一种海洋气象要素温湿度传感器的研制

任浩然， 王东明

（1.海军青岛航保厂，山东 青岛 266001；2.山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266001）

引言

在海滨观测规范中，气象观测项目主要有风、气压、空气温度、相对湿度、海面有效能见度、降水量、雾等气象要素。船舶海洋水文气象观测项目包括气压、气温、相对湿度、风、云、天气现象、海面有效能见度等气象要素。因此，气温和相对湿度是气象观测要素中的主要要素。

目前，国内的温度传感器和相对湿度传感器是相互独立的，温度传感器是一个铂电阻，用户使用时需设计温度调理电路，接口电路复杂，使用不便；相对湿度传感器还是传统的湿敏电容，这种器件不适用于海洋气候环境，可靠性不高，易损坏。国外温湿度传感器的输出信号单一，无法满足用户对不同接口的需求［1］。

为解决现有温湿度传感器存在的问题及缺陷，本文提出一种海洋气象要素温湿度传感器，以适应复杂恶劣的海洋环境以及用户对不同接口的需求。

1 技术方案

这种海洋气象要素温湿度传感器特征在于盒体及内部的硬件电路。硬件电路进行了温度补偿设计，包括依次连接的敏感器件、信号放大电路、电压转换电流电路、串行通信电路、输出信号选择电路。敏感器件根据温度和相对湿度的变化输出变化的电压信号，一路信号通过信号放大电路将电压信号放大输出，然后通过电压转换电流电路将变化的电压信号转换为电流信号；另一路信号再通过串行通信电路转换为数字信号；最后通过输出信号选择电路按要求选择输出信号形式。

传感器工作原理框图如图1所示，硬件电路均经过温度补偿处理，包括敏感器件、信号放大电路、电压转换电流电路、串行通信电路、输出信号选择电路［2］。敏感器件根据温度和相对湿度的变化输出变换的电压信号，一路信号通过信号放大电路将电压信号放大输出，然后通过电压转换电流电路将变化的电压信号转换为电流信号；另一路信号再通过串行通信电路转换为数字信号；最后通过输出信号选择电路按要求选择输出的信号形式。

图1 传感器工作原理图

2 结论

选择2个研制的温湿度传感器（分别编号为1号、2号）进行测试，温度准确性测试结果见下页表1，相对湿度准确性测试结果见表2。

表1 温湿度传感器温度准确性测试结果

表2 温湿度传感器相对湿度准确性测试结果

测试结果表明，本实用新型温湿度传感器的温度测量最大误差为0.1℃，相对湿度测量最大误差为1.3%RH，远优于气象规范的要求，并且温度和相对湿度测量线性度好［3］。这一实用新型温湿度传感器配备有专用百叶箱，并进行了陆地和海试，完全可以满足港口、岸站、舰船等海洋环境的气象观测要求。

［1］ 陈如冰，吴向东.温湿度计校准结果的不确定度分析［D］.南京：2008年江苏省计量测试学术论文集，2008：134-137.

［2］ 姬延军.某船航行状态螺旋式测风传感器风向误差分析［J］.机械管理开发，2015，30（2）：28-30.

［3］ 李志乾.超声波式与螺旋桨式测风传感器数据对比分析［J］.科技发展生产力，2015，63（3）：27-31.