基于无芯片RFID的低成本湿度传感器设计

设计一款低成本无芯片射频识别(RFID)传感器用于环境湿度监测具有重要意义。为此,将聚乙烯醇(PVA)薄膜用作湿度敏感材料,矩形基板的整体尺寸为18 mm×18 mm×0.5 mm,通过感湿原理和仿真分析,环境湿度的变化引起湿度敏感材料PVA介电常数的变化,进而影响整个传感器谐振频率偏移。仿真结果表明:所设计的湿度传感器相对湿度工作范围为21.9%~52.5%,对应传感器谐振频率范围为2.76~2.51 GHz,偏移总量达到250 MHz,最大相对湿度下平均灵敏度为23.08 MHz/%。所设计的湿度传感器具有小型化、结构简易和低成本等优点,可应用于各种目标环境的湿度监测。

不同温湿度组合对鹅种蛋孵化效果及孵化后雏鹅体重的影响

为研究不同孵化模式下温度和湿度对鹅种蛋孵化效果及雏鹅生长发育性能的影响,试验采用“单阶段”变温和“二阶段”恒温孵化模式,每种孵化模式设定两种不同的温度和湿度参数来评估其对孵化效果及雏鹅早期体重的影响。结果显示:①两种孵化模式具有相近的总体失水率(67%),但采用较高温度的孵化方案具有更高的孵化率(P<0.05)和更短的出雏窗口期(28.5~30 d)。②“单阶段”变温孵化模式的孵化率显著高于“二阶段”恒温孵化(P<0.05)。③鹅种蛋孵化周期中,第1~4周种蛋失重率分别为2.44%、4.85%、7.72%和10.67%,呈现前期失重大、后期失重小的规律。④“二阶段”恒温孵化模式下,采用37.6℃和64%的温湿度组合所生产的雏鹅在第2~4周的体重极显著高于37.5℃和65%的温湿度组合(P<0.05)。研究表明,二阶段恒温孵化模式(37.6℃+64%)以及单阶段变温孵化模式均能产生较好的孵化效果,采用“单阶段”变温孵化模式可提高孵化率,且优化关键孵化参数还能促进雏鹅的早期生长发育。

GNSS线极化天线干涉信号反演土壤湿度算法测试

利用全球导航卫星系统干涉信号(GNSS-IR)测量土壤湿度已成为热门的研究课题。搭载低成本线性极化天线的智能手机可以方便快捷采集干涉信号信噪比(SNR)。分别仿真垂直和水平线性极化天线采集的GNSS干涉信号,给出2种极化方式下干涉信号SNR波形和反射率随卫星高度角变化的结果。对于垂直极化分量,电磁波会在入射角65°~85°左右时发生全透射,导致干涉信号振荡效果消失,而水平极化不存在该现象。同时,分别仿真右旋圆极化(RHCP)直射和左旋圆极化(LHCP)反射天线采集的GNSS信号,并计算直反射信号的幅值比。在仿真基础上分别利用不同极化天线进行实验,结果表明:采用线性极化天线采集的GNSS干涉信号振荡效果几乎不受卫星高度角的限制,可以为土壤湿度反演提供更多的有效数据,并且反演得到的土壤湿度与同位数据具有良好的一致性,两者的相关性达到0.95。使用搭载圆极化天线的双通道接收机采集北斗系统卫星数据进行对比,相关性达到0.91。对于不同的设备,智能手机采集的GNSS数据占用空间相对比于双通道接收机降低1%,且反演结果相关性接近,由于干涉信号提取直反射信号需要一定的振荡周期,故反演结果的时间分辨率要低于双通道接收机。

基于MEMS技术的集成压力-湿度传感器

设计了一种高灵敏度的集成压力和湿度传感单元的芯片。压力传感单元基于SOI和蛇形电阻结构。室温下,传感器在载压范围为3~129 kPa内灵敏度为0.026 mV/kPa,与有限元仿真基本吻合。传感器在25~120℃范围内的热灵敏度漂移为0.004‰FS/℃,热零点漂移为0.25%FS/℃。湿度传感单元采用的叉指电极和电容式结构,引入含氟PI作湿度敏感膜。设计Mo电阻加热结构加快传感器降湿过程,缩短降湿时间近32%。在10%~90%RH的湿度范围,含氟PI湿度传感器的灵敏度为0.121 pF/%RH,略低于无氟PI器件。含氟基团的引入,使得传感器的湿滞较无氟PI降低16%。“电容-湿度”曲线呈指数分布,相关系数R^(2)=0.996。测试结果发现,湿度传感单元和压力传感单元拥有良好的独立工作性能。

温湿度环境试验设备远程校准系统的设计

针对温湿度环境试验设备计量校准服务效率较低的情况,设计了一套远程校准系统。系统依托物联网技术,在校准需求现场采用无线网络(ZigBee)实现无线温度采集模块、无线湿度采集模块与数据集中器的近距离通信,采用4G/LTE技术实现数据集中器与互联网服务器的远距离无线通信;校准服务方通过个人电脑/平板电脑/手机等终端登录互联网服务器处理数据,生成校准报告,完成远程校准工作。经验证,系统配置灵活,一名校准服务技术人员在一段时间内可以同时完成同一校准现场对多台设备或多个校准现场对多台设备的校准服务工作,有效地提升了校准服务的工作效率。

可穿戴柔性湿度传感器开发及在人体呼吸模式检测中的应用

针对传统湿度传感器存在测量范围窄、响应时间长和稳定性差等问题,开发了一种基于石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与TiO_(2)复合材料的聚酰亚胺(PI)基底电容式柔性湿度传感器。通过扫描电镜(SEM)分析了g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)复合材料的多孔结构和形态特性,并采用饱和盐溶液法对g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)柔性湿度传感器在不同湿度下的湿敏性能、湿滞特性、响应和恢复速率等进行测试。结果表明,g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)柔性湿度传感器具有相对湿度检测范围宽(0%~97%)、湿度迟滞低(1.48%)、响应时间短(3.5 s)等优势,可实现人体呼吸频率、呼吸强度以及比奥呼吸、潮式呼吸、睡眠暂缓呼吸等模式的检测。

基于5G+北斗的智能温湿度监测装置

1研制背景当前变电站的温湿度监测方式主要有2种:一是依靠指针式温湿度计监测,其不足是需要在现场进行温湿度数值读数,好处是不需要外接电源、安装方便;二是依靠电子式温湿度计监测,能够在现场进行数值的直接读取,但是需要外接电源、安装比较烦琐。因此,笔者现介绍一种基于5G+北斗的智能温湿度监测装置,供参考。2基于5G+北斗的智能温湿度监测装置技术方案基于5G+北斗的智能温湿度监测装置采用嵌入式系统设计,主要包括温湿度传感器模块.

基于温湿度异布的日光温室冬季主动通风策略设计与验证

针对日光温室冬季自然通风热量损失大、降湿效率低的问题,该研究在揭示室内温湿度空间异布特征基础上,提出主动通风策略,提高保温降湿效能。通过搭建包含28个温湿度传感器的日光温室物联网监测平台,深入分析了室内温湿度空间分布规律。结果显示,温室上下区域积温差值可达300℃,白天日照时段的相对湿度差值达20个百分点,且呈现温度上高下低、湿度上低下高的空间异布特征,自然通风模式下室内上部高温低湿空气优先与室外干冷空气置换导致其保温降湿效能低下。基于此,该研究提出了主动通风排湿策略,利用安装于温室底部的轴流风机改变气流方向,强迫下部区域低温高湿空气从风机口优先向外排出,使上部区域高温低湿空气逆向沉积保留在室内,有效排湿的同时降低热量损耗。主动通风实地试验结果显示,相比于受室内外气候影响可控性差的自然通风,主动通风率可在0~30 m^(3)/(m^(2)·h)之间无级调节,有利于通风的精准控制;晴朗、多云、阴雨3种典型天气下主动通风的日平均温湿比均高于自然通风,体现出较好的气象适应能力和稳定性;其中,晴朗天气下日均温度可提高2.0~2.7℃,日均相对湿度可降低15~17个百分点,日均温湿比可提高31.1%~32.9%,保温排湿效能改善明显。同时,主动通风策略的投入产出比为2.62,能够以较低的投入获得理想的经济收益,经济可行性较好。该研究所提出的主动通风排湿策略可以有效提高保温排湿效能,技术合理性和经济可行性良好,可为日光温室冬季微气候调控提供理论参考和解决方案。

环境温度·饵料湿度和饵料酸碱度对蚯蚓生长繁殖的影响

[目的]研究不同环境温度、饵料湿度和饵料pH对蚯蚓生长和繁殖的影响,确定其最佳生长繁殖条件,为蚯蚓养殖提供科学依据。[方法]设计3个试验,分别研究不同环境温度对蚯蚓生长和产卵数的影响、不同饵料湿度对蚯蚓生长和产卵数的影响、不同pH对蚯蚓生长和产卵数的影响。[结果]不同温度对蚯蚓生长和繁殖的影响结果表明:23℃时产卵数最多,显著多于18和30℃时的产卵数(P<0.05);25℃次之,但两者间差异不显著;18℃时蚯蚓产卵数最少,显著少于23、25和30℃时的产卵数(P<0.05)。但从增重效果来看,18℃条件下总增重3.022 g,显著高于其他处理(P<0.05)。不同湿度对蚯蚓生长和繁殖的影响结果表明:室温23~25℃条件下,65%湿度组个体生长最好,60%和70%湿度组稍次之,但处理间差异不显著(P>0.05);湿度70%时,蚯蚓产卵数显著高于其他组(P<0.05);湿度40%时,蚯蚓产卵数回升,但成活率较低。不同pH对蚯蚓生长和产卵数的影响结果表明:在pH 5~11范围内蚯蚓均能成活并有少量产茧,其适应性较广,而在pH为9时产卵数较多;处理组蚯蚓成活数在pH为6时最多;pH为8时,在增重、产茧数上,对照组优于任一处理组。[结论]大平二号蚯蚓繁殖最佳条件为温度23℃、湿度70%、pH 6;大平二号蚯蚓生长最佳条件为温度18℃、湿度65%、pH 8~9。

宁夏黄土区稀疏带状山杏人工林土壤湿度动态与影响因素

【目的】以宁夏南部黄土丘陵区带状山杏人工林为例,揭示林带内与带间的不同深度处土壤湿度的时空变化及其关键环境影响因素,为半干旱区林草植被科学管理及雨水资源高效利用提供依据。【方法】2020—2022年,在宁夏彭阳县山杏人工林带内和带间各布设1套200 cm测深的智墒传感器,分层逐时监测土壤体积含水量和土壤温度变化,同时布设1台气象站连续监测近地面降水、气温、空气湿度等气象条件,采用相关分析探究土壤湿度对前1日土壤湿度、土壤温度和气象因子的响应规律。【结果】2020年和2021年为平水年,降水量分别为467.4和440.8 mm;2022年为枯水年,降水量为354.8 mm;土壤体积含水量平均值为平水年(2021年,17.0%)显著高于枯水年(2022年,14.3%)。土壤体积含水量随土层加深呈近线性增加,其斜率表现为林带间高于林带内,平水年高于枯水年。在0~120 cm土层的土壤体积含水量为林带内(15.3%)高于林带间(14.0%),但在120~200 cm土层为林带间(17.6%)高于林带内(16.8%)。在0~60 cm土层的土壤体积含水量变异系数为林带间(42.9%)高于林带内(37.8%),但在60~200 cm土层为林带内(23.2%)高于林带间(19.1%)。土壤湿度变化的季节格局为:相对稳定期(3—4月)、耗损期(5—8月)、恢复期(9—11月)和衰退期(12月—次年2月),最大值多出现在4月,最小值出现在8月(平水年)和12月(枯水年);土壤湿度变化的垂直空间格局为:速变层(0~50 cm)、活跃层(50~90 cm)、次活跃层(90~170 cm)、相对稳定层(170~200 cm)。相关分析发现,土壤湿度日变化相关性最强的环境因子为正相关的前1日土壤湿度和负相关的土壤温度,月变化相关性最强的环境因子为负相关的土壤温度。【结论】宁夏黄土区稀疏带状山杏人工林林带内和林带间土壤湿度在季节和剖面上均表现出较大波动,枯水年比平水年波动的层次更深。综合分析发现前1日土壤湿度、土壤温度、气象因子均是影响枯水年和平水年日及月尺度各剖面层次土壤湿度变化的要素。其中,前1日土壤湿度和土壤温度为主要影响因子;在0~120 cm土层内的土壤湿度为林带内高于林带间。本研究结果对宁夏半干旱黄土区水平沟整地后退化植被科学恢复及土壤水分高效利用有很好的指导意义。

冻融条件下路基温度场和湿度场分布式感知试验

搭建土体冻融多物理场感知室内试验装置,布设传统点式传感器和分布式光纤,对土体冻融过程中路基温度场、湿度场和变形情况开展试验监测,探究单端冻结、双端融化条件下土体温度场和湿度场的分布式感知特征,验证主动加热分布式光纤技术的监测效果。试验结果表明,-15℃单端冻结条件下,土体冻结过程按降温速率分为快速冷却、逐步降温、稳定平衡三阶段,冻结锋面逐渐下移,最大冻深约占土柱高度的35%。孔隙水受冻胀迁移力影响向冻结锋面移动,引起冻融前后土体湿度场重分布,并导致土体冻胀变形,变形量为土体最大冻深的7.8%~10.9%。分布式光纤可准确得到冻融过程中土体温度场、湿度场变化特征,识别土体内冻结区域范围,温度、湿度监测拟合优度R2分别达0.98和0.94。

可持续性纸质文物保存环境温湿度调控策略研究

本研究分析了华北平原12间恒温恒湿库房和45间温湿度轻控制库房的历史温湿度,并计算了纸质文物在上述历史温湿度下保存的预期寿命和机械损伤风险。结果表明,恒温恒湿控制时,允许保存温度在推荐范围内随外界气候变化存在一定的季节波动,能够在不影响纸质文物安全的情况下,提高温湿度控制的能源经济性和保存环境的温湿度稳定性。在华北平原,大部分时段轻控制温湿度能保证纸质文物安全。凉爽/干燥季节低温保存,当大气湿度升高致保存湿度接近允许上限时,提高温度设定值,当保存温度达到允许上限后再同时控制温湿度,是全年或季节性凉爽/干燥地区的一种可持续性纸质文物保存温湿度调控策略。

拉应力作用下早龄期混凝土相对湿度响应试验研究

为系统研究早龄期混凝土内部相对湿度对不同水平拉应力的响应规律,设计恒定轴拉下混凝土内部相对湿度测试方法,试验研究了不同拉应力下的相对湿度响应规律,并基于试验结果和理论分析,给出早龄期混凝土单面干燥条件下相对湿度与拉应力的线性模型.研究结果表明:拉应力施加会造成混凝土内部相对湿度瞬时下降,当拉应力从0.8 MPa增加到3.2 MPa时,混凝土深度分别为50、75、100 mm处的相对湿度变化值从0.5%、0.4%和0.3%增加到0.8%、0.7%和0.6%;随着拉应力逐渐增大,相对湿度下降值逐渐增大;在相同拉应力下,距离混凝土暴露面近的相对湿度对拉应力的响应更为显著;拉应力持荷状态下相对湿度会逐渐恢复,恢复时间约2.5 h,在压应力持荷状态下也出现了类似现象,恢复时间约20.0 h,拉应力持荷状态下相对湿度恢复时间更短.

考虑湿度应力的深部软岩隧道大变形控制研究

为探明深部高地应力软岩隧道大变形产生机理,制定适应大变形控制措施,以月直山隧道为工程依托,首先明确求解围岩形变压力与松动压力的Kastner与Caquot公式,基于岩体弹塑性力学与连续介质理论建立围岩湿度应力解析解,采用收敛-约束法绘制出3种围岩应力作用下围岩与初期支护特征曲线,分析断面变形过程中围岩与支护结构相互作用规律及3种应力占比演化规律。分别以混凝土与型钢钢架作为二衬支护结构对月直山隧道围岩稳定性进行计算分析,明确考虑湿度应力与松动压力条件下隧道二衬最优支护时机与支护参数,以支护结构安全系数FS评判出最优支护方案并对隧道软岩大变形进行治理。结果表明:当围岩径向位移达到550 mm时,仅考虑形变压力Pi时围岩对支护结构的压力P仅为0.813 MPa,考虑湿度应力Pw与松动压力Pa时P增大为1.372 MPa,湿度应力与松动应力总占比达40.7%,仅考虑形变压力而设计的支护结构不满足围岩稳定性要求;根据“卸压支护”理念,确定以“位移释放峰值upeak=0.325 m”与“间距d=0.7 m”作为增设第二层钢架的最佳支护时机与支护参数,现场二次钢架设置24天后使围岩变形收敛于50.8 mm,围岩大变形得到控制,研究成果可为今后相关隧道工程设计与施工提供参考。

不同温湿度条件下蒸汽回潮对烟叶品质的影响

为研究不同温湿度条件下蒸汽回潮对烟叶品质的影响,本文对回潮后烟叶的含水率、化学成分以及协调性进行了分析。结果表明:增温增湿均可有效提高叶片的含水率,改善烟叶品质。温度越高、相对湿度越大,烟叶含水率增速越快。相同温湿度条件和处理时间下,同部位随着等级质量提高,烟叶含水率相应增高。不同等级烟叶混合进行回潮时,最佳的回潮温度为35℃,相对湿度为80%。不同温湿度条件对同等级烟叶化学成分的影响未达到显著性水平,不同等级烟叶回潮处理后化学成分的含量存在一定差距,表现为糖碱比C3F>C2F>B2F>B3F,钾氯比C2F>C3F>B3F>B2F。

基于CLDAS土壤相对湿度的云南农业干旱监测

选取2016-2020年云南37个土壤水分观测站逐日0-10cm土层相对湿度观测数据和逐日降水、气温观测资料,采用线性插值法,将CLDAS格点数据插值到观测站点上,用于与站点观测数据对比分析。利用回归订正法对插值后的CLDAS土壤相对湿度产品进行订正。采用相对误差、平均偏差、相关系数、标准差和均方根误差统计指标,定量评估CLDAS土壤相对湿度在云南的适用性。结果表明:云南土壤水分观测站相对湿度数据观测有效率不高,选用陆面融合数据开展农业干旱监测十分必要;云南地区近80%的CLDAS土壤相对湿度与土壤水分观测站观测值的相对误差绝对值<30%,数据可信度高;在干旱发生频率高的云南中部地区,CLDAS土壤相对湿度与土壤水分观测站观测值的相关系数均在0.8以上,平均偏差小于10%。从农业干旱监测效果来看,基于CLDAS土壤相对湿度的干旱监测指标能很好地描述由气温和降水异常导致的土壤墒情变化,当日降水量接近或超过5.0mm时,能快速响应轻旱站点数的减少;当连续有效降水发生后,监测指标可反映中等及以上等级农业干旱的缓解。综合来看,CLDAS土壤相对湿度在云南农业干旱监测的适用性好。

基于CsPbBr_(3)量子点的湿度传感器的制备及其在微裂纹检测中的应用

采用简单的溶液路线结合乙酰丙酮铁(AAI)改性技术,制备了分散性良好、尺寸均匀的钙钛矿型CsPbBr_(3)-Fe量子点(QDs),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及光致发光(PL)光谱对材料进行表征。并通过旋涂法构筑基于钙钛矿QDs的电阻式湿度传感器。湿敏特性测量结果表明:该湿度传感器在10%~100%的相对湿度(RH)的检测范围内具有良好的线性、快速响应特性;在70%RH时传感器的灵敏度为1.1,响应时间为33 s,恢复时间为38 s。此外,我们运用有限元方法模拟了管道微裂缝的泄漏行为,通过模拟不同流速、压力下的流速场和压力场分布,验证了利用湿度传感器检测泄漏点位置的可行性。

温度和湿度对乙二醛聚合物加固饱水梓木文物性能和微观结构的影响

乙二醛聚合物加固饱水梓木文物在自然环境或者博物馆存放时,受环境因素如温度和湿度的影响会导致文物发生劣化。本研究采用傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等方法研究了乙二醛聚合物脱水加固饱水梓木试样在不同温度和湿度环境中性能与微观结构变化。结果显示,饱水梓木文物材料经乙二醛聚合物脱水加固后,乙二醛聚合物与梓木细胞壁结合紧密,部分填充于梓木细胞内加固梓木细胞壁。试样在25℃和50%RH环境中试验30 d其结构和性能无明显变化。在60℃和50%RH环境中试验30 d,试样内部的乙二醛聚合物逐渐均匀附着于细胞壁且表面平滑,试样横截面断口平整;但试样表面的乙二醛聚合物逐渐消失,暴露出木材本体。在25℃和95%RH环境中乙二醛聚合物吸湿性明显增强,其与水的结合能力高于梓木细胞壁,乙二醛聚合物与细胞壁之间的结合被破坏,失去加固效果,但仍填充于细胞中。最后分析了温湿度对乙二醛聚合物加固饱水梓木性能与结构的影响机制,并提出了试样在吸湿和脱水过程中乙二醛聚合物与梓木细胞壁的结构变化模型。

基于GO/Mxene复合材料的柔性LC无线湿度传感器研究

针对当前湿度传感器在检测范围、灵敏度等方面的不足及实际应用中对无源感知、可弯折能力等的需求,本文对基于GO/Mxene复合材料的柔性LC无线湿度传感器进行了研究。对传感器原理进行分析,设计了一个以聚酰亚胺为基底的柔性叉指电极天线,该天线谐振频率为146 MHz,并利用仿真软件得到了天线上的电场分布。制备了GO/Mxene复合材料,使用扫描电子显微镜和能谱分析仪对GO/MXene复合材料的表面形貌和微观结构等进行了表征,验证了复合材料的结构与组成元素。将所制备的复合材料作为湿度敏感材料置于天线上场强最强处完成了湿度传感器的制作。对传感器性能进行了测试,测试表明该传感器具有较高的灵敏度,在20~70%RH的相对湿度范围内,传感器的灵敏度达到了90.51 kHz/%RH,在70~95%RH的相对湿度范围内,灵敏度达到了651.86 kHz/%RH。同时该传感器的稳定性和响应时间性能良好,可实现人体呼吸监测,在健康检测、机器人皮肤等领域具有一定的应用前景。

基于多模型神经网络的湿度廓线反演研究

为提升微波辐射计对大气廓线探测的精度,利用ARM大气观测站提供的地基微波辐射计、毫米波测云雷达以及探空数据,构建了两种添加不同云信息的反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)模型(添加入云和出云高度的C-BPNN模型与添加雷达反射率因子的Z-BPNN模型)与一种未添加云信息的BPNN模型(记为BPNN0),并对反演结果进行了对比,结果表明:C-BPNN模型和Z-BPNN模型在任何天气下(有云或无云),得到的反演误差都小于BPNN0模型;C-BPNN相较于另外两种模型反演结果具有更高的稳定性。对3种模型各自反演结果最好的个例分析发现,C-BPNN与Z-BPNN模型主要的误差存在于高空无云但是相对湿度却出现跃变的情况,说明神经网络模型对初始权值与阈值较为敏感,因此通过遗传算法(genetic algorithms,GA)对BPNN模型进行优化。经GA优化后的反演结果表明:BPNN0模型与C-BPNN模型具有明显优化效果,而Z-BPNN模型优化效果则不明显。