CN103292846A - 一种气体测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种气体测量装置，包括：气泵单元（20），用于为采集被测气体提供动力；一体化气路单元（16），其与所述气泵单元（20）相连通，用于引导和传输被测气体；气体信号检测单元（18），与所述一体化气路单元（16）相连通，用于检测被测气体并输出相应检测信号；第一电路板（11），设置有与一体化气路单元（16）相连通的流量测量及气路控制单元（22），用于测量被测气体的流量及控制气路；第二电路板（12），设置有信号处理主控单元（17），所述信号处理主控单元（17）连接于所述气体信号检测单元（18），用于对所述检测信号进行处理。实施本发明，可以减小气体测量装置的体积，增强测量装置的抗干扰能力。

Description

一种气体测量装置

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种结构紧凑的气体测量装置。

背景技术

基于红外辐射吸收技术的旁流式气体测量装置应用非常广泛，目前的气体测量装置的结构主要分为两类：一类是以PCB板为基础，各功能单元、芯片器件和气泵等部件均固定在该PCB板上，采用气管连接的方式形成气体测量装置的气路，但是本发明人发现，这种气体测量装置的气路管路链接复杂，占用空间大，抗干扰能力差；另外还存在一类气体测量装置，其采用了一体化气路，所谓一体化气路，指一种用于气体测量时引导气体走向的气路集成装置，由多条互相独立的气路组成。本发明人同样发现，虽然这一类气体测量装置较前一类气体测量装置的气路管路的链接变得简单，但同样存在测量装置结构设计不合理，装置体积庞大，缺少灵活性的不足之处。

发明内容

为了消除现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种气体测量装置，其具有体积小，抗干扰能力强的特点，从而提高模块的易用性的特点。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种气体测量装置，包括：

气泵单元，用于提供动力以采集被测气体；

一体化气路单元，其与所述气泵单元相连通，用于引导和传输被测气体；

气体信号检测单元，其与所述一体化气路单元相连通，用于检测被测气体并输出相应检测信号；

第一电路板，设置有与一体化气路单元相连通的流量测量及气路控制单元，用于测量被测气体的流量及控制气路；

第二电路板，设置有信号处理主控单元，所述信号处理主控单元连接于所述气体信号检测单元，用于对所述检测信号进行处理。

进一步的，所述第一电路板与所述一体化气路单元平行放置。

进一步的，所述第二电路板与所述一体化气路单元平行放置。

进一步的，所述第一电路板设置于所述一体化气路单元的一侧，所述气体信号检测单元、气泵单元、第二电路板设置于所述一体化气路单元的另一侧，所述气体信号检测单元位于所述一体化气路单元和第二电路板之间。

进一步的，所述第一电路板上设置的流量测量及气路控制单元包含有三通阀与压差传感器，所述三通阀和压差传感器的气路接口朝同一方向。

进一步的，在所述一体化气路单元的内部设置有多条气道，其中，每个一体化气路单元的气路接口与一条气道相连通；在所述一体化气路单元的另一侧面设置有用于和气泵单元连接的气泵单元接口以及用于和所述气体信号检测单元进行连接的气体信号检测单元接口；在所述一体化气路单元的另一侧面设置有三通阀接口以及压差传感器接口，所述三通阀接口与所述三通阀的气嘴相连接，所述压差传感器接口与所述压差传感器相连接。

进一步的，还包括相互固定的外盖和基座，所述一体化气路单元与所述第一电路板、第二电路板均竖直设置在所述基座上。

进一步的，所述第二电路板上设置第一柔性端和第二柔性端，所述第一柔性端用于和所述气体信号检测单元相连接，所述第二柔性端用于和所述流量测量与气路控制单元相连接。

进一步的，利用第一支架、第二支架将所述第二电路板竖直方向固定在所述基座上。

进一步的，所述外盖与所述基座包括导电结构，所述外盖与所述基座连接在一起形成屏蔽罩。

进一步的，在所述气体信号检测单元上设置有屏蔽壳体。

进一步的，所述流量测量及气路控制单元集成有流量测量电路、三通阀控制电路及气泵驱动控制电路。所述信号处理主控单元集成有模拟信号采集处理电路、CPU电路。

本发明实施例提供的一种气体测量装置，具有如下有益效果：

本发明气体测量装置中的各功能单元均设计成模块化的功能单元，并以板卡方式进行安装，各功能单元之间直接通过接口相连接，增加了各功能单元之间的紧凑性，减少了气体测量装置的体积；

外盖与基座形成了具体电磁屏蔽功能的壳体，可以有效增强本发明气体测量装置对外界干扰的屏蔽功能；另外，在气体信号检测单元通过增加独立的外壳屏蔽设计，进一步实现其对气体测量装置中其他电路和应用环境中电磁辐射的屏蔽；

信号处理主控单元采用设置了柔性端，增加了灵活性，并节省空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种气体测量装置的结构示意图；

图2为图1中一体化气路单元的结构示意图；

图3为图2中一体化气路单元从另一侧视角的结构示意图；

图4为图1中第一电路板的安装示意图；

图5为图1中第二电路板的安装示意图；

图6为本发明实施例一种气体测量装置的外形结构示意图；

图7是图6中从前盖一侧的正投影图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1所示，为本发明实施例一种气体测量装置的结构示意图，从中可以看出，本发明实施例的气体测量装置包括：

气泵单元20，用于提供动力以采集被测气体。

一体化气路单元16，其与所述气泵单元20相连通，用于引导和传输被测气体，控制被测气体的走向；

气体信号检测单元18，其与所述一体化气路单元16相连通，用于检测被测气体并输出相应检测信号；

第一电路板11，其上设置有与所述一体化气路单元16相连通的流量测量及气路控制单元22，用于测量被测气体的流量及控制气路；

第二电路板12，其上设置有信号处理主控单元17，用于对所述气体信号检测单元18输出的信号进行处理。

在本发明实施例中，上述各单元被设计为独立的模块化功能模块。其中，信号处理主控单元17集成有诸如模拟信号采集处理电路、电源电路、CPU电路，可实现数据处理和主控的功能；气体信号检测单元18集成有斩波电机、光源、检测气室和传感器电路等，可实现气体采样及检测的功能；流量测量及气路控制单元22集成有流量测量电路、三通阀控制电路及气泵控制电路等，可实现气体流量测量及气路控制的功能。

同时，根据上述各单元的功能，以独立的硬件功能板卡实现，在本实施例中具体体现为设置两块独立的电路板——第一电路板11和第二电路板12，模块化的流量测量及气路控制单元22设置在第一电路板11上，信号处理主控单元17设置在第二电路板12上。这种板卡实现方式，改进了现有技术中所有元件均设置在同一块电路板上导致占用空间大的缺陷，便于在机械结构上可以更灵活安装，也便于各功能单元的更灵活集成，进而达到气体测量装置整体结构紧凑的效果。

在排布方式上，第一电路板11与一体化气路单元16平行放置，一体化气路单元16上提供有固定装置（后文会详述），可以将流量测量与气路控制单元22固定在一体化气路单元16上，而一体化气路单元16一端卡持在固设在基座3后文会详述）上的卡持板21上，另一端固定在前盖4（后文会详述）上，当然，在其他的实施例中，一体化气路单元16也可以采用其他的方式（如螺栓连接）固定在基座3上。第一电路板11设置于一体化气路单元16的一侧，气体信号检测单元18、气泵单元20、第二电路板12设置于一体化气路单元16的另一侧，气体信号检测单元18位于一体化气路单元16和第二电路板12之间。本实施例的上述排布方式系根据气体信号测量的顺序，即气体由一体化气路单元16，经过三通阀37，再经气体信号检测单元18将浓度转换为电信号，由信号处理主控单元17对采集到的气体信号进行分析计算，通过外部电气接口2输出最终测量结果，同时通过流量检测与气路控制单元22检测流量，进而控制气泵单元20进行流量控制。该外部电气接口2除了包括用于输出前述测量结果的接口，还可以包括供电与通信的接口。

如图2所示，是图1中一体化气路单元16的结构示意图。从中可以看出，在一体化气路单元16的内部设置有多条气道28；具体地，在一个实施例中，该一体化气路单元16的主体部分可以包括第一气路基体27和第二气路基体29，在该第一气路基体27和第二气路基体29相对的一侧表面形成有多条气道28。在该第一气路基体27和第二基体29固定后，其中外部气路接口5、6、7、8、9、10分别与多条气道28中的一条相连通；可以理解的是，在其他的实施例中，一体化气路单元16的多条气道28也可以直接在单一的气路基体内部形成。为了便于操作，一体化气路单元16一端的外部气路接口5、6、7、8、9、10与信号处理主控单元17连接的电气接口2，最好设置在同一侧。在这种情况下，第二电路板12则将与一体化气路单元16平行放置。于是，一体化气路单元16、第一电路板11、第二电路板12均相互平行设置。

另外，在一体化气路单元16的一侧面（图4中第二气路基体29朝外一侧）上设置有用于和气泵单元20相连接的气泵单元接口23、24，以及用于和气体信号检测单元18相连接的气体信号检测单元接口25、26。所述气泵单元接口23、24和一体化气路单元16中的相应气道相连通。

一并参见图3所示，其是图2中一体化气路单元16从另一侧视角的结构示意图；其中，在一体化气路单元16的一侧面（图4中第一气路基体27的朝外一侧）上设置有三通阀接口30、31、32和压差传感器接口33、34，其中，三通阀接口用于通过气嘴和三通阀37相连接，压差传感器接口用于和压差传感器38相连接。另外，在具体的实施例中，还设置有用于固定流量测量与气路控制单元22的螺钉柱35、36，以及设置有用于固定三通阀37的螺钉柱45，通过螺钉可以将流量测量与气路控制单元22和三通阀37固定在一体化气路单元16上。当然，也可以通过其他安装方式将流量测量与气路控制单元22（包括其中的三通阀37）固定在一体化气路单元16上，比如插接、锁扣、粘接等其他可实现安装的所有方式。

如图4所示，是图1中第一电路板11的安装示意图。从中可以看出，第一电路板11上设置有三通阀37和差压传感器38，流量检测与气路控制单元22集成有与差压传感器38相配合的流量测量电路、用于控制三通阀37开闭的三通阀控制电路，其中，流量测量电路和三通阀控制电路在图中未示出。三通阀37和压力传感器38的气路接口朝同一方向，分别与一体化气路单元16上的三通阀接口30、31、32以及压力传感器接口33、34相连接。并通过数个螺钉与一体化气路单元16上的螺钉柱35、36、45相配合，将流量测量与气路控制单元22固定在一体化气路16上。为了提高连接的气密性，在一个实施例中，在三通阀37与三通阀接口之间设置有密封垫44；在压差传感器38与差传感器接口之间设置有密封垫44。应该明白，此处密封垫的设置是为了提高本气体测量装置的气密性，并非实现本发明的必要元件，在装置本身（不含密封垫）或者采用其他结构、方式满足气密性要求或者获得气密性提升的情况下，可以考虑不加入密封垫。

如图5所示，是图1中第二电路板12的安装示意图。从中可以看出，第二电路板12采用刚柔结合板的形式，其中，第二电路板12包含有第一柔性端39和第二柔性端40，第一柔性端39用于和气体信号检测单元18电气连接，第二柔性端40用于和流量测量与气路控制单元22电气连接。利用第一支架15及第二支架19通过螺钉呈竖直方向固定。另外，数字信号处理主控制单元17通过螺钉固定在第一支架15和第二支架19上。

请再参见图6和图7，其中，图6是本发明实施例提供的一种气体测量装置的外形结构示意图，图7是图6中从前盖一侧的正投影图；从中可以看出，本发明实施例的气体测量装置，还包括壳体，图1所示各功能单元及电路板均设置在壳体内。该壳体至少包括外盖1、基座3。本发明实施例外盖1包括顶板与位于四侧的侧板，其中有一侧板包含有一缺口，该缺口的形状与前述的前盖4形状相互匹配。该外盖1通过诸如螺钉结构与基座3固定在一起，从而形成容纳空间，用于收容各功能单元、电路板。与一体化气路16相固定的前盖4将外盖1侧板的缺口堵上，使得容纳空间更为封闭。当然，此处也可将前盖4与外盖1构成的整体视为一个完整的外盖。在其他的实施方式中，外盖与前盖也可以是一体结构，也就是图中所示外盖1的侧板上并没有缺口，而只是将外盖侧板上可用于固定一体化气路16的那部分视为“前盖”。在本发明中，外盖、基座配合形成容纳功能单元的壳体的具体方式，并非解决本发明技术问题的必要技术特征，本领域技术人员可以按照所面对的具体实际情况而灵活的设定壳体的具体组成形式。

基座3为图1所示的气体测量装置提供安装平面。具体的，一体化气路单元16与所述第一电路板11、第二电路板12均竖直（即垂直于基座3）设置在基座3上，这样减少了在水平面上占用的空间，使气体测量装置的结构更加紧凑。气体信号检测单元18、气泵单元20也固定在基座3上。用于固定信号处理主控单元17的第一支架15和第二支架19安装在基座3上，使信号处理主控单元17（包括其所在的第二电路板板12）呈竖直方向固定在基座3上。需要指出的是，前述电路板竖直设置在基座3上，也可以描述为电路板的用于安装各类元件的主平面与基座3的承载面垂直；而电路板的侧面（相对主平面而言面积要小）与基座3的承载面平行，且直接与基座3相接而使得电路板承载于基座3上。

该外盖1与基座3采用导电设计或者进行其他可以起到电磁屏蔽作用的处理，从而使外盖1、基座3组合在一起时形成屏蔽罩。例如，外盖1与基座3被设计为包含导电结构，在具体的实施例中，该基座3采用导电材料，该外盖1（包括前盖4）可以选用塑胶材料，并在内表面喷涂导电层，可以在所有内表面全部喷涂，也可以选择部分地进行喷涂，只要达到和基座3一起形成屏蔽效果即可。

需要说明的是，在气体信号检测单元18上可进一步设置独立的屏蔽壳体41（参见图4），以达到更好的屏蔽作用。

上述图1至图7示出了本发明提供的气体测量装置的一个实施例。在其他的一些实施例中，可以通过一些变形，同样可以达到本发明的功能。

例如，在其他的实施例中，流量测量部件（如，压差传感器38和三通阀37）与一体化气路单元16的连接方式，可以采用将一体化气路单元16和包含流量测量部件的板卡、三通阀37都固定在一个机械结构上实现二者与一体化气路的连接，或者也可以采用将流量测量部件和三通阀37固定在同一块板卡上后再与一体化气路单元16进行固定的方式。

同时，在流量测量电路的硬件板卡上设计固定装置（如螺钉柱），将一体化气路单元16直接固定在该硬件板卡上也可以实现二者之间的固定。

另外，在前述描述的实施例中，第一电路板11上集成有流量测量电路、三通阀控制电路及气泵控制电路功能；第二电路板12集成有诸如模拟信号采集处理电路、电源电路、CPU电路的功能；气体信号检测单元18集成有斩波电机、光源、检测气室和传感器电路等功能。在本发明其他的实施例中，当可存在其他的分配方式，需要注意的是，需要将集成有流量测量电路、三通阀控制电路、气泵驱动控制电路、模拟信号采集处理电路和CPU处理电路等的功能单元分别设在至少在两块及以上的硬件板卡上，以减小板卡的面积。

实施本发明，具有如下优点：

本发明气体测量装置中的各功能单元均设计成模块化的功能单元，并以板卡方式进行安装，相互平行、竖直放置；各功能单元之间直接通过接口相连接，增加了各功能单元之间的紧凑性，减少了气体测量装置的体积；

外盖与基座形成了具体电磁屏蔽功能的壳体，可以有效增强本发明气体测量装置对外界干扰的屏蔽功能；另外，在气体信号检测单元通过增加独立的外壳屏蔽设计，进一步实现其对气体测量装置中其他电路和应用环境中电磁辐射的屏蔽；

特别地，将集成有流量测量电路、三通阀控制电路、气泵驱动控制电路、模拟信号采集处理电路和CPU处理电路等的功能单元分别设在至少在两块及以上的硬件板卡上，可有效减小板卡的面积，节省空间；

信号处理主控单元采用刚柔结合板的形式，增加了灵活性，并节省空间。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种气体测量装置，其特征在于，包括：

气泵单元（20），用于为采集被测气体提供动力；

一体化气路单元（16），其与所述气泵单元（20）相连通，用于引导和传输被测气体；

气体信号检测单元（18），其与所述一体化气路单元（16）相连通，用于检测被测气体并输出相应检测信号；

第一电路板（11），设置有与一体化气路单元（16）相连通的流量测量及气路控制单元（22），用于测量被测气体的流量及控制气路； 

第二电路板（12），设置有信号处理主控单元（17），所述信号处理主控单元（17）连接于所述气体信号检测单元（18），用于对所述检测信号进行处理。

2. 如权利要1所述的气体测量装置，其特征在于，所述第一电路板（11）与所述一体化气路单元（16）平行放置。

3. 如权利要2所述的气体测量装置，其特征在于，所述第二电路板（12）与所述一体化气路单元（16）平行放置。

4. 如权利要1所述的气体测量装置，其特征在于，所述第一电路板（11）设置于所述一体化气路单元（16）的一侧，所述气体信号检测单元（18）、气泵单元（20）、第二电路板（12）设置于所述一体化气路单元（16）的另一侧，所述气体信号检测单元（18）位于所述一体化气路单元（16）和第二电路板（12）之间。

5. 如权利要求1所述的气体测量装置，其特征在于，所述第一电路板（11）上设置的流量测量及气路控制单元（22）包含有三通阀（37）与压差传感器（38），所述三通阀（37）和压差传感器（38）的气路接口朝同一方向。

6. 如权利要求5所述的气体测量装置，其特征在于，在所述一体化气路单元（16）的内部设置有多条气道（28），其中，每个一体化气路单元（16）的气路接口与一条气道相连通；在所述一体化气路单元（16）的另一侧面设置有用于和气泵单元（20）连接的气泵单元接口（23、24）以及用于和所述气体信号检测单元（18）进行连接的气体信号检测单元接口（25、26）；在所述一体化气路单元的另一侧面设置有三通阀接口（30、31、32）以及压差传感器接口（33、34），所述三通阀接口（30、31、32）与所述三通阀（37）的气嘴相连接，所述压差传感器接口（33、34）与所述压差传感器（38）相连接。

7. 如权利要求1~6任一项所述的气体测量装置，其特征在于，还包括外盖（1）和基座（3），所述一体化气路单元（16）与所述第一电路板（11）、第二电路板（12）均竖直设置在所述基座（3）上，所述外盖（1）与所述基座（3）相互固定。

8. 如权利要求7所述的气体测量装置，其特征在于，所述第二电路板（12）上设置第一柔性端（39）和第二柔性端（40），所述第一柔性端（39）用于和所述气体信号检测单元（18）相连接，所述第二柔性端（40）用于和所述流量测量与气路控制单元（22）相连接。

9. 如权利要求8所述的气体测量装置，其特征在于，利用第一支架（15）、第二支架（19）将所述第二电路板（12）呈竖直方向固定在所述基座（3）上。

10. 如权利要求9所述的气体测量装置，其特征在于，所述外盖（1）与所述基座（3）包含导电结构，所述外盖（1）与所述基座（3）连接在一起形成屏蔽罩。

11. 如权利要求1所述的气体测量装置，其特征在于，在所述气体信号检测单元（18）上设置有屏蔽壳体。

12. 如权利要求1所述的气体测量装置，其特征在于，所述流量测量及气路控制单元（22）集成有流量测量电路、三通阀控制电路及气泵驱动控制电路，所述信号处理主控单元（17）集成有模拟信号采集处理电路、CPU电路。

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