专利名称：环境传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及测定温度和湿度的环境传感器，备有该环境传感器的环境测定装置和具有该环境测定装置的环境测定系统。
背景技术：
测定温度和湿度的环境传感器，至今已经被实用化，广泛地应用于电子炉等的烹调器和空调机等的家电制品、复印机等的办公室设备、汽车冷却水的温度监视器和各种空调机、气象观测等。
一般，环境传感器个别地测定温度和湿度。如果根据日本特开2002-90329号专利公报，则已经提出了静电电容型的湿度传感器。但是，相对湿度即便在相同水分量时也随温度而变动。如果根据日本特开平成6年公布的6-242048号专利公报，则提出了为了根据温度进行校正的热传导式的湿度传感器。又，如果根据日本特开平成5年公布的5-149901号专利公报，则提出了在同一基片上并列形成2个感温元件的湿度传感器。
当测定温度和湿度时，与用途有关需要的技术要求是不同的。例如，在家庭和办公室的用途中，为了细致地控制空调机等的工作条件保持舒适的生活环境，必须测定生活空间的温度湿度分布。为了在以电子炉为代表的烹调器具中，也能够高效率地进行更多样的烹调，需要小型的可以高速应答的环境传感器。进一步，为了在复印机等的办公室设备制品中形成最佳的图像，必须测定时刻变化的记录用纸的温度·湿度，比已有技术更高速更详细地测定温度·湿度。又，在各种IC电路等的制造步骤中、对于温度和湿度那样的环境，要求比已有技术更高精度的测定。
在已有技术中，当测定温度和湿度时，分别设置测定温度用的传感器和测定湿度用的传感器。因此，该环境传感器的规�：艽螅涟迪执衅鞯男⌒突�。进一步，在测定湿度时，因为应答速度慢，所以存在着不能够用于在复印机等中设定高速打印时的打印条件那样的问题。
又，随着因特网的普及，用服务器处理远处的信息也增多了，用无线发送来自环境传感器的信号的必要性也增加了。
发明内容
因此，本发明提供可以实现小型化和高速应答的、用于测定温度和湿度的环境传感器。
根据本发明，为了解决上述问题，我们提出了包含感温材料由金属氧化物构成的温度传感器和利用电特性变化测定周围湿度的湿度传感器，温度传感器的一对电极中的至少一方与湿度传感器中的电极构成一体的环境传感器。
本发明，因为在用于测定温度和湿度的环境传感器中可以实现小型化和高速应答，所以是特别有利的。通过使用这种环境传感器，能够提供实现高速测定的环境测定装置和环境测定系统。
本发明的其它特点和优点将从下面的结合附图的描述变得很清楚。在附图中相同的标号表示相同或相似的部件。
与本说明书结合并构成本说明书一部分的附图阐明了本发明的实施方式，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1A是与实施方式有关的环境传感器的概略截面图。
图1B是与实施方式有关的环境传感器的湿度检测区域中的电极的概略平面放大图。
图1C是图1A所示的环境传感器中的电极的概略平面图。
图1D是第1实施方式中的其它环境传感器的概略截面图。
图2A-2J是表示图1D所示的环境传感器的制造步骤的图。
图3是用于评价环境传感器特性的实验装置的概略构成图。
图4是用第1实施方式中的环境传感器和已有的湿度传感器测定的相对湿度中的特性图。
图5A是第2实施方式中的环境传感器的概略截面图。
图5B是图5A所示的环境传感器的湿度检测区域中的电极的平面放大图。
图6A-6H是表示图5所示的环境传感器的制造步骤的图。
图7是用第2实施方式中的环境传感器和已有的湿度传感器测定的相对湿度中的特性图。
图8是本发明的第3实施方式中的环境测定装置的方框构成图。
图9是图8所示的环境测定装置的概略构成图。
图10是表示本发明的第4实施方式中的环境测定系统的概念图。
具体实施方法现在我们按照附图详细描述本发明的具体实施方式
。
又，下面使用的数值，除了特别的情形外，只不过是例示而已。因此，本发明不一定限定于该数值。
本发明提供可以实现小型化，并且可以高速应答的测定温度和湿度的环境传感器。为了实现这种小型化和高速应答，在本发明中在同一基片上形成温度检测单元(温度传感器)和湿度检测单元(湿度传感器)，并且通过利用温度传感器中的电极也测定湿度来实现小型化。进一步通过在环境传感器中采用宇宙空间构造也可以实现高速应答。
即，为了实现高速应答，需要使检测单元小型化并且使温度检测单元和湿度检测单元的构成更加单纯，必需减少这些检测单元的热容量。因此，作为本发明的环境传感器中的第1实施方式，一体地构成感温材料由金属氧化物形成的温度传感器和利用电特性变化的湿度传感器，在温度传感器的一对电极中，至少一方与湿度传感器中的电极形成一体。进一步，作为本发明的环境传感器中的第2实施方式，在同一基片上形成由下部电极/金属氧化物层/上部电极的多层构造构成的1对层积体，将一方的层积体用作温度传感器，将另一方的层积体用作湿度传感器，并使1对层积体中的各电极相互共通。
这里，用强电介质或热电体作为湿度传感器中的金属氧化物层的材料。因此，当该金属氧化物层的周围温度变化时，与该变化量相应地在金属氧化物层的表面产生电荷，通过测定与产生的电荷相对应的电压测定温度。进一步，通过环境传感器的宇宙空间构造，即除去温度检测单元和湿度检测单元中的基片，能够高效率地实现减少各检测单元热容量的散热，可以实现高速应答。
又，备有该环境传感器测定温度和湿度的环境测定装置形成具有测定各传感器中的电极的电性质和电极间的电性质的信号检测部件；算出处理来自该信号检测器的信号并加工成所要形式测定结果的信号处理器；和将该信号处理器的信号传送到外部装置的发送接收单元的构成。作为由信号检测部件测定的电性质，是电极的电阻、用于将环境传感器保持在预定温度而投入的功率、电流量等。通过这些测定，可以测定湿度。又，通过测定电极间的电压，能够测定温度。这些测定，通过在信号处理部件中处理来自上述信号检测部件的输出，算出例如相对湿度、绝对水分量、温度等。由发送接收部件将其结果信号传送给显示器和个人计算机等的外部装置。为了很大地减轻进行环境测定的场所的制约用各种无线方法进行这时的信号传送。
(第1实施方式)图1是表示本发明的第1实施方式中的环境传感器的概略构成的图。特别，图1A是环境传感器的概略截面图。图1B是环境传感器的湿度检测区域X中的电极的概略平面放大图。此外，我们需要注意图1B不是原封不动地放大图1A中的圆X所示的截面的图，而是放大圆X的一部分的平面图的图。图1C是图1A的环境传感器中的电极的概略平面图。又，图1D是第1实施方式中的其它环境传感器的概略截面图。这里，只表示传感器的一部分，但是传感器的整体形状具有大致长方体那样的形状。当然，这只不过是例示而已，本发明不一定限定于这种形状。
本实施方式中的环境传感器11是为了包含温度检测单元111和湿度检测单元112而构成的。1是金属氧化物层，2是上部电极，3是下部电极，4a和4b绝缘层，5是基片，6是红外线透过材料。
温度检测单元111形成具有上部电极2、金属氧化物层1和下部电极3的三层层叠体的构成。这里，例如用强电介质或热电体作为金属氧化物层1的材料。
温度测定原理如下所示。当能够透过红外线透过材料6的红外线入射到金属氧化物时，由于该金属氧化物的热电特性产生电荷，将该产生的电荷作为电极间的电压进行测定，根据测定的电压求得温度。当然因为在居里点近旁，介电常数由于温度而发生大的变化，所以也可以利用这种介电常数的变化。在根据介电常数变化测定温度的情形中，最好通过测定电极间的电容和电阻，求得介电常数的变化，进一步从介电常数的变化求得温度。
湿度检测单元112，如图1A所示，具有下部电极3和经过绝缘层4b到达上部电极2的构成。进一步，将上部电极2、下部电极3加工成图1B和图1C的平面图所示的那种形状。直接或经过过滤器等间接地将该加工后的湿度检测单元曝露在测定气氛中，利用电极间的电特性测定湿度。此外作为电极的电特性，例如是电阻和流过电极的电流量。
过滤器，例如，是为了除去大气中尘埃等水分以外的东西。过滤器不是必需的构成。在大气中存在强酸性的蒸汽时，通过用容易吸附或吸收它们的多孔质材料保护传感器单元，能够延长传感器的寿命。此外，因为在应用过滤器的情形中，多少限制了大气的流动，所以与不应用过滤器的情形比较，使测定速度有若干降低。降低何种程度与过滤器的材质有关而不同。一般地说，如果多孔质材料的孔大，则降低的程度�。绻仔≡蚴艿酱蟮挠跋�。最好与传感器的用途相应地适当地探讨是否应用过滤器和如何选择过滤器的材料等。
此外，上部电极2、下部电极3中的湿度检测单元112不限定于图1B和图1C所示的形状，也可以是螺旋状等。湿度检测单元112通过吸附在电极单元上的水分引起电阻变化来检测水分量。因此，为了能够吸附大量水分，湿度检测单元112的表面面积大是有利的。即，与湿度检测单元112的表面面积相应地决定灵敏度、检测信号的S/N等。因此，直线状的电极因为电阻变化小是不利的。另一方面，当使形状从直线变到锯齿构造(图1B)或螺旋状时，因为能够加长电极的长度所以是有利的。或者，如图1D所示，也可以与温度检测单元111的电极单元的膜厚比较，使湿度检测单元112的吸附水分的部分的膜厚变�。蛘呤顾南呖肀湔�。
即，如果湿度检测单元112中的电极单元具有比周边的电极单元大的电阻的构造则也可以是任何构造。通常，当吸附水分的部分和除此以外的部分(不吸附水分的部分)的长度相同时，使吸附部分的电阻为除此以外部分的电阻的2-100倍。
此外，在图1C所示的电极单元的平面图中表示温度检测单元111是角型的，但是本发明不限定于此。
其次，下面我们说明如1D所示的环境传感器11中的制造方法的一个例子。图2表示图1D所示的环境传感器的制造步骤。
首先，如图2A所示，在由硅构成的基片5上形成绝缘体层4a。这里，绝缘体层4a例如是由二氧化硅构成，用RF溅射法形成的膜，膜厚约为2μm。
接着，如图2B所示，在用RF溅射法在绝缘体层4a上形成由铂/钛构成的下部电极3。具体地说，在堆积约50nm的钛后，堆积约600nm的铂，形成下部电极3。此外，也可以使钛约为50nm-100nm，铂约为500nm-1000nm，但是当然也可以是除此以外的值。
接着，如图2C所示，用光刻法形成为了使湿度传感器形成区域开口的图中未化出的抗蚀剂图案。此后，进行干刻蚀在该湿度传感器形成区域中形成比周围薄的下部电极3。这时，该湿度传感器形成区域形成在从温度传感器形成区域离开约200μm的位置上。200μm，如图1C所示，是温度检测单元和湿度检测单元的端边之间的距离，与连接它们的电极(图1C的中央部分)的长度相等。该湿度传感器形成区域中的下部电极3的膜厚约为150nm，宽度约为30μm。
此后，通过灰化处理等除去该图中未画出的抗蚀剂图案。这里，关于由刻蚀形成的湿度传感器形成区域中的下部电极3的平面形状，没有限制，也可以是角型，圆形、椭圆形等中的任何一种。
接着，如图2D所示，用RF溅射法堆积二氧化硅，膜厚约为3μm，形成绝缘体层4b。
接着，如图2E所示，进行干刻蚀和研磨等的处理，使绝缘体层4b的表面平滑化。这里，在本实施形态中，也可以不进行该平滑化处理而在对于周围处于凹的状态中对绝缘体层4b的表面进行下一个步骤以后的处理。
接着，如图2F所示，用光刻法形成使温度传感器形成区域开口的图中未画出的抗蚀剂图案后，进行用氟酸和硝酸混合液的干刻蚀，除去该温度传感器形成区域中的绝缘体层4b。
接着，如图2G所示，用MOCVD法堆积(Pb、La09Zr、Ti)O3(原子比为Pb/La＝95/5，Zr/Ti＝35/65，以下记述为PLZT)，膜厚约为3μm，进一步，用剥离法除去图中未画出的抗蚀剂图案，只在温度传感器形成区域中形成由PLZT构成的金属氧化物层1。这时，该金属氧化物层1形成纵横约500μm的正方形。
接着，如图2H所示，用RF溅射法形成由铂/钛构成的上部电极2膜厚约为1μm。接着，如图2I所示，在用光刻法形成使温度传感器形成区域开口的图中未画出的抗蚀剂图案后，进行干刻蚀，形成该湿度传感器形成区域中的上部电极2，使它比周围薄。此后，通过灰化处理等除去该图中未画出的抗蚀剂图案。
接着，如图2J所示，用刻蚀除去温度传感器形成区域和湿度传感器形成区域的基片1。然后，将该环境传感器11放入内径3mm、外径3.5mm的不锈钢管内用环氧树脂固定，完成本实施方式中的环境传感器。
这里，也可以在温度传感器形成区域中的上部电极2上，设置用于高效率地汇集红外线并控制测定的视野角的图1A或图1D所示的红外线透过材料6等的光学系统。又，也可以在湿度传感器形成区域中的上部电极2上，设置由金等的材料构成的红外线反射膜，除去温度影响。这里，可以根据目的任意选择这些传感器的大小及其构成材料的种类、膜厚、它们的成膜方法、形成图案方法等。
本实施方式中的金属氧化物层1，如果是强电介质或热电体则可以是任何材料，最好具有钙钛矿型构造。具体地说，是Pb-La-Zr-Ti-O系、Bi-Ti-O系、Ba-Sr-Ti-O系、Li-Ta-O、Li-Nb-O和它们的混合系等。存在种种表示热电效果的材料，但是钙钛矿型构造具有比较大的热电效果。与热电效果小的材料比较使用具有大热电效果的材料，因为能够制作可靠性高的传感器，所以是有利的。
又，为了进行极高精度的温度·湿度的测定，最好将环境传感器的基片1一侧设置在可以控制温度·湿度的空间内。因此，总是将下部电极3保持在恒定的环境条件中，不仅可以检测上部电极2的电特性也可以检测与下部电极3的电特性之差。
其次，用图3所示构成的实验装置，进行图1D的环境传感器11的特性评价。
图3是用于评价环境传感器特性的实验装置的概略构成图。在图3所示的实验装置30中，32是圆筒形的试料容器，将本实施方式中的环境传感器11、已有温度传感器17和已有湿度传感器18配置在相互成120°角度的间隔中。又，该试料容器32的整体容量为100ml。又，在本实验中，作为已有温度传感器17用水银温度计(外径7mm)，作为已有湿度传感器18用北陆电技术公司制的HS-05型传感器(传感器单元，宽度7mm、长度10.5mm、高度4mm)。
又，34是高湿容器，35是低湿容器，在它们的内部充填使温度和相对湿度保持恒定的空气。此外，用上述已有温度传感器17和已有湿度传感器18测定这些容器中的温度和湿度。又，31是吸引机，通过流路切换装置33将具有高湿容器34或低湿容器35内的饱和蒸汽压的空气导入试料容器32。
在评价特性的实验中，在大气压、温度25℃中，预先在低湿容器35内充填相对湿度为15％RH的空气，在高湿容器34内充填相对湿度为90％RH的空气。在这种状态中首先，将来自低湿容器35的空气吸引到试料容器32内，由环境传感器11、已有温度传感器17和已有湿度传感器18测定这时的温度和湿度。
接着，流路切换装置33，将试料容器32内的空气置换成高湿容器34内的空气。将切换该流路的时间作为原点，分别由环境传感器11、已有温度传感器17和已有湿度传感器18测定试料容器32内的温度和湿度。这时的测定间隔，当用环境传感器11时为30ms，当用已有温度传感器17和已有湿度传感器18时为1～20s。
图4是用本实施方式中的环境传感器和已有湿度传感器测定的相对湿度中的特性图。
用本实施方式中的环境传感器11观测到相对湿度变化量在30ms后约为80％，在50ms后约为90％的变化。另一方面，用已有的湿度传感器18，为了观测到相对湿度变化量约为90％，得到需要约3.5分钟的时间的结果。
此后，经过6分钟后，再次将试料容器32内的空气置换成低湿容器35内的空气。这时，用本实施方式中的环境传感器11，在30ms后观测到约80％的变化，在60ms后观测到与低湿容器35内相同的湿度。另一方面，用已有湿度传感器18，即便1分钟后也只能够观测到约20％的变化。
又，在测定该相对湿度变化之间的试料容器32内的温度，用已有温度传感器17不能够看到变化，另一方面，用本实施方式中的环境传感器11，在切换流路后立即从25℃降低0.2～0.4℃，但是此后，温度处于25+0.1℃的范围内。因为吸引器12的切换比流路切换器33快工作约0.3s，所以可以认为该流路切换后的温度变化和试料容器32内的气压变化有关。
如上所述，我们看到用本实施方式中的环境传感器11，与用已有温度传感器17和已有湿度传感器18比较，能够使它的检测单元小型化，并且可以进行在1s以下观测到90％RH的变化的高速测定。
(第2实施方式)图5是本发明第2实施方式中的环境传感器的概略构成图。图5A是第2实施方式中的环境传感器的概略截面图。图5B是图5A所示的环境传感器的湿度检测区域中的电极的平面放大图。即，图5A是从横向看传感器的图，图5B是从上看传感器的图。
本实施方式中的环境传感器21，如图5A所示，具有包含温度传感器211和湿度传感器212的构成。又，1a和1b是金属氧化物层，2是上部电极，3是下部电极，4a和4b绝缘体层，5是基片，6是红外线透过材料。金属氧化物层1a、1b是强电介质或热电体，红外线透过材料6为了具有图5中所示的曲面而形成，但是对形状没有限制。可以与需要相应地设置红外线透过材料6。
温度传感器211和湿度传感器212，如图5A所示，形成具有下部电极3、在下部电极3上形成的金属氧化物层1a和1b、在各金属氧化物层1a和1b上形成的上部电极2的3层构造组成的1对层积体的构成。又，温度传感器211的下部电极和湿度传感器212的下部电极相互连接。同样上部电极之间也相互连接。
在图5B中，为了放大表示湿度传感器212中的上部电极2的平面，进行加工使露出金属氧化物层1b的一部分。这里，该露出部分的电极形状，不限定于角型，也可以是螺旋状、锯齿状，没有限制。又，金属氧化物1b的露出面积可以根据用途任意地决定。例如，当高速测定湿度变化时，将约50％以上作为目标。
本实施方式的金属氧化物层1b，多晶状态要比单晶好。即，本实施方式中的湿度测定，因为利用吸附在金属氧化物层1b上的水分引电极间的电容或电阻变化，所以在单晶的情形中只能利用表面吸附的水分。但是，在多晶的情形中表面积变得又大，并且又能够利用在晶粒界面上扩散和吸附的水分。因此，多晶的情形与单晶的情形比较，因为能够在更广大的范围中测定电极间的电容，又，电阻也能够更快地发生变化，所以是有利的。
温度的测定，是利用由于将热传到金属氧化物层1a，在它的表面上产生电荷的热电效应，或者在居里温度近旁，介电常数的温度依赖性很大这一特性进行的。关于金属氧化物层1a，对它的结晶性没有限制，既可以是单晶也可以是多晶。又，金属氧化物层1a和金属氧化物层1b，从使制造步骤简略化的观点出发，希望是相同的材料、相同的结晶状态，但是既可以根据用途使用别的材料，也可以改变结晶状态。
其次，下面我们说明图5所示的环境传感器21中的制造方法的1个例子。
图6是以步骤的顺序表示图5所示的环境传感器的制造方法的概略截面图。
首先，如图6A所示，在由硅构成的基片5上形成绝缘体层4a。这里，绝缘体层4a例如是由二氧化硅构成，用RF溅射法形成的膜，膜厚约为1μm。
接着，如图6B所示，通过网印法涂敷膜厚约为15μm的金膏后，分别对温度传感器形成区域和湿度传感器形成区域的金层进行预定的加工形成下部电极3。
具体地说，使温度传感器形成区域形成纵横约为350μm的正方形，使湿度传感器形成区域形成纵横约为300μm的正方形，并且在其内部开出纵横约为160μm的孔。这里，使温度传感器形成区域和湿度传感器形成区域形成约为200μm的间隔，又连接它们的部分的下部电极3的宽度约为100μm。图中所示的A、B是各个传感器形成区域A、温度传感器形成区域。
接着，如图6C所示，用网印法形成由Bi4Ti3O12(以下记为BIT)构成的金属氧化物层1膜厚约为30nm。接着，如图6D所示，用RF溅射法形成膜厚约为100nm的钛层20。
接着，如图6E所示，通过光刻，形成覆盖温度传感器形成区域和湿度传感器形成区域的抗蚀剂图案，进行干刻蚀只在温度传感器形成区域和湿度传感器形成区域中余下钛层20。进一步，进行用氟酸和硝酸混合液的湿刻蚀，在温度传感器形成区域中形成金属氧化物层1a，在湿度传感器形成区域中形成金属氧化物层1b。
接着，如图6F所示，用离子束溅射法，形成由二氧化硅构成的绝缘体层4b。接着，如图6G所示，对绝缘体层4b进行刻蚀，直到露出钛层20的界面地进行平坦化。
接着，如图6H所示，用RF溅射法，连续形成钛和铂的膜。进一步，通过光刻，使温度传感器形成区域和湿度传感器形成区域中的电极与各个下部电极3相同大小或大致约小到10μm那样地，使该铂/钛层形成图案，形成上部电极2。然后，将该环境传感器21放入内径4mm、外径5mm的不锈钢管内用环氧树脂固定，完成本实施方式中的环境传感器。这里，也可以在温度传感器形成区域中的上部电极2上，设置用于高效率地汇集红外线并控制测定的视野角的图5A所示的红外线透过材料6等的光学系统。又，也可以在湿度传感器形成区域中的上部电极2上，设置由金等的材料构成的红外线反射膜，除去温度影响。
其次，与第1实施方式相同用图3所示构成的实验装置，进行图5所示的环境传感器21的特性评价。评价方法也与第1实施方式相同，与已有传感器进行比较。
首先，在图3中，置换第1实施方式中的环境传感器11配置环境传感器21。作为特性测定方法，首先，使试料容器32内具有与低湿容器35相同的环境，接着，通过流路切换器33将试料容器32内的气氛切换到高湿容器34的环境。而且，使流路切换器33进行工作经过20ms后开始用环境传感器21和已有的温度传感器17、已有的湿度传感器18进行测定。此外，将低湿容器35内控制在温度20℃、湿度5％RH，将高湿容器34内控制在温度20℃、湿度85％RH。又，在本实施方式中，作为已有温度传感器17也用水银温度计，作为已有湿度传感器18也用北陆电技术公司制的HS-05型传感器。
关于温度的测定，由环境传感器21得到的测定结果和由已有温度传感器17得到的测定结果都是大致相同的观测结果。
又，湿度的测定结果如图7所示。图7是用本实施方式中的环境传感器和已有的湿度传感器测定的相对湿度中的特性图。
如从图7可以看到的那样，用本实施方式中的环境传感器21，相对湿度变化量在50ms后约为70％，在100ms后约为80％，在4s后约为90％。另一方面，用已有的湿度传感器18，得到相对湿度变化量达到约90％，需要约3.5分钟的时间的结果。这样，与第1实施方式中的环境传感器11相同，能够确认本实施方式中的环境传感器21与已有传感器比较具有高速应答性。
(第3实施方式)本发明的第3实施方式涉及具有与本发明有关的环境传感器而构成的环境测定装置。
图8是本发明第3实施方式中的环境测定装置的方框构成图。
该环境测定装置7形成具有测定温度和湿度的与本发明有关的环境传感器11、检测从环境传感器11输出的电信号并进行处理的信号检测处理电路12、具有将来自信号检测处理电路12的信号发送到外部控制装置8，和相反地具有将来自外部控制装置8的指示传达给信号检测处理电路12的功能的发送接收电路13的构成。
这里，信号检测处理电路12测定环境传感器11中的电极的电阻和电流、电极间的电容、电阻和电压。又，该电路构成，如果是能够检测上述电特性并进行处理的构成，则也可以是任何构成。又，作为发送接收电路13中的发送接收方法，可以是任意频率上的无线通信，例如光通信、微波通信、毫米波通信等。选择的频率和通信部件最好采用与用途相应的最佳的频率和部件。
又，除了信号检测处理电路12和发送接收电路13以外，如果需要的话，也可以设置不同用途的微处理器等的控制装置和存储器，这是不言而喻的。虽然图8中没有记载但是也可以内藏再充电电池和燃料电池、太阳能电池等的电源或者通过从外部进行微波照射供给电力的部件。进一步，也可以具有用于特定环境测定装置8自身的场所的部件，例如GPS等的功能的部件。
下面，我们表示用本实施方式中的环境测定装置8，测定温度和湿度的结果。
图9是图8所示的环境测定装置8的概略构成图。
该环境测定装置8形成具有环境传感器11、信号检测处理电路12、发送接收电路13、用于与外部控制装置通信的天线14、电源15和收藏它们的容器16的构成。作为电源15使用锂离子再充电电池，在从外部供给电力困难的地方也能够使用该电池。
作为环境传感器11的详细构造，最好是图1和图2所示的代表性的构造。这里，用图1所示的环境传感器。又，构成环境传感器的金属氧化物层1是将(Ba、Sr)TiO3作为材料构成的。温度检测单元111的表面积是直径为5mm的圆形，湿度检测单元112中的电极全长为1mm，宽度为200μm，膜厚为10μm。又，令其它部分的电极宽度为500μm。又，令温度检测单元111和湿度检测单元112的间隔为2mm。
如果能够检测流过环境传感器中的上部电极2和下部电极3的电流值，这些电极间的电压和电阻值，则信号检测处理电路12可以是任何电路。又，如果能够与外部控制装置无线连接，则对发送接收电路13没有限制。在本例中发送接收348～349MHz区域的电波。为此天线14用球形天线，能够发送接收信号的最大距离约为10m。将11～15所示的各构成要素收藏在铝制的容器16中。该容器16是外形为10cm、高度为15cm的圆筒形，在其内部充填绝对水分量为20g/m3的空气。
用该环境测定装置7，在位于户外地上1m处的气象观测用的百叶箱中东侧50cm的地方，连续地经过8小时测定温度和湿度。作为测定方法，按照来自屋内的个人计算机的指示，将测定开始时间、测定结束时间、测定间隔等作为信号发送给环境测定装置7的发送接收电路13，每经过30分钟将测定结果取入到个人计算机。结果，用百叶箱的测定和用本实施方式中的环境测定装置7的测定，温度只有±1℃，湿度只有±3％RH的误差。
(第4实施方式)本发明的第4实施方式涉及用与本发明有关的环境测定装置测定温度和湿度的环境测定系统。
图10是表示本发明的第4实施方式中的环境测定系统的概念图。
这里，我们说明例如当从空调机那样的送风机9，将控制温度和湿度的空气送风到具有任意体积的空间10时，测定该空间内的温度和湿度分布的情形。
在图5中，送风机9，为了任意变化温度、湿度，具备加热器、冷却器、水容器、送风扇、流量控制器等。将从送风机9送出的气流送到图中X所示的箭头之间，能够任意地控制它的方向和发散角度。空间10是纵5m、横9m、高5m的长方体。
将环境测定装置7随机地配置在该空间10的地板上。但是，在图10所示的A～G的环境测定装置中，将A配置在离送风机9垂直方向中1m的距离上，进一步以1m的间隔配置B～G。无作为地配置除此以外的环境测定装置。当然，也可以随机地配置全部环境测定装置。又，外部控制装置8通过通常的电配线与送风机9连接，通过无线通信与环境测定装置7连接。
环境测定装置7例如形成图8所示的构成，但是具有测定温度和湿度的环境传感器11、检测处理来自环境传感器11的信号的信号检测处理电路12、与外部控制装置8进行信号传送的发送接收电路13、天线14、电源15和收藏它们的容器16。天线14是当进行微波等的通常电磁波通信时使用的天线，当使用光通信时是不需要的。环境传感器11代表性地使用图1和图2所示的构造。电源15也可以是以锂离子电池等为代表的各种充电电池、燃料电池、太阳能电池或者从外部照射微波等的电磁波的部件。
在图10中，环境测定装置7和外部控制装置8直接通过无线进行信号传送，但是也可以在途中设置中继装置，这是不言而喻的。又，关于信号检测处理电路12、发送接收电路13和天线14，最好根据用途决定它们的工作方式。
在图10所示的环境测定系统中，用各环境测定装置7中观测从送风机9送来的气流如何流过空间10内。这时，用外部控制装置8控制送风条件和观测条件。除了A～G外随机地配置各环境测定装置7，但是用外部控制装置8决定它们的相对位置和绝对位置。该位置决定方法也可以是任何方法，但是既可以将光学照相机、超声波照相机等设置在各环境测定装置7和空间10内，也可以将测定位置用的照相机设置在空间10的壁上。如果是在户外则也可以利用人造卫星的GPS功能。
根据来自外部控制装置8的指示，从送风机9在任意条件下送出控制温度和湿度的气流，用环境测定装置7测定在预定时间后的空间内的温度、湿度。而且，用外部控制装置8收集测定的结果，进行合计等处理。因此，例如，能够通过来自送风机9的送风，调查空间10内的温度湿度如何变化。即，在图10所示的例子中，控制温度和湿度的空间10是椭圆形状，并且能够观测为了当送风时间变长时该椭圆的长轴徐徐变长，而控制温度和湿度的空间变大的状态。
下面，表示在本实施形态的环境测定系统中，进行温度和湿度测定的结果。
在图10所示的环境测定系统中，环境测定装置7和外部控制装置8是必需的构成要素。在本例中，令成为测定对象的空间10为面积1500m2、高度10m的空间。最好在任意地方设置任意数目的环境测定装置7，但是在测定中用36个测定装置，从送风机9的正面等间隔(6m间隔)地设置与图中A～G相当的环境测定装置。从送风机9送风的控制了温度和湿度的空气以最大5m3/分的风量进行送风。又，从送风机9送风的空气从在离地板高度3m处的纵50cm、横2m的送风口以发散角20°沿图中的箭头X的方向被送出。又，作为外部控制装置8，这里用个人计算机。
在这种环境测定系统中，首先，在停止送风机9的状态中用个人计算机8收集来自各环境测定装置7的信息。此后，从送风机9以3m3/分的风量送入温度25℃、湿度90％RH的空气。而且，用各环境测定装置7测定温度和湿度，观测在空间10内的温度和湿度的变化。
例如，在环境测定装置A中，送风前温度为19.7℃、湿度为40％RH，但是送风开始后，经过1分钟后温度为21℃、湿度为60％RH。又，在环境测定装置D中，温度为20.9℃、湿度为48％RH。但是送风开始后，经过10分钟后，在环境测定装置A中，温度为23℃、湿度为70％RH，在环境测定装置F中，温度为21.3℃、湿度为55％RH。进一步，通过由个人计算机在任意时间读出各环境测定装置的信息，能够调查图10的椭圆所示的那种空间内的温度、湿度的分布和特定场所的随时间的变化。
本发明能够应用于由多个器件构成的系统，或包含单个器件的设备。进一步，本发明也可以应用于通过在系统或设备中加入程序而达到本发明目的的情形。
因为能够形成本发明的许多明显地广泛不同的实施方式而没有偏离本发明的精神和范围，所以我们应该懂得本发明不限定于上述具体的实施方式，除了所附的权利要求书中定义的以外。
权利要求
1.一种环境传感器(11)，包含感温材料由金属氧化物构成的温度传感器(111)和利用电特性变化而测定周围湿度的湿度传感器(112)，其特征在于上述温度传感器(111)中的一对电极(2、3)中的至少一方与上述湿度传感器(112)中的电极(2、3)构成一体。
2.根据权利要求1所述的环境传感器，其特征在于上述金属氧化物是强电介质或热电体。
3.根据权利要求1或2所述的环境传感器，其特征在于上述金属氧化物具有钙钛矿型构造。
4.根据权利要求1到3中任何一项所述的环境传感器，其特征在于上述温度传感器(111)和上述湿度传感器(112)形成在同一块基片(5)上，除去上述基片(5)中的上述温度传感器(111)的一部分形成区域和上述湿度传感器(112)的一部分形成区域中的至少一方。
5.一种环境传感器(11)，包含测定温度的温度传感器(111)和测定湿度的湿度传感器(112)，其特征在于上述温度传感器(111)和上述湿度传感器(112)是作为由包含下部电极(3)、在上述下部电极(3)上形成的金属氧化物层(1)和在上述金属氧化物层(1)上形成的上部电极(2)的多层构造组成的1对层积体而形成在同一块基片(5)上；上述温度传感器(111)的上述下部电极(3)和上述湿度传感器(112)的上述下部电极(3)是共同的，并且，上述温度传感器(111)的上述上部电极(2)和上述湿度传感器(112)的上述上部电极(2)也是共同的。
6.根据权利要求5所述的环境传感器，其特征在于在上述层积体的至少面对测定气氛的上述上部电极(2)中，上述温度传感器(111)中的该上部电极(2)覆盖上述金属氧化物层(1)的整个上面，上述湿度传感器(112)中的该上部电极(2)部分地覆盖上述金属氧化物层(1)。
7.根据权利要求5或6所述的环境传感器，其特征在于至少上述温度传感器(111)中的上述金属氧化物层(1)包含强电介质或热电体。
8.根据权利要求5到7中任何一项所述的环境传感器，其特征在于上述金属氧化物具有钙钛矿型构造。
9.根据权利要求5到8中任何一项所述的环境传感器，其特征在于除去上述基片(5)中的上述温度传感器(111)的一部分形成区域和上述湿度传感器(112)的一部分形成区域中的至少一方。
10.一种测定环境的装置(7)，其特征在于包含具有检测温度的感温材料由金属氧化物构成的温度传感器(111)、以及测定湿度的干湿材料由导电体构成的湿度传感器(112)，且上述导电体具有上述温度传感器(111)中的电极和信号配线中的至少一方的功能的环境传感器；检测并处理来自上述环境传感器的输出信号的信号检测处理单元(12)；和将从上述信号检测处理单元(12)输出的处理结果以无线方式发送到外部装置(8)的发送单元(13)。
11.一种测定环境的装置(7)，其特征在于包含具有测定温度的温度传感器(111)、以及测定湿度的湿度传感器(112)，且上述温度传感器(111)和上述湿度传感器(112)是作为由包含下部电极(3)、在上述下部电极(3)上形成的金属氧化物层(1)和在上述金属氧化物层(1)上形成的上部电极(2)的多层构造组成的1对层积体而形成在同一块基片(5)上，且串联地连接上述1对层积体的环境传感器；检测并处理来自上述环境传感器的输出信号的信号检测处理单元(12)；和将从上述信号检测处理单元(12)输出的处理结果以无线的方式发送到外部装置(8)的发送单元(13)。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于上述信号检测处理单元(12)具有测定上述下部电极和上述上部电极中的至少一方的电极的电特性的第1信号检测器、测定上述下部电极和上述上部电极的电极间的电特性的第2信号检测器，并处理来自上述第1信号检测器和上述第2信号检测器的信号。
13.一种环境测定系统，其特征在于包含分别配置在任意空间内的任意位置上的一个或一个以上的根据权利要求10到12中任何一项所述的环境测定装置；和收集来自上述环境测定装置的测定结果并进行预定处理，测定上述空间内的温度和湿度的分布以及它们随时间的变化的单元(8)。
全文摘要
本发明涉及用于测定温度和湿度的环境传感器(11)，其能够实现其小型化和高速应答的技术。包含感温材料(1)由金属氧化物构成的温度检测单元(111)和在与温度检测单元(111)同一块基片上形成的、利用电特性变化测定周围湿度的湿度检测单元(112)，在温度传感器(111)中的一对电极(2、3)中的至少一方与湿度传感器(112)中的电极成为一体。
文档编号G01J5/34GK1576801SQ20041006355
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月9日 优先权日2003年7月10日
发明者金子典夫 申请人:佳能株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
