一种高原氧气检测用传感器及检测方法技术

本发明专利技术公开了一种高原氧气检测用传感器及检测方法，传感器包括氧气检测模块、主控制器、温度控制电路、信号采样电路、工作电压调制电路、大气压力采集电路；氧气检测模块用于输出表征被测高原区域气体的电流信号；信号采样电路对氧气检测模块输出的电流信号进行处理并将其转换成电压信号；大气压力采集电路输出表征被测高原区域大气压力的电压信号；主控制器根据信号采样电路输出的电压信号，计算得到氧气浓度和氧分压，并利用大气压力采集电路输出的电压信号对计算的氧气浓度和氧分压进行压力补偿。本发明专利技术利用智能控制和处理技术，能够将氧气检测芯片输出的信号转换为氧气浓度直接输出，并提高了测量的准确性和可靠性。并提高了测量的准确性和可靠性。并提高了测量的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种高原氧气检测用传感器及检测方法


[0001]本专利技术属于氧气检测
，具体涉及一种高原氧气检测用传感器及检测方法。

技术介绍

[0002]高原是一个特殊的环境，大气物理、地球化学、生态结构均与平原、丘陵等不同，居住在高原地区所面临的最大问题就是缺氧。随着海拔的增加，空气中的氧分压下降，低海拔地区的人进入高原后会表现出极大的不适应并引发高原反应，对人们的正常生产和生活造成极大的影响，针对高原地区的氧气检测设备的研发刻不容缓。虽然可以通过室内环境富氧，减少高原低氧环境对身体的损害，提高体力劳动和脑力劳动的效率，室内富氧虽然可以提高氧分压，但氧气体积分数的增加可能带来火灾的风险，所以高原安全供氧，就必须使用氧气浓度/分压检测氧传感器来完成。
[0003]随着智能技术的发展，系统集成已经应用于自动控制的各个领域，传感器犹如系统的神经末梢，感知环境中的物理或化学量的变化。市场上现有氧气浓度传感器，由于传感器本身的缺陷或电路以及软件设计的不足，目前只能在正常低海拔地区应用。由于在高海拔地区大气的压力和空气密度发生了明显的变化，导致基于目前技术的氧浓度传感器在高原地区无法适用。
[0004]目前市场上可以适用于高原地区的氧气浓度检测设备，主要有电化学类传感器和荧光传感器。电化学传感器受温度和压力的影响较大，且在氧气检测过程中的消耗比较大，部分电化学传感器甚至在高浓度被测气体中还会出现中毒现象，暂时或永久失效；荧光传感器是利用光学氧原理进行氧浓度检测，测试过程中不消耗待测氧气，但是此类传感器由于价格过高、使用起来也不够便利。
[0005]而且现有的适用于高原地区的氧气浓度检测设备其输出不是直接氧浓度数据，还需用户自己额外搭建电路转换，没法大批量的在各个领域广泛应用。

技术实现思路

[0006]现有基于智能技术的氧浓度传感器无法适用于高原地区这种高海拔应用场景，且现有高原地区氧气浓度检测设备存在局限，例如电化学类传感器受温度和压力影响大，且在氧气检测过程中消耗比较大，甚至引起安全问题；或者价格过高；且还需额外搭建转换电路等问题，基于此，本专利技术提供了一种高原氧气检测用传感器及检测方法。本专利技术通过设置一种用于高原氧气检测的专用传感器结构，其结构简单、测量精度高、使用安全且通用性强。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种高原氧气检测用传感器，包括：氧气检测模块、主控制器、温度控制电路、信号采样电路、工作电压调制电路、大气压力采集电路；
[0009]其中，所述氧气检测模块用于输出表征被测高原区域氧气浓度的电流信号；
[0010]所述温度控制电路根据传感器所处环境温度动态调整所述氧气检测模块的加热电压使其在正常温度场中工作，所述工作电压调制电路根据传感器所处工作环境动态调整所述氧气检测模块输出端的工作电压；
[0011]所述信号采样电路对所述氧气检测模块输出的电流信号进行处理并将其转换成电压信号；
[0012]所述大气压力采集电路输出表征被测高原区域大气压力的电压信号；
[0013]所述主控制器根据所述信号采样电路输出的电压信号，计算得到氧气浓度和氧分压，并利用所述大气压力采集电路输出的电压信号表征的大气压力值对计算的氧气浓度和氧分压进行压力补偿。
[0014]本专利技术利用智能控制和处理技术，能够将氧气检测芯片输出的信号转换为氧气浓度直接输出，同时本专利技术还根据传感器所处工作环境，对其工作电压进行调整，确保传感器在不同的应用环境均能稳定、准确的输出测量信号，本专利技术还对氧气浓度进行压力补偿，使得传感器适用于不同大气压力环境下，保证了测量的准确性和可靠性。
[0015]作为优选实施方式，本专利技术的工作电压调制电路利用运算放大器，产生连续可调的负电压，实现所述氧气检测模块输出端的偏置电压动态调整。
[0016]作为优选实施方式，本专利技术的信号采样电路采用由电阻和运算放大器构成的采样电路对所述氧气检测模块输出的电流信号进行电流电压转换，并利用滤波电容进行滤波处理，最后通过模数转换接口将转换后的电压信号数字化，用于后续的计算处理。
[0017]作为优选实施方式，本专利技术的温度控制电路利用所述主控制器输出的可调模拟电压信号动态调节输出电压。
[0018]作为优选实施方式，本专利技术的温度控制电路还通过调节输出电压，使得该温度控制电路在刚开始时输出很低的电压，消除所述氧气检测模块在开机时的负载过冲，降低电源功率。
[0019]作为优选实施方式，本专利技术的压力补偿计算公式为：
[0020]O
2_DIS
＝O
2_GET
*K
[0021]式中，O
2_GET
为补偿前的氧气浓度，O
2_DIS
为补偿后的氧气浓度，K为补偿系数，该补偿系数与当前大气压力相关。
[0022]作为优选实施方式，本专利技术的补偿系数通过对当前大气压力数据进行线性拟合得到。
[0023]作为优选实施方式，本专利技术的氧气检测模块包括氧检测芯片和保护外壳，所述氧检测芯片位于所述保护外壳内部；
[0024]所述主控制器采用单片机、FPGA或DSP。
[0025]作为优选实施方式，本专利技术的主控制器、信号采样电路、温度控制电路、工作电压调制电路、大气压力采集电路均集成在同一PCB电路板上。
[0026]另一方面，本专利技术提出了基于上述高原氧气检测用传感器的检测方法，包括：
[0027]在需要进行检测时，通过所述主控制器控制启动氧气检测模块开始检测；同时在氧气检测模块检测过程中，通过所述温度控制电路和工作电压调制电路对氧气检测模块的电压进行动态调整，保证传感器在不同工作环境以及不同换温度条件下，均能够稳定输出测量值；
[0028]氧气检测模块输出电流信号，并将其发送给信号采样电路进行放大、滤波以及电流电压信号转换，并将转换后的电压信号发送给主控制器；
[0029]主控制器基于信号采样电路上传的电压信号计算得到混合气体中的氧气浓度和氧分压；并利用所述大气压力采集电路输出的电压信号对氧气浓度进行压力补偿。
[0030]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0031]本专利技术以微控制器智能控制技术为核心，能够直接实现氧气浓度测量和输出，无需设置额外的转换电路，且能够在不同工作环境、不同温度环境、不同大气压力环境下均能保持测量的稳定性和可靠性，提高了测量精度。
[0032]本专利技术的传感器由主控制器控制启动，在不通电的情况下不消耗，节约能源，且提高了使用寿命。
[0033]本专利技术通过利用大气压力采集电路测量环境大气压力，对氧气浓度进行压力补偿，使氧检测结果不受海拔影响，提高了测量精度和适用范围。
[0034]本专利技术结构简单、体积小，便于安装，且免维护，工程应用范围广。
附图说明
[0035]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高原氧气检测用传感器，其特征在于，包括：氧气检测模块、主控制器、温度控制电路、信号采样电路、工作电压调制电路、大气压力采集电路；其中，所述氧气检测模块用于输出表征被测高原区域氧气浓度的电流信号；所述温度控制电路根据传感器所处环境温度动态调整所述氧气检测模块的加热电压以使其在正常温度场中工作，所述工作电压调制电路根据传感器所处工作环境动态调整所述氧气检测模块输出端的工作电压；所述信号采样电路对所述氧气检测模块输出的电流信号进行处理并将其转换成电压信号；所述大气压力采集电路输出表征被测高原区域大气压力的电压信号；所述主控制器根据所述信号采样电路输出的电压信号，计算得到氧气浓度和氧分压，并利用所述大气压力采集电路输出的电压信号表征的大气压力值对计算的氧气浓度和氧分压进行压力补偿。2.根据权利要求1所述的一种高原氧气检测用传感器，其特征在于，所述工作电压调制电路利用运算放大器，产生连续可调的负电压，实现所述氧气检测模块输出端的偏置电压动态调整。3.根据权利要求1所述的一种高原氧气检测用传感器，其特征在于，所述信号采样电路采用由电阻和运算放大器构成的采样电路对所述氧气检测模块输出的电流信号进行电流电压转换，并利用滤波电容进行滤波处理，最后通过模数转换接口将转换后的电压信号数字化，用于后续的计算处理。4.根据权利要求1所述的一种高原氧气检测用传感器，其特征在于，所述温度控制电路利用所述主控制器输出的可调模拟电压信号动态调节输出电压。5.根据权利要求4所述的一种高原氧气检测用传感器，其特征在于，所述温度控制电路还通过调节输出电压，使得该温度控制电路在刚开始时输出很低的电压，消除所述氧气检测模块在开机时的负载过冲，降低电源功率。6.根据权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲友强，
申请(专利权)人：昶艾科技成都有限公司，
类型：发明
国别省市：