【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器，涉及一种基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器及检测方法。
技术介绍
1、氧气传感器作为煤矿氧气气体浓度监测的重要仪器仪表，在监测火灾早期预警和灾害应急救灾方面发挥了重要的作用，是目前使用最成熟最广泛的火灾预警监测手段。经过十余年的发展，基于液态电解质的电化学氧气气体检测传感器分辨率高、检测范围广，是煤矿氧气传感器的主要技术原理。但是基于液态电解质的电化学敏感元件在化学反应过程中会产生水，随着工作时间的推移会促使元件内部体积增大，容易出现漏夜的现象，导致使用寿命大幅降低或工作失效，使氧气传感器工作不稳定，同时煤矿井下巷道风流压力的不规则变化也会导致氧气传感器监测数据不准确出现误报警。因此具有更好检测性能的荧光猝灭检测原理、激光检测原理及电荷泵检测原理成为了新一代氧气气体检测技术研究的方向。
2、目前工业检测领域已经设计出了荧光猝灭原理的氧气传感器，但是无法适应煤矿井下高粉尘、高湿度环境，不具备开发成矿用本质安全型仪表的基本技术条件；基于激光检测技术的氧气传感器，受制于激光器定制、光学结构设计、成本等因素，尚无具备应用价值的工程样机。目前各厂家氧气传感器均采用基于液态电解质的电化学氧气气体敏感元件检测环境氧气浓度，当环境中湿度较大时，敏感元件易吸水出现漏液，当环境中大气压强突变、温度突变时传感器检测值会随之变化并极易出现误报警情况，严重影响煤矿安全监测监控系统的有效性，影响煤矿安全生产。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于电荷
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供一种基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器，包括气体检测模组、主机模组，气体检测模组通过数据总线与主机模组实现实时数据交互；
4、所述气体检测模组用于采集环境参数和氧气参数，并将采集数据转换为数字量信号，通过数字总线传输到主机模组；
5、所述主机模组用于根据获取的环境参数和氧气参数数字量，实时运算获取环境状态下准确的氧气浓度信息。
6、进一步，所述气体检测模组包含氧气敏感元件、微处理器、氧气信号处理电路、大气压强信号处理电路、温度信号处理电路、不间断微功耗信号实时保持电路、自适应气体选择膜片及外壳；
7、所述自适应气体选择膜片用于过滤交叉气体组份；
8、所述氧气敏感元件和氧气信号处理电路用于配合检测氧气浓度；
9、所述大气压强信号处理电路用于检测大气压强；
10、所述温度信号处理电路用于检测环境温度；
11、所述微处理器用于控制各电路工作，采集氧气浓度ρ1、大气压强和环境温度数据，并转化为传感器机内可识别的原始数据类型，传输给主机模组微处理器；
12、所述不间断微功耗信号实时保持电路采用电池和外部供电自适应实时动态切换技术，使氧气信号处理电路保持低功耗不间断运行。
13、进一步，所述主机模组包含微处理器、显示电路、电压转换电路、通讯电路、气体模组通讯接口电路、遥控接收电路、声光报警控制电路；
14、所述微处理器用于根据采集的氧气浓度ρ1、大气压强和环境温度分别计算出温度影响因子δ，大气压强变化速率因子ν，大气压强影响因子θ；并根据温度影响因子δ，大气压强变化速率因子ν，大气压强影响因子θ，先根据大气压强变化速率因子ν，判断并更新氧气浓度处理值ρ2，然后根据温度影响因子δ和大气压强影响因子θ计算出氧气的真实浓度值ρ；
15、所述显示电路用于实时浓度显示及人机交互；
16、所述电压转换电路用于将外部输入电压转换为高精度低纹波的内部使用电路；
17、所述通讯电路用于将实时测量数据通过标准协议传输给上位机；
18、所述气体模组通讯接口电路用于连接气体模组，实时获取环境参数、氧气参数数字量信息；
19、所述遥控接收电路用于遥控信号的接收与处理；
20、所述声光报警控制电路用于实现检测值超限后的声光报警预警。
21、另一方面，本专利技术提供一种基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器的检测方法，包括以下步骤：
22、s1：采用自适应气体选择膜片过滤掉大部分交叉气体组份；
23、s2：实时采集过滤后的氧气浓度，以及大气压强、环境温度；
24、s3：计算温度影响因子δ，大气压强变化速率因子ν，大气压强影响因子θ；
25、s4：根据大气压强变化速率因子ν，采用氧气滤波函数计算氧气浓度处理值ρ2；
26、s5：根据温度影响因子δ和大气压强影响因子θ，计算当前环境下的氧气真实浓度值ρ。
27、进一步，所述温度影响因子δ通过以下方式计算：
28、δ＝t/k1
29、其中t为实际温度值，k1为常数值。
30、进一步，所述大气压强变化速率因子ν通过以下方式计算：
31、ν＝(p2–p1)/(s2–s1)
32、其中：p2为s2时刻对应的大气压强值，p1为s1时刻对应的大气压强值。
33、进一步，所述大气压强影响因子θ通过以下方式计算：
34、θ＝p/k2
35、其中：p为实际大气压力值，k2为常数值。
36、进一步，步骤s4中所述氧气浓度处理值ρ2根据以下条件判断，并根据大气压强变化速率因子ν由下列条件项计算得出：
37、(1)当0.95≤ν≤1.05时，ρ2＝ρ1；
38、(2)当ν>1.05时，设定一个时间常数t，经过ν*t时间长度后，更新数据ρ2＝ρ1；
39、(3)当ν<0.95时，设定一个时间常数t，经过t/ν时间长度后，更新数据ρ2＝ρ1；
40、其中ρ1为氧气浓度值采样值，ρ2为经过大气压强趋势判断后氧气浓度值。
41、进一步，步骤s5中所述氧气真实浓度值ρ由下式计算：
42、ρ＝ρ2+ρ2*δ+ρ2*θ
43、其中：ρ2为经过大气压强趋势判断后氧气浓度值，θ为大气压强影响因子，δ为温度影响因子。
44、本专利技术的有益效果在于：本专利技术在硬件和软件合理适配的基础上实现多维信息感知及预处理，可提高氧气传感器检测精度和氧气传感器的环境适应性。
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【技术保护点】
1.一种基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器，其特征在于：包括气体检测模组、主机模组，气体检测模组通过数据总线与主机模组实现实时数据交互；
2.根据权利要求1所述的基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器，其特征在于：所述气体检测模组包含氧气敏感元件、微处理器、氧气信号处理电路、大气压强信号处理电路、温度信号处理电路、不间断微功耗信号实时保持电路、自适应气体选择膜片及外壳；
3.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器，其特征在于：所述主机模组包含微处理器、显示电路、电压转换电路、通讯电路、气体模组通讯接口电路、遥控接收电路、声光报警控制电路；
4.一种基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器的检测方法，其特征在于：所述温度影响因子δ通过以下方式计算：
6.根据权利要求4所述的基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器的检测方法，其特征在于：所述大气压强变化速率因子ν通过以下方式计算：
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8.根据权利要求4所述的基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器的检测方法，其特征在于：步骤S4中所述氧气浓度处理值ρ2根据以下条件判断，并根据大气压强变化速率因子ν由下列条件项计算得出：
9.根据权利要求4所述的基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器的检测方法，其特征在于：步骤S5中所述氧气真实浓度值ρ由下式计算：
...【技术特征摘要】
1.一种基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器，其特征在于：包括气体检测模组、主机模组，气体检测模组通过数据总线与主机模组实现实时数据交互；
2.根据权利要求1所述的基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器，其特征在于：所述气体检测模组包含氧气敏感元件、微处理器、氧气信号处理电路、大气压强信号处理电路、温度信号处理电路、不间断微功耗信号实时保持电路、自适应气体选择膜片及外壳；
3.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器，其特征在于：所述主机模组包含微处理器、显示电路、电压转换电路、通讯电路、气体模组通讯接口电路、遥控接收电路、声光报警控制电路；
4.一种基于电荷泵电化学检测原理的氧气传感器的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张远征，赵庆川，王尧，梁光清，于庆，郭清华，周德胜，但强，万勇，孙世岭，宋连洪，周妮，于佃秋，
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：
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