[发明专利]球形温湿度传感器、密闭环境温湿度测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种球形温湿度传感器，其特征在于，用于测量密闭环境内部不同位置的温湿度，所述传感器包括球形壳体以及包裹于所述球形壳体内的温湿度传感模块、IMU模块、无线通信模块、抽气泵、电源模块和主控模块；其中，

所述无线通信模块用于与密闭环境中的定位基站进行无线通信以使所述主控模块获取所述传感器的第一位置信息；

所述IMU模块用于采集所述传感器的姿态信息以使所述主控模块获取所述传感器的滚动速度变化和所述传感器的第二位置信息；

所述抽气泵用于将外部空气抽入所述球形壳体内部，且抽气速率随所述传感器的滚动速度变化而变化，当滚动速度变快时，抽气速率变快，当滚动速率变慢时，抽气速率变慢；

所述温湿度传感模块用于根据所述抽气泵抽入所述球形壳体内部的空气测量温湿度信息并存入所述主控模块，且所述温湿度传感模块的工作频率随所述传感器的滚动速度变化而变化，当滚动速度变快时，工作频率变快，当滚动速率变慢时，工作频率变慢；

所述主控模块用于融合所述第一位置信息和第二位置信息后得到精准定位信息，以及用于当所述传感器滚动到开放环境时通过所述无线通信模块将所述精准定位信息和所述温湿度信息传送给外部的上位机。

2.如权利要求1所述的球形温湿度传感器，其特征在于，所述传感器还包括按键模块，所述按键模块包括测量按键和传输按键，当启动测量按键时，所述传感器处于测量定位信息和密闭环境内部温湿度信息的工作模式，当启动传输按键时，所述传感器处于将存储的定位信息和密闭环境内部温湿度信息发送至上位机的工作模式，当所述IMU模块检测到传感器不再滚动时，自动关闭测量按键，启动传输按键。

3.如权利要求1所述的球形温湿度传感器，其特征在于，所述温湿度传感模块包括堆叠的热电偶结构层、腔室结构层、电解质结构层、电压控制电路和电流检测电路；

其中，所述腔室结构层中设置有第一腔室和第二腔室，所述热电偶结构层具有邻近所述第一腔室和所述第二腔室的加热电路，所述电解质结构层包括电解质、设置于电解质上表面的顶电极以及设置于电解质下表面的暴露于所述第一腔室内的第一底电极和暴露于所述第二腔室内的第二底电极；所述电压控制电路用于向所述第一底电极和顶电极之间、以及所述第二底电极和顶电极之间施加电压，所述电流检测电路用于检测所述第二底电极和顶电极之间的电流；

当所述温湿度传感模块工作时：以所述加热电路加热至固定温度作为热电偶的自由端、以加热电路以外的结构作为工作端检测球形壳体内部空气的温度并存入所述主控模块；所述抽气泵抽入球形壳体内部的空气先经过所述第一腔室，经所述电压控制电路分解并消耗空气中的氧气后再进入所述第二腔室，在所述第二腔室中经所述电压控制电路分解并消耗空气中的水蒸气形成电流并经所述电流检测电路测得后反馈给所述主控模块，所述主控模块根据检测到的电流计算球形壳体内部空气的湿度。

4.如权利要求3所述的球形温湿度传感器，其特征在于，所述电解质为氧化锆电解质。

5.如权利要求1所述的球形温湿度传感器，其特征在于，所述主控模块呈直径与所述球形壳体内径匹配的圆形并置于所述球形壳体的内径位置，所述电源模块置于所述主控模块的一侧，所述温湿度传感模块、IMU模块、无线通信模块和抽气泵位于所述主控模块的另一侧且置于所述主控模块上。

6.如权利要求1所述的球形温湿度传感器，其特征在于，所述密闭环境中的定位基站为UWB基站，所述无线通信模块用于与所述UWB基站之间传送UWB信号以计算所述传感器的第一位置信息。

7.如权利要求1所述的球形温湿度传感器，其特征在于，所述球形壳体由耐高温硅胶制成。

8.如权利要求1所述的球形温湿度传感器，其特征在于，所述球形温湿度传感器用于测量温度大于等于150℃小于等于300℃的温湿度。

9.一种密闭环境温湿度测量系统，其特征在于，包括设置于密闭环境内部的定位基站以及权利要求1至8任一项所述的球形温湿度传感器。

10.一种密闭环境温湿度测量方法，其特征在于，设置权利要求9所述的密闭环境温湿度传感模块系统，使所述球形温湿度传感器滚入待测的密闭环境中，在上位机上接收精准定位信息和温湿度信息。