
存储模块中存储有标准参数库，所述标准参数库中记录有所述传感器芯片的湿度敏感模块的电容值c随着湿度敏感材料含水率m变化而变化的标准曲线；标准参数库中还记录有所述传感器芯片的谐振频率f随着湿度敏感材料含水率m变化而变化的标准曲线。
至此，发明人已经详细阐述了本发明的工作原理及技术方案、技术效果。
附图说明
图1：示例性地展示了一种湿度传感器在某应用场景中的性能衰退情况。图1中，横坐标为某湿度传感器的使用时间/在役时间，纵坐标为湿度测量误差。图中，A和B分别表示根据两种不同的物理性质随着湿度变化的关系曲线而测量得到的湿度的误差。
图2：示例性地展示了另一种湿度传感器在某应用场景中的性能衰退情况。图2中，横坐标为另一种湿度传感器的使用时间/在役时间，纵坐标为湿度测量误差。图中，A和B分别表示根据两种不同的物理性质随着湿度变化的关系曲线而测量得到的湿度的误差。
图3：示例性地展示了一种湿度传感器芯片的湿度敏感模块的电容器结构。图3中，1为上电极，2为湿度敏感材料，3为石英薄片，4为下电极。
图4：一种湿度传感器芯片的湿度敏感模块的电容器结构实物图。图中，左引线连接到上电极，右引线通过过孔连接到衬底背面的下电极。
具体实施方式
下面结合实例具体介绍本发明的技术方案。
在一些具体实施方式中：一种用于测量湿度的传感器芯片，传感器芯片包括湿度敏感模块、测量电路模块、微处理单元MCU、存储模块；所述湿度敏感模块包括湿度敏感材料。湿度敏感模块、微处理单元MCU、存储模块通过层叠封装技术集成在片衬底材料上得到用于测量湿度的传感器芯片。
湿度敏感模块包括湿度敏感材料、衬底、上电极和下电极；下电极位于衬底材料的背面，上电极位于衬底材料的正面；上电极和下电极构成叉指电极；湿度敏感材料制备在衬底的正面上；湿度敏感材料、衬底、上电极和下电极构成电容器结构。
在制作湿度敏感模块即上述电容器结构时，首先采用磁控溅射技术或热蒸发技术或脉冲激光沉积技术，在石英薄片的背面均匀镀上一层电极材料作为下电极，电极材料可以是金，银，铜等；然后，采用旋涂烘干技术、磁控溅射技术、化学溶液法、丝网印刷技术或其他技术，在石英薄片的正面制作湿度敏感材料的薄膜层。
最后，在湿度敏感材料的薄膜层上方，再镀上一层电极材料作为上电极，采用的技术可以与前述下电极的制备技术相同或不同。上电极可以是叉指电极，也可以是回形电极，也可以是梳状电极，等等。上电极的这种结构，使得上电极不完全覆盖湿度敏感材料的薄膜层，环境空气中的水分子能够被吸附进湿度敏感材料中。由此，就形成了所述的电容器结构。
在一些具体实施方式(包括或不包括以上具体实施方式)中：所述湿度敏感材料为有机聚合物材料，所述有机聚合物湿度敏感材料特征在于：具有良好的吸水特性，吸收环境空气中的水分导致有机聚合物的介电常数随着含水率而变化。测量电路模块同时测量湿度敏感模块的两种不同的物理性质，所述两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化；测量电路模块用于将测量得到的湿度敏感模块的上述两种不同的物理性质的测量结果传输至微处理单元MCU；存储模块中存储有标准参数库，所述标准参数库中记录有湿度敏感模块的两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线；所述两种不同的物理性质分别以A、B来表示，即标准参数库中同时记录有所述湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准曲线、所述湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准曲线；微处理单元MCU根据上述测量得到的所述湿度敏感模块的物理性质A和物理性质B的测量结果，对标准参数库中记录的所述湿度敏感模块的物理性质A和物理性质B分别随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线分别进行索引，比较、运算，分别得到所要测量的环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b；环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出。这一部分内容也记载在我们的发明申请CN2019111875813中。
举例而言，若依据湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为23.27％RH，依据湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为24.11％RH，则，取23.27％RH和24.11％RH的均方根值作为最终结果输出：Sqrt[(23.272+24.112)/2]％RH＝23.69％RH；
或，取23.27％RH和24.11％RH的平均值作为最终结果输出：(23.27+24.11)/2％RH＝23.69％RH；
再一举例，若依据湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为33.51％RH，依据湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为34.63％RH，
则，取33.51％RH和34.63％RH的均方根值作为最终结果输出：34.07％RH；
或，取33.57％RH和34.63％RH的平均值作为最终结果输出：34.10％RH；
再一举例，若依据湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为42.69％RH，依据湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为44.57％RH，
则，取42.69％RH和44.57％RH的均方根值作为最终结果输出：43.64％RH；
或，取42.69％RH和44.57％RH的平均值作为最终结果输出：43.63％RH；
在本发明的表达中，根据本领域的公知定义，RH就是相对湿度(RelativeHumidity)。
从上述两个示例可以看出，在大多数情况下，环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值与它们的平均值是非常接近的。因此，在实际应用中，本领域技术人员可根据需要任意选择均方根值和平均值其中一个作为最终输出结果。
可选地，所述衬底材料为石英薄片。
石英材料，是一种压电材料。当沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象叫压电效应。反之，如对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生机械变形；当外加电场撤去后，该变形也随之消失。这种现象称为逆压电效应，也称作电致伸缩效应。
在本发明中，发明人创造性地将石英薄片与湿度敏感材料结合在一起，共同作为电容器结构的介电层，在这种情况下，这里的湿度敏感模块就同时具备了如下两个特性：
(1)其电容值敏感依赖于环境空气的湿度。这是由于水分子被湿度敏感材料吸附后，改变了其介电常数。
(2)在该电容器被施加一定频率的交流电激励信号时，会发生机械振荡，且机械振荡的谐振频率敏感依赖于环境空气的湿度。
在后续的实施方式中，我们将利用这两个特性实现湿度传感器芯片的自我诊断功能。
测量电路模块将测量得到的湿度敏感模块的上述两种不同的物理性质的测量结果传输至微处理单元MCU。存储模块中存储有标准参数库，所述标准参数库中记录有湿度敏感模块的两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线；微处理单元MCU将上述测量得到的所述湿度敏感模块的两种不同的物理性质的测量结果，与标准参数库中记录的所述湿度敏感模块的两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线进行索引、比较，得到所要测量的环境空气湿度。所述两种不同的物理性质分别以A、B来表示，所述物理性质A为：湿度敏感模块中的电容值c，所述物理性质B为传感器芯片的谐振频率f；这里，湿度敏感模块中的电容值c随着湿度敏感材料含水率m变化而变化，传感器芯片的谐振频率f随着湿度敏感材料含水率m变化而变化。存储模块中存储的标准参数库中同时记录有所述湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准函数曲线fA(m)、所述湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准函数曲线gB(m)；其中，m表示湿度敏感材料含水率；这一部分内容也记载在我们的发明申请CN2019111875813中。
所述标准函数曲线fA(m)中包含有I个数据，分别为fA(m1)、fA(m2)、fA(m3)、……fA(mi)……、fA(mI-2)、fA(mI-1)、fA(mI)，i表示标准函数曲线fA(m)中第i个数据；
所述标准函数曲线gB(m)中包含有J个数据，分别为gB(m1)、gB(m2)、gB(m3)、……gB(mj)、……gB(mJ-2)、gB(mJ-1)、gB(mJ)，j表示标准函数曲线gB(m)中第j个数据；
I等于J，或I不等于J；
作为一个示例，某湿度传感器芯片的标准函数曲线fA(m)如下表：
Figure BDA0002321568910000151
作为一个示例，某湿度传感器芯片的标准函数曲线gB(m)如下表：
Figure BDA0002321568910000152
微处理单元MCU包括如下计算功能模块，计算功能模块执行如下计算功能：
根据测量得到的结果分别得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b，具体为：
微处理单元MCU根据上述测量得到的所述湿度敏感模块的物理性质A的测量值，在标准函数曲线fA(m)中索引、比较，得到标准函数曲线fA(m)中与物理性质A的测量值最邻近的值fA(mi)以及次最邻近的fA(mi-1)或fA(mi+1)；
微处理单元MCU根据上述测量得到的所述湿度敏感模块的物理性质B的测量值，在标准函数曲线gB(m)中索引、比较，得到标准函数曲线gB(m)中与物理性质B的测量值最邻近的值gB(mj)以及次最邻近的gB(mj-1)或gB(mj+1)；
微处理单元MCU根据上述索引、比较结果进行计算环境空气湿度参考值a：
a＝(mi+1-mi)[A-f(mi)]/[fA(mi+1)-fA(mi)]+mi，当fA(mi)为最邻近值、fA(mi+1)为次最邻近值时；
或，a＝(mi-mi-1)[A-f(mi-1)]/[fA(mi)-fA(mi-1)]+mi-1，当fA(mi)为最邻近值、fA(mi-1)为次最邻近值时；
微处理单元MCU根据上述索引、比较结果进行计算环境空气湿度参考值b：
b＝(mj+1-mj)[B-g(mj)]/[gB(mj+1)-gB(mj)]+mj，当gB(mj)为最邻近值、gB(mj+1)为次最邻近值时；
或，b＝(mj-mj-1)[B-g(mj-1)]/[gB(mj)-gB(mj-1)]+mj-1，当gB(mj)为最邻近值、gB(mj-1)为次最邻近值时；
其中，非下标的A即表示物理性质A的测量值，非下标的B即表示物理性质B的测量值；下标的A即表示物理性质A，下标的B即表示物理性质B。
作为一个示例，某湿度传感器芯片中的标准数据库中记录有如下标准函数曲线fA(m)：
Figure BDA0002321568910000161
Figure BDA0002321568910000171
在某次测量中，测量电路模块向湿度敏感模块的上电极和下电极施加频率为3333.363KHz的交流电激励信号，同时测量得到一个电容值c为69.879pF，则，微处理单元MCU根据上述电容值，在该标准曲线中索引，得到其最邻近值为70.236，对应的湿度值为37％RH，次最邻近值为68.936，对应的湿度值为36％RH，采用公式a＝(mi-mi-1)[A-f(mi-1)]/[fA(mi)-fA(mi-1)]+mi-1进行计算，得到湿度值36.73％RH。
对于根据标准函数曲线gB(m)计算b值，方法同上，不再赘述。
在一些具体实施方式中(以下内容也适用于以上各种具体实施方式)，所述两种不同的物理性质分别以A、B来表示，即标准参数库中同时记录有所述湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的物理性质A随着含水率变化而变化的标准函数曲线fA(m)、所述湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准函数曲线gB(m)；其中，m表示湿度敏感材料含水率；
微处理单元MCU根据所述得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b进行自我诊断，判别湿度传感器芯片是否存在故障，或性能老化，输出判别结果；
若微处理单元MCU输出判别结果为否，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出；
若微处理单元MCU输出判别结果为是，则：
微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
进一步地，微处理单元MCU包括判别功能模块，判别功能模块执行如下判别功能：
微处理单元MCU中的判别功能模块根据计算得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b进行自我诊断、判别湿度传感器芯片是否存在故障、或性能老化，具体实现为：
预设第一判别阈值，计算前述环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值；
判别环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值是否大于预设的第一判别阈值；
若所述差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；
若所述差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值，则：
微处理单元MCU进一步输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
作为一个示例，第一判别阈值为1％RH；在某次测量中，微处理单元MCU根据所述湿度敏感模块的物理性质A计算得到的环境空气湿度参考值a为23.27％RH，根据所述湿度敏感模块的物理性质B计算得到的环境空气湿度参考值b为24.11％RH，则，环境空气湿度参考值a与环境空气湿度参考值b的差的绝对值为24.11％RH-23.27％RH＝0.84％RH，
微处理单元MCU中的判别功能模块经过比较，得出：差的绝对值0.84％RH小于预设的第一判别阈值1％RH，因此，表示湿度传感器芯片工作正常，且输出a与b的均方根值23.69％RH作为最终结果输出环境空气湿度值。
作为另一个示例，第一判别阈值仍然为1％RH；在某次测量中，微处理单元MCU依据湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为42.69％RH，依据湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为44.57％RH，则，环境空气湿度参考值a与环境空气湿度参考值b的差的绝对值为44.57％RH-42.69％RH＝1.88％RH，微处理单元MCU中的判别功能模块经过比较，得出：差的绝对值1.88％RH大于预设的第一判别阈值1％RH，因此，微处理单元MCU进一步输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
进一步地，
微处理单元MCU中的判别功能模块还预设有第二判别阈值，所述第二判别阈值大于所述第一判别阈值；
若所述差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；
若所述差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值且小于第二判别阈值，则：
微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片可能存在故障，或性能已轻微老化，推荐检修或更换；
若所述差的绝对值等于或大于预设的第二判别阈值，则：
微处理单元MCU输出错误信息，错误信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已严重老化，必须检修或更换。
作为一个示例，预设第一判别阈值为1％RH，第二判别阈值为2％RH；在某次测量中，微处理单元MCU依据湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度参考值a为23.27％RH，依据湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度参考值b为24.11％RH，则，环境空气湿度参考值a与环境空气湿度参考值b的差的绝对值为24.11％RH-23.27％RH＝0.84％RH，
微处理单元MCU中的判别功能模块经过比较，得出：差的绝对值0.84％RH小于预设的第一判别阈值1％RH，因此，表示湿度传感器芯片工作正常，且输出a与b的均方根值23.69％RH作为最终结果输出环境空气湿度值。
作为又一个示例，预设第一判别阈值为1％RH，第二判别阈值为2％RH；在某次测量中，微处理单元MCU依据湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为42.69％RH，依据湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为44.57％RH，则，环境空气湿度参考值a与环境空气湿度参考值b的差的绝对值为44.57％RH-42.69％RH＝1.88％RH，微处理单元MCU中的判别功能模块经过比较，得出：差的绝对值1.88％RH大于预设的第一判别阈值1％RH，但小于第二判别阈值2％RH，因此，微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片可能存在故障，或性能已轻微老化，推荐检修或更换。
作为再一个示例，预设第一判别阈值为0.5％RH，第二判别阈值为1％RH；在某次测量中，微处理单元MCU依据湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为42.69％RH，依据湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准曲线而计算得到的环境空气湿度为44.57％RH，则，环境空气湿度参考值a与环境空气湿度参考值b的差的绝对值为44.57％RH-42.69％RH＝1.88％RH，微处理单元MCU中的判别功能模块经过比较，得出：差的绝对值1.88％RH大于预设的第二判别阈值1％RH，因此，微处理单元MCU输出错误信息，错误信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已严重老化，必须检修或更换。
由上面的两个示例可知，微处理单元MCU是否输出警告信息或错误信息，还是提示正常工作并输出最终计算结果，取决于预设第一判别阈值和第二判别阈值的大小。
而第一判别阈值和第二判别阈值的大小的设置，取决于终端用户对湿度传感器芯片性能劣化的容忍度。若终端用户对湿度传感器芯片性能劣化的容忍度较低，存在精确测量的需求，则可预设较小的第一判别阈值和第二判别阈值；反之，若终端用户对湿度传感器芯片性能劣化的容忍度较高，不需要特别精确的测量需求，则可预设相对大的第一判别阈值和第二判别阈值。
另一方面，预设第一判别阈值和第二判别阈值的大小，也会影响到湿度传感器芯片的在役时间。预设第一判别阈值和第二判别阈值较小，则湿度传感器芯片的在役时间就较短；预设第一判别阈值和第二判别阈值较大，则湿度传感器芯片的在役时间就可以长一些。这完全取决于终端客户对于测量准确度、使用成本的需求。
测量电路模块在测量时，包括如下两个测量步骤：
(1)向湿度敏感模块的上电极和下电极施加预设固定频率的交流激励信号，测量所述湿度敏感模块的湿度敏感模块的电容值。
(2)向湿度敏感模块的上电极和下电极施加预设频率范围内的频率变化的交流激励信号，测量所述传感器芯片的谐振频率。
一种湿度传感器芯片的自我诊断方法，所述传感器芯片集成有湿度敏感模块、测量电路模块、微处理单元MCU、存储模块；其特征在于，所述湿度敏感模块包括湿度敏感材料；
所述湿度敏感材料存在两种不同的物理性质A和B随着湿度敏感材料含水率变化而变化，这两种物理性质均与湿度敏感材料的含水率密切相关，均可以分别用于检测环境空气中的湿度；
所述自我诊断方法包括如下步骤：
(1)通过测量电路模块测量得到的湿度敏感材料的上述两种不同的物理性质A和B的测量结果，并将测量结果传输至微处理单元MCU；
(2)微处理单元MCU根据上述测量得到的所述湿度敏感模块的物理性质A和物理性质B的测量结果，对存储模块中的标准参数库中记录的所述湿度敏感模块的物理性质A和物理性质B分别随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线fA(m)、gB(m)分别进行索引，比较、运算，分别得到所要测量的环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b；
(3)微处理单元MCU根据所述得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b进行自我诊断，判别湿度传感器芯片是否存在故障，或性能老化，输出判别结果。
进一步地，在步骤(3)中，若微处理单元MCU输出判别结果为否，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出；
若微处理单元MCU输出判别结果为是，则：微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
进一步地，在步骤(3)中，预设第一判别阈值，计算前述环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值；
判别环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值是否大于预设的第一判别阈值；
若所述差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；
若所述差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值，则：微处理单元MCU进一步输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
进一步地，在步骤(3)中，还预设有第二判别阈值，所述第二判别阈值大于所述第一判别阈值；
若所述差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；
若所述差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值且小于第二判别阈值，则：微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片可能存在故障，或性能已轻微老化，推荐检修或更换；
若所述差的绝对值等于或大于预设的第二判别阈值，则：微处理单元MCU输出错误信息，错误信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已严重老化，必须检修或更换。
具体运算、判别的方法，可参阅前面的具体实施方式。
图3：示例性地展示了一种湿度传感器芯片的湿度敏感模块的电容器结构。图3中，1为上电极，2为湿度敏感材料，3为石英薄片，4为下电极。
图3所示的湿度敏感模块，可适用于前面所有的具体实施例中。
出于简明、清晰的撰写需求，以及合理保护发明人的发明创造，在本发明专利申请中，发明人作出特别约定：
在说明书中所记载的各个实施方式中，所采取的技术手段是互不冲突的，即可以自由组合，构建成不同的技术方案。这些可能的排列组合出的技术方案，均视为已经记载在本申请的原始申请文件中。除非作出了特别声明，某些技术手段在技术上是矛盾的，不能在同一个技术方案中并存。

Claims (18)

1.一种具备自我诊断功能的湿度传感器芯片，传感器芯片包括湿度敏感模块、测量电路模块、微处理单元MCU、存储模块；湿度敏感模块包括湿度敏感材料；其特征在于：
湿度敏感模块存在两种不同的随着湿度敏感材料含水率变化而变化的物理性质A和B，物理性质A和B均与湿度敏感材料的含水率密切相关，均能够分别用于检测环境空气中的湿度；
湿度传感器芯片在自我诊断过程中，无需凭借湿度传感器芯片自身以外的任何外在的参照标准，仅仅利用自身的物理性质A和B而实现自我诊断；
自我诊断功能所利用的物理机制为：对于同一个湿度传感器，在同一次测量中，根据物理性质A测量得到的结果与根据物理性质B测量得到的结果，两个测量值之间存在一定的偏差，并且，偏差会随着湿度传感器的使用时间/在役时间增加而越来越大。
2.一种具备自我诊断功能的湿度传感器芯片，传感器芯片包括湿度敏感模块、测量电路模块、微处理单元MCU、存储模块；湿度敏感模块包括湿度敏感材料；其特征在于：
测量电路模块同时测量湿度敏感模块的两种不同的物理性质，两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化；测量电路模块用于将测量得到的湿度敏感模块的两种不同的物理性质的测量结果传输至微处理单元MCU；
存储模块中存储有标准参数库，标准参数库中记录有湿度敏感模块的两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线；
微处理单元MCU根据测量得到的湿度敏感模块的两种不同的物理性质的测量结果，以及标准参数库中的标准曲线，分别得到所要测量的环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b；
自我诊断功能所利用的物理机制为：环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b之间存在一定偏差，且偏差会随着湿度传感器的使用时间/在役时间增加而越来越大。
3.如权利要求2所述的传感器芯片，其特征在于：
标准参数库中同时记录有湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准函数曲线fA(m)、湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准函数曲线gB(m)；其中，m表示湿度敏感材料含水率；
微处理单元MCU根据上述测量得到的湿度敏感模块的物理性质A和物理性质B的测量结果，对标准参数库中记录的湿度敏感模块的物理性质A和物理性质B分别随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线fA(m)、gB(m)分别进行索引，比较、运算，分别得到所要测量的环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b。
4.如权利要求3所述的传感器芯片，其特征在于：
微处理单元MCU根据得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b进行自我诊断，判别湿度传感器芯片是否存在故障，或性能老化，输出判别结果；
若微处理单元MCU输出判别结果为否，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出；
若微处理单元MCU输出判别结果为是，则：
微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
5.如权利要求3所述的传感器芯片，其特征在于：
标准函数曲线fA(m)中包含有I个数据，分别为fA(m1)、fA(m2)、fA(m3)、……fA(mi)……、fA(mI-2)、fA(mI-1)、fA(mI)，i表示标准函数曲线fA(m)中第i个数据；
标准函数曲线gB(m)中包含有J个数据，分别为gB(m1)、gB(m2)、gB(m3)、……gB(mj)、……gB(mJ-2)、gB(mj-1)、gB(mJ)，j表示标准函数曲线gB(m)中第j个数据；
其中，I等于J，或I不等于J。
6.如权利要求5所述的传感器芯片，其特征在于：
微处理单元MCU包括计算功能模块，计算功能模块执行如下计算功能：
根据测量得到的结果分别得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b，具体为：
微处理单元MCU根据测量得到的湿度敏感模块的物理性质A的测量值，在标准函数曲线fA(m)中索引、比较，得到标准函数曲线fA(m)中与物理性质A的测量值最邻近的值fA(mi)以及次最邻近的fA(mi-1)或fA(mi+1)；
微处理单元MCU根据测量得到的湿度敏感模块的物理性质B的测量值，在标准函数曲线gB(m)中索引、比较，得到标准函数曲线gB(m)中与物理性质B的测量值最邻近的值gB(mj)以及次最邻近的gB(mj-1)或gB(mj+1)；
微处理单元MCU根据索引、比较结果进行计算环境空气湿度参考值a：
当fA(mi)为最邻近值、fA(mi+1)为次最邻近值时，a＝(mi+1-mi)[A-f(mi)]/[fA(mi+1)-fA(mi)]+mi；或，
当fA(mi)为最邻近值、fA(mi-1)为次最邻近值时，a＝(mi-mi-1)[A-f(mi-1)]/[fA(mi)-fA(mi-1)]+mi-1；
微处理单元MCU根据索引、比较结果进行计算环境空气湿度参考值b：
当gB(mj)为最邻近值、gB(mj+1)为次最邻近值时，b＝(mj+1-mj)[B-g(mj)]/[gB(mj+1)-gB(mj)]+mj；或，
当gB(mj)为最邻近值、gB(mj-1)为次最邻近值时，b＝(mj-mj-1)[B-g(mj-1)]/[gB(mj)-gB(mj-1)]+mj-1；
其中，非下标的A即表示物理性质A的测量值，非下标的B即表示物理性质B的测量值；下标的A即表示物理性质A，下标的B即表示物理性质B。
7.如权利要求2-6任一项所述的湿度传感器芯片，其特征在于：
微处理单元MCU包括判别功能模块，判别功能模块执行如下判别功能：
微处理单元MCU中的判别功能模块根据计算得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b进行自我诊断、判别湿度传感器芯片是否存在故障、或性能老化，具体实现为：
预设第一判别阈值，计算前述环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值；
判别环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值是否大于预设的第一判别阈值；
若差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；
若差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值，则：
微处理单元MCU进一步输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
8.如权利要求7所述的传感器芯片，其特征在于：
微处理单元MCU中的判别功能模块还预设有第二判别阈值，第二判别阈值大于第一判别阈值；
若差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；
若差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值且小于第二判别阈值，则：
微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片可能存在故障，或性能已轻微老化，推荐检修或更换；
若差的绝对值等于或大于预设的第二判别阈值，则：
微处理单元MCU输出错误信息，错误信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已严重老化，必须检修或更换。
9.如权利要求2-6任一项所述的湿度传感器芯片，其特征在于：
测量电路模块在测量时，向湿度敏感模块的上电极和下电极施加预设频率的交流激励信号，测量湿度敏感模块的湿度敏感模块的电容值；
存储模块中存储有标准参数库，标准参数库中记录有传感器芯片的湿度敏感模块的电容值c随着湿度敏感材料含水率m变化而变化的标准曲线；
标准参数库中还记录有传感器芯片的谐振频率f随着湿度敏感材料含水率m变化而变化的标准曲线。
10.一种具备自我诊断功能的湿度传感器芯片，传感器芯片集成有湿度敏感模块、测量电路模块、微处理单元MCU、存储模块；其特征在于：
上电极位于衬底材料的正面；下电极位于衬底材料的背面；湿度敏感材料制备在衬底的正面上，上电极制备在湿度敏感材料之上，衬底材料为石英薄片；
上电极、湿度敏感材料、石英薄片和下电极构成电容器结构，该电容器具备如下特性：
I.其电容值敏感依赖于环境空气的湿度；
II.在该电容器被施加一定频率的交流电激励信号时，发生机械振荡，且机械振荡的谐振频率敏感依赖于环境空气的湿度；
自我诊断功能所利用的物理机制为：上述I、II特性中分别对应的两个湿度参考值之间存在一定偏差，且偏差会随着湿度传感器的使用时间/在役时间增加而越来越大。
11.如权利要求10所述的传感器芯片，其特征在于：
测量电路模块在测量时，包括如下两个测量步骤：
(1)向湿度敏感模块的上电极和下电极施加预设固定频率的交流激励信号，测量湿度敏感模块的湿度敏感模块的电容值；
(2)向湿度敏感模块的上电极和下电极施加预设频率范围内的频率变化的交流激励信号，测量传感器芯片的谐振频率。
12.如权利要求10-11任一项所述的传感器芯片，其特征在于：
湿度敏感模块同时具备如下两个特性：
(1)其电容值敏感依赖于环境空气的湿度；
(2)在该电容器被施加一定频率的交流电激励信号时，会发生机械振荡，且机械振荡的谐振频率敏感依赖于环境空气的湿度。
13.如权利要求10-11任一项所述的传感器芯片，其特征在于：
两种不同的物理性质，分别为：湿度敏感模块中的电容值c，传感器芯片的谐振频率f；
这里，湿度敏感模块中的电容值c随着湿度敏感材料含水率m变化而变化，传感器芯片的谐振频率f随着湿度敏感材料含水率m变化而变化。
14.一种湿度传感器芯片的自我诊断方法，传感器芯片集成有湿度敏感模块、测量电路模块、微处理单元MCU、存储模块；其特征在于，湿度敏感模块包括湿度敏感材料；
湿度敏感模块存在两种不同的物理性质A和B随着湿度敏感材料含水率变化而变化，这两种物理性质均与湿度敏感材料的含水率密切相关，均可以分别用于检测环境空气中的湿度；
自我诊断方法包括如下步骤：
(1)通过测量电路模块测量得到的湿度敏感模块的两种不同的物理性质A和B的测量结果，并将测量结果传输至微处理单元MCU；
(2)微处理单元MCU根据上述测量得到的湿度敏感模块的物理性质A和物理性质B的测量结果，对存储模块中的标准参数库中记录的湿度敏感模块的物理性质A和物理性质B分别随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线fA(m)、gB(m)分别进行索引，比较、运算，分别得到所要测量的环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b：
(3)微处理单元MCU根据得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b进行自我诊断，根据湿度参考值a与湿度参考值b之间的差值来判别湿度传感器芯片是否存在故障，或性能老化，输出判别结果。
15.根据权利要求14所述的自我诊断方法，其特征在于：
存储模块中存储有标准参数库，标准参数库中记录有湿度敏感模块的两种不同的物理性质随着湿度敏感材料含水率变化而变化的标准曲线；
两种不同的物理性质分别以A、B来表示，即标准参数库中同时记录有湿度敏感模块的物理性质A随着含水率变化而变化的标准函数曲线fA(m)、湿度敏感模块的物理性质B随着含水率变化而变化的标准函数曲线gB(m)；其中，m表示湿度敏感材料含水率。
16.根据权利要求14所述的自我诊断方法，其特征在于：
在步骤(3)中，若微处理单元MCU输出判别结果为否，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出；
若微处理单元MCU输出判别结果为是，则：
微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
17.根据权利要求14所述的自我诊断方法，其特征在于：
在步骤(3)中，预设第一判别阈值，计算前述环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值；
判别环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值是否大于预设的第一判别阈值；
若差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；
若差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值，则：
微处理单元MCU进一步输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换。
18.根据权利要求14所述的自我诊断方法，其特征在于：
在步骤(3)中，还预设有第二判别阈值，第二判别阈值大于第一判别阈值；若差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；
若差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值且小于第二判别阈值，则：
微处理单元MCU输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片可能存在故障，或性能已轻微老化，推荐检修或更换；
若差的绝对值等于或大于预设的第二判别阈值，则：
微处理单元MCU输出错误信息，错误信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已严重老化，必须检修或更换。
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