一种智能型一氧化碳传感器及检测方法技术

本发明专利技术涉及一种智能型一氧化碳传感器及检测方法，属于煤矿用传感器领域。该传感器包括一氧化碳元件和模组主板；模组主板包括微处理器、信号处理电路、电压转换单元、温度测量电路和传输电路。信号处理电路将一氧化碳元件输出的电流信号转换为电压信号，并输入到微处理器，计算得出初始一氧化碳浓度值；所述温度测量电路输出电压信号，并输入到微处理器，计算得出温度值；微处理器根据算法计算得出一氧化碳的实际浓度。本发明专利技术降低了设备元件更换维护成本，从而降低用户使用成本；提高矿用一氧化碳传感器的环境适应性、工作稳定性和可靠性。工作稳定性和可靠性。工作稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种智能型一氧化碳传感器及检测方法


[0001]本专利技术属于煤矿用传感器领域，涉及一种智能型一氧化碳传感器及检测方法。

技术介绍

[0002]目前煤矿一氧化碳传感器大多采用电化学原理进行一氧化碳气体浓度的检测，其工作原理尚未实现1ppm分辨率条件下的小型化、智能化、低成本设计。电化学一氧化碳元件内部具有电解液和两个以上的电极，当有一氧化碳气体时，便产生氧化还原反应，从而产生信号电流，信号电流与一氧化碳的浓度成线性关系。
[0003]现有的一氧化碳元件模组大多由一氧化碳元件和信号处理电路组成，将一氧化碳元件的电流信号转换为对应的电压信号，输出到主板进行A/D采样，计算一氧化碳浓度。
[0004]煤矿井下存在着大量变频设备及开关控制设备，煤矿井下电磁环境复杂。近几年随着安全监控系统升级改造的实施，对于传感器模块化设计和自诊断功能的要求越来越高，而由一氧化碳元件和信号处理电路组成的一氧化碳元件组件缺乏自诊断功能，抗干扰能力弱，并且兼容性差，因为每个一氧化碳元件的灵敏度不同，每次更换一氧化碳传感器组件必须进行二次标校才能准确检测，不符合智能化传感器的应用需求。
[0005]因此，亟需一种能智能标校的一氧化碳传感器来解决上述问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种智能型一氧化碳传感器及检测方法，解决现有一氧化碳传感器模组缺乏智能处理单元、抗干扰能力弱、模块化程度低、温度补偿元件设计不合理、缺乏自诊断、兼容性差的问题，同时降低设备元件更换维护成本，从而降低用户使用成本；提高矿用一氧化碳传感器的环境适应性、工作稳定性和可靠性。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种智能型一氧化碳传感器，包括一氧化碳元件3和模组主板8；所述模组主板8包括微处理器、信号处理电路、电压转换单元、温度测量电路和传输电路。
[0009]所述信号处理电路将一氧化碳元件3输出的电流信号转换为电压信号，并输入到微处理器的A/D转换采样引脚，计算得出初始一氧化碳浓度值N
i
；所述温度测量电路输出电压信号，并输入到微处理器的另一路A/D转换采样引脚，计算得出温度值T
i
；所述微处理器根据算法计算得出一氧化碳的实际浓度D
i
。
[0010]进一步，该传感器的检测方法具体包括以下步骤：
[0011]S1：微处理器A/D模块采集信号处理电路输出的电压，得到A/D模块的转换输出值U
i
；
[0012]S2：在无一氧化碳的空气环境下，即N
i
＝0，微处理器A/D模块采集信号处理电路输出的电压，得到A/D模块的转换输出值U0；
[0013]S3：在存在一氧化碳的环境中，微处理器A/D模块采集信号处理电路输出的电压，得到A/D模块的转换输出值U
i
，计算被测环境中一氧化碳气体的初始浓度N
i
；
[0014]N
i
＝A0×
(U
i
‑
U0)+C0[0015]其中，A0、C0为传感器在25℃的实验室环境中通入500ppm的标准浓度一氧化碳气体测试得到的常量系数，与一氧化碳元件的检测灵敏度γ、微处理器A/D模块转换位数α、A/D转换参考电压U
ref
以及信号处理电路电流电压转换电阻的阻值R有关；
[0016]S4：微处理器A/D模块采集温度测量电路输出的电压值V
i
，计算被测环境的温度为T
i
，进而计算出T
i
温度下的一氧化碳气体浓度补偿系数β
i
；
[0017]β
i
＝A1×
T
i2
+B1×
T
i
+C1[0018]其中，A1、B1、C1为常量系数；
[0019]S5：计算被测环境中一氧化碳气体的实际浓度D
i
，D
i
＝N
i
/β
i
。
[0020]进一步，步骤S1中，微处理器的A/D模块采集信号处理电路输出的电压，得到A/D模块的转换输出值U
i
：
[0021]U
i
＝N
i
×
γ
×
R
×
(2
α
‑
1)/U
ref
+U0[0022]其中，γ表示一氧化碳元件的检测灵敏度，α表示微处理器A/D模块转换位数，R表示信号处理电路电流电压转换电阻的阻值，U
ref
表示A/D模块转换参考电压。
[0023]进一步，步骤S4中，常量系数A1、B1、C1的计算方法为：在0～40℃范围内选取0℃、10℃、20℃、30℃、40℃五个不同的温度测试点T
i
，通入500ppm的标准浓度一氧化碳气体测试得到的不同初始浓度N
i
，由β
i
＝N
i
/500，得到不同浓度下的β
i
值，然后根据β
i
＝A1×
T
i2
+B1×
T
i
+C1，得出A1、B1、C1三个常量系数的最优解。
[0024]优选的，模组主板8上焊接有线束接口12，包括电源正极、电源负极和信号线、程序下载线，电源电压满足一氧化碳传感器模组的工作电压要求，信号线可以采用UART、SPI或I2C中的一种，程序下载线至少包含调试时钟和调试数据两根线。
[0025]优选的，模组主板8上设置有电极插针孔座10；所述一氧化碳元件3上设置有电极插针，电极插针插进电极插针孔座10。
[0026]优选的，温度测量电路中包含有热敏电阻9，作为温度测量敏感元件和一氧化碳元件3设置在同侧，并贴板焊接。
[0027]优选的，微处理器具有4MHz以上的内部晶振作为时钟源，同时具有12位及以上的A/D采样转换精度，128bytes以上的用户参数非易失存储空间，以及具有UART、SPI或I2C的数字通讯外设。
[0028]优选的，一氧化碳元件3电极插针至少为3根，包括工作电极(W)、对电极(C)和参比电极(R)。
[0029]优选的，该传感器还包括封装罩1和元件压盖5。其中，元件压盖5通过螺纹和封装罩1紧密连接，两者之间设置有密封圈4，同时有锁紧螺钉2保证元件压盖5和封装罩1螺纹连接可靠不松动。锁紧螺钉2用于控制元件压盖5和封装罩1能否相对旋转，将元件压盖5和封装罩1分开，可以取出一氧化碳元件3。元件压盖5上有具有防尘防水功能的防尘片6和固定防尘片6的孔用弹性挡圈7；
[0030]封装罩1与模组主板8形成的灌封腔11内浇注环氧树脂等阻燃浇封材料，凝固后与封装罩1形成一个不透水不透气的实体；
[0031]锁紧螺钉2用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能型一氧化碳传感器，其特征在于，该传感器包括一氧化碳元件(3)和模组主板(8)；所述模组主板(8)包括微处理器、信号处理电路、温度测量电路；所述信号处理电路将一氧化碳元件(3)输出的电流信号转换为电压信号，并输入到微处理器，计算得出初始一氧化碳浓度值N
i
；所述温度测量电路输出电压信号，并输入到微处理器，计算得出温度值T
i
；所述微处理器根据算法计算得出一氧化碳的实际浓度D
i
。2.根据权利要求1所述的智能型一氧化碳传感器，其特征在于，该传感器的检测方法具体包括以下步骤：S1：微处理器A/D模块采集信号处理电路输出的电压，得到A/D模块的转换输出值U
i
；S2：在无一氧化碳的空气环境下，即N
i
＝0，微处理器A/D模块采集信号处理电路输出的电压，得到A/D模块的转换输出值U0；S3：在存在一氧化碳的环境中，微处理器A/D模块采集信号处理电路输出的电压，得到A/D模块的转换输出值U
i
，计算被测环境中一氧化碳气体的初始浓度N
i
；N
i
＝A0×
(U
i
‑
U0)+C0其中，A0、C0为传感器在25℃的实验室环境中通入500ppm的标准浓度一氧化碳气体测试得到的常量系数；S4：微处理器A/D模块采集温度测量电路输出的电压值V
i
，计算被测环境的温度为T
i
，进而计算出T
i
温度下的一氧化碳气体浓度补偿系数β
i
；β
i
＝A1×
T
i2
+B1×
T
i
+C1其中，A1、B1、C1为常量系数；S5：计算被测环境中一氧化碳气体的实际浓度D
i
，D
i
＝N
i
/β
i
。3.根据权利要求2所述的智能型一氧化碳传感器，其特征在于，步骤S1中，微处理器的A/D模块采集信号处理电路输出的电压，得到A/D模块的转换输出值U
i
：U
i
＝N
i
×
γ
×
R
×
(2
α...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆川，孙世岭，李军，王尧，于庆，张远征，梁光清，周德胜，郭清华，李涛，柏思忠，吴科，于佃秋，黄海峰，张建锋，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：