【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及濕度傳感器，特別涉及一種基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器。
技術介紹
1、濕度傳感器在現代工業、農業、氣象監測和環境控制等領域中扮演著至關重要的角色。隨著科技的進步，對濕度傳感器的性能要求不斷提高，尤其是在響應速度、靈敏度和穩定性方面。傳統的濕度傳感器通常依賴于被動的濕度感應材料，其響應時間較長，且在快速變化的環境條件下，難以滿足實時監測的需求。
2、2015年，zuo?qingyun(人名)等人通過在濕敏材料層中引入凹槽或其他結構，增加其表面積，以縮短水分子的運動路徑，從而提高響應速度。他們通過在金屬叉指電極層之間形成多個凹槽，使得濕敏材料的表面積暴露于環境中，顯著提升了傳感器的響應性能。2022年，xu?shiyao(人名)等人在濕敏材料中摻雜納米sio2微球，可以顯著改善濕度傳感器的響應恢復特性。研究顯示，這種有機-無機雜化材料的濕度響應時間小于1.5秒，恢復時間小于18秒。納米材料的引入增加了材料的比表面積，從而加速了水分子的吸附和解吸附過程。2017年，nasa開發的一種新型固態濕度傳感器采用了陶瓷介質材料，這種材料對水蒸汽濃度變化表現出極高的靈敏度，并且較快的響應和恢復速度。該傳感器適用于要求高靈敏度和快速反應的應用場景。以上這些研究都是利用傳感器的材料和敏感結構優化來加快傳感器響應速度，難于根據實際應用場景進行必要的調整。
技術實現思路
1、專利技術目的：本專利技術的目的是提供一種基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，通過集成增濕噴霧裝置
2、技術方案：本專利技術所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，包括：敏感和加速脫濕復合結構、增濕噴霧裝置、脫濕噴霧裝置和控制系統，敏感和加速脫濕復合結構用于檢測環境中濕度變化，并將濕度變化轉換為電信號輸出至控制系統，當環境濕度增加時，控制系統啟動增濕噴霧裝置噴出液體蒸汽i覆蓋敏感和加速脫濕復合結構表面，加速濕敏材料的吸濕響應；當環境濕度降低時，控制系統啟動脫濕噴霧裝置噴出液體蒸汽ii覆蓋敏感和加速脫濕復合結構表面，通過液體蒸汽ii加速濕敏材料表面水分子蒸發，同時敏感和加速脫濕復合結構內部的超聲加速脫濕結構產生高頻振動，快速移出表面的水分子，實現高效的脫濕功能。
3、可選的，敏感和加速脫濕復合結構包括：硅襯底，覆蓋在硅襯底上表面的超聲加速脫濕結構，以及覆蓋在超聲加速脫濕結構表面的濕敏材料；濕敏材料用于檢測環境濕度變化，超聲加速脫濕結構將環境濕度變化轉換為電信號傳輸至控制系統。
4、可選的，超聲加速脫濕結構包括下電極，覆蓋在下電極上表面的壓電介質，設置在壓電介質上表面的插指電極對；下電極、壓電介質和插指電極對形成超聲驅動端口，當進行超聲驅動時，插指電極對中的兩個電極等電位，作為驅動端口的一極，下電極作為驅動端口的另一極；插指電極對與濕敏材料形成濕度敏感結構，當進行濕度檢測時，插指電極對中的兩個電極相互獨立，作為檢測端口的兩極輸出，將環境濕度變化轉換為電信號傳輸至控制系統。
5、可選的，增濕噴霧裝置和脫濕噴霧裝置結構相同，包括腔體，位于腔體內的壓電雙晶片，與腔體連通的毛細管道，用于加熱毛細管道中液體的加熱裝置，與毛細管道出口連通的噴霧口，以及與腔體另一端連通的進液口；噴霧口噴出的液體蒸汽覆蓋敏感和加速脫濕復合結構表面。
6、可選的，壓電雙晶片由振動頻率和幅度控制系統驅動，根據需要調節壓電雙晶片的振動頻率與幅度，進而調節液體蒸汽的釋放速度
7、可選的，壓電雙晶片的振動頻率與幅度還需要配合毛細管道的張力作用。
8、可選的，所述加熱裝置包括溫度控制裝置，根據需要調節液體的溫度，以控制液體的蒸發速度。
9、可選的，加熱裝置為加熱電阻，設置在毛細管道外壁。
10、可選的，增濕噴霧裝置中液體為水，脫濕噴霧裝置中液體為可溶于水的揮發性液體。
11、工作原理：
12、濕度檢測：濕敏材料檢測環境中的濕度變化，其自身的電阻/電容隨之變化，通過第一插指電極和第二插指電極輸出表征濕度的電信號。
13、濕度響應：由于濕度傳感器的響應基于水分子的擴散運動，擴散速率和水分子的濃度梯度成正比，當檢測到外部濕度變化時，根據檢測到的傳感器表征輸出參數，主動提高敏感材料(即濕敏材料)與外界環境的濕度差，有利于水分子的快速擴散，建立平衡。
14、濕度上升：當檢測到濕度上升時，濕敏材料的電阻/電容發生相應變化，第一插指電極和第二插指電極將濕敏材料的電阻/電容值的變化量傳輸至控制系統，控制系統啟動第一腔體至第一噴霧口組成的增濕噴霧裝置。第一加熱電阻加熱第一腔體中的水，第一壓電雙晶片產生高頻振動，將水汽化并通過第一毛細管道輸送至第一噴霧口，噴出水汽至濕度傳感器的濕敏材料表面，加速水分子擴散，提升濕度傳感器的吸濕速度。其中，噴出的水汽量依據第一插指電極和第二插指電極輸出的電阻/電容隨時間的變化率進行調節。
15、濕度下降：當檢測到濕度下降時，濕敏材料的電阻/電容發生相應變化，第一插指電極和第二插指電極將濕敏材料的電阻/電容值的變化量傳輸至控制系統，控制系統啟動第二腔體至第二噴霧口組成的脫濕噴霧裝置。第二加熱電阻加熱第二腔體中的可溶于水的揮發性液體，第二壓電雙晶片產生高頻振動，將可溶于水的揮發性液體汽化并通過第二毛細管道輸送至第二噴霧口，輸送可溶于水的揮發性液體蒸汽至傳感器的濕敏材料表面，通過可溶于水的揮發性液體蒸汽加速濕敏材料中的水分子蒸發，并通過下電極、壓電介質、第一插指電極和第二插指電極組成的超聲加速脫濕結構產生的高頻振動，將水分子迅速排除，提升濕度傳感器的脫濕速度。噴出的可溶于水的揮發性液體蒸汽量以及超聲加速脫濕結構輸出的功率依據第一插指電極和第二插指電極輸出的電阻/電容隨時間的變化率進行調節。
16、有益效果：與現有技術相比，本專利技術的顯著技術效果為：通過集成增濕和脫濕噴霧裝置，實現了濕度傳感器的快速吸濕和脫濕功能，大幅提高了濕度傳感器的響應速度和精度。同時，通過控制系統即時調整濕度響應，有效地適應環境變化，確保了濕度監測的準確性和及時性。該傳感器具有廣泛的應用前景，特別適合于工業生產、環境監測、氣象站、智能家居等需要快速濕度監測的領域。
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1.一種基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，包括：敏感和加速脫濕復合結構、增濕噴霧裝置、脫濕噴霧裝置和控制系統，敏感和加速脫濕復合結構用于檢測環境中濕度變化，并將濕度變化轉換為電信號輸出至控制系統，當環境濕度增加時，控制系統啟動增濕噴霧裝置噴出液體蒸汽I覆蓋敏感和加速脫濕復合結構表面，加速濕敏材料的吸濕響應；當環境濕度降低時，控制系統啟動脫濕噴霧裝置噴出液體蒸汽II覆蓋敏感和加速脫濕復合結構表面，通過液體蒸汽II加速濕敏材料表面水分子蒸發，同時敏感和加速脫濕復合結構內部的超聲加速脫濕結構產生高頻振動，快速移出表面的水分子，實現高效的脫濕功能。
2.根據權利要求1所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，敏感和加速脫濕復合結構包括：硅襯底(1)，覆蓋在硅襯底(1)上表面的超聲加速脫濕結構，以及覆蓋在超聲加速脫濕結構表面的濕敏材料(5)；濕敏材料(5)用于檢測環境濕度變化，超聲加速脫濕結構將環境濕度變化轉換為電信號傳輸至控制系統。
3.根據權利要求2所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，超聲加速脫濕結構包括下電極(
4.根據權利要求1所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，增濕噴霧裝置和脫濕噴霧裝置結構相同，包括腔體，位于腔體內的壓電雙晶片，與腔體連通的毛細管道，用于加熱毛細管道中液體的加熱裝置，與毛細管道出口連通的噴霧口，以及與腔體另一端連通的進液口；噴霧口噴出的液體蒸汽覆蓋敏感和加速脫濕復合結構表面。
5.根據權利要求4所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，壓電雙晶片由振動頻率和幅度控制系統驅動，根據需要調節壓電雙晶片的振動頻率與幅度，進而調節液體蒸汽的釋放速度。
6.根據權利要求5所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，壓電雙晶片的振動頻率與幅度還需要配合毛細管道的張力作用。
7.根據權利要求4所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，所述加熱裝置包括溫度控制裝置，根據需要調節液體的溫度，以控制液體的蒸發速度。
8.根據權利要求4所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，加熱裝置為加熱電阻，設置在毛細管道外壁。
9.根據權利要求1所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，增濕噴霧裝置中液體為水，脫濕噴霧裝置中液體為可溶于水的揮發性液體。
...【技術特征摘要】
1.一種基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，包括：敏感和加速脫濕復合結構、增濕噴霧裝置、脫濕噴霧裝置和控制系統，敏感和加速脫濕復合結構用于檢測環境中濕度變化，并將濕度變化轉換為電信號輸出至控制系統，當環境濕度增加時，控制系統啟動增濕噴霧裝置噴出液體蒸汽i覆蓋敏感和加速脫濕復合結構表面，加速濕敏材料的吸濕響應；當環境濕度降低時，控制系統啟動脫濕噴霧裝置噴出液體蒸汽ii覆蓋敏感和加速脫濕復合結構表面，通過液體蒸汽ii加速濕敏材料表面水分子蒸發，同時敏感和加速脫濕復合結構內部的超聲加速脫濕結構產生高頻振動，快速移出表面的水分子，實現高效的脫濕功能。
2.根據權利要求1所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，敏感和加速脫濕復合結構包括：硅襯底(1)，覆蓋在硅襯底(1)上表面的超聲加速脫濕結構，以及覆蓋在超聲加速脫濕結構表面的濕敏材料(5)；濕敏材料(5)用于檢測環境濕度變化，超聲加速脫濕結構將環境濕度變化轉換為電信號傳輸至控制系統。
3.根據權利要求2所述的基于主動調控技術的快速響應濕度傳感器，其特征在于，超聲加速脫濕結構包括下電極(2)，覆蓋在下電極(2)上表面的壓電介質(3)，設置在壓電介質上表面的插指電極對；下電極(2)、壓電介質(3)和插指電極對形成超聲驅動端口，當進行超聲驅動時，插指電極對中的兩個電極等電位，作為驅動端口的一極，下電極(2)作為驅動端口的另一極；插指電極對與濕敏材...
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