CN103424465B - 智能pid传感器模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能PID传感器模块，其包括紫外灯室、紫外灯、离子化气室、离子检测器、温湿度传感器、紫外灯高压驱动电路、偏压电路、微处理器、存储器、电源电路﹑光敏电路、换气装置、模数转换电路、信号放大电路以及信号检测电路。本发明的智能PID传感器模块将微处理器、温湿度传感器、模数转换、高压驱动、偏压、信号检测等相应的电路整合到传感器模块中，并附以相应的固件和软件，从而使其具有独立的完整功能，任何用户只要配以相应的通信协议就可以使用；同时，本发明的智能PID传感器模块能够自我识别，自检测，自我调整工作模式，记录标定信息和测量数据，输出经过线性、温湿度补偿的数字化测量读数，极大的方便了用户的使用。

Description

智能PID传感器模块

技术领域

本发明涉及一种传感器，特别是涉及一种智能PID传感器模块。

背景技术

光离子化检测器（PhotoIonizationDetector，PID）传感器被广泛用于挥发性有机气体的检测。它与火焰离子化检测器（FlameIonizationdetector，FID）等的其它类型的传感器相比具有很多优势，例如低检测下限、高分辨率，以及方便被制造成便携式设备等。

现有技术中的PID传感器通常包括紫外灯、紫外灯激发电极、包含离子化气室的检测器壳体，以及离子检测电极。这样的传感器必须进一步配置其他设备才能够使用，其中要包括微处理器、存储器、模数转换以及高压驱动、偏压、放大器、检测等相应的电路，需要专业人员才能完成，并且信号还要进行专业的处理。

然而，大多数PID传感器的使用者并不擅长相关的电路设计或者不熟悉PID传感器的特性，从而导致PID传感器的使用非常不便。即便是有能力完成电路设计的使用者，例如打算将PID传感器安装到其产品中的仪器制造商，他们也必须再构建相应的硬件、固件，以及校正每个PID传感器的相关信息，例如零点、灵敏度、线性、交叉灵敏度、温湿度影响等等。由于传统的PID传感器是非智能的，或者智能化程度不够，本身没有相关的数据处理和信息存储功能，这使得PID传感器的使用不方便，并且造成整个检测系统更大更复杂。

公开号为WO2006/012777A1的专利申请中对传统的PID进行了改进，通过将PID部分通用电路包含在PID传感器中使得PID传感器的应用方便性有一定的提高。但是，上述改进后的PID传感器并未从根本上解决用户应用方便的问题，其没有将电源电路，换气装置以及光敏电路集成的PID传感器中，这些导致PID传感器的应用仍然依赖于外部设计；此外，其并未进行温湿度传感器以及光敏传感器的集成，故不能自身进行温度补偿，导致该传感器仍然不能即插即用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种智能PID传感器模块，其具有独立的完整功能，任何用户只要配以相应的通信协议就可以使用。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种智能PID传感器模块，包括紫外灯室、紫外灯、离子化气室、离子检测器，温湿度传感器、紫外灯高压驱动电路、偏压电路、微处理器、存储器、模数转换电路、电源电路﹑光敏电路、换气装置、信号放大电路以及信号检测电路；

其中，所述紫外灯设置在所述紫外灯室内部，所述紫外灯高压驱动电路与所述紫外灯室相连；

所述离子化气室与所述紫外灯室相连，所述被测气体设置在所述离子化气室内；

所述离子检测器包括检测电极和偏压电极，且设置在所述离子化气室内部；

所述偏压电路与所述偏压电极相连，所述偏压电路产生的直流偏压与所述检测电极形成一个直流电场；

所述检测电极、所述信号检测电路相连、所述信号检测电路、所述信号放大电路、所述模数转换电路和所述微处理器依次相连，用于将所述检测电极上产生的检测信号经过检测、放大、模数转换后传送至所述微处理器进行处理；

所述温湿度传感器位于所述离子化气室内部或进出气口处，用于检测被测气体的温度和湿度，并将结果传送到所述微处理器；

所述存储器与所述微处理器连接，用于储存参数。

根据上述的智能PID传感器模块，其中：所述紫外灯室包括灯壳、高压驱动电极和接地驱动电极，所述紫外灯设置在所述灯壳内，且位于所述高压驱动电极和所述接地驱动电极之间。

进一步地，根据上述的智能PID传感器模块，其中：所述紫外灯高压驱动电路与所述紫外灯室的高压驱动电极相连。

进一步地，根据上述的智能PID传感器模块，其中：所述离子化气室与所述灯壳相连。

根据上述的智能PID传感器模块，其中：所述存储器存储的参数包括线性补偿和温湿度补偿参数、传感器序列号、标定数据。

根据上述的智能PID传感器模块，其中：所述紫外灯高压驱动电路产生的交流高压的电压值为100～2000V，频率为1KHz～1GHz。

根据上述的智能PID传感器模块，其中：所述偏压电路能够产生10～200V的直流偏压。

根据上述的智能PID传感器模块，其中：还包括光敏电路，所述光敏电路设置在所述紫外灯室，并与所述微处理器连接，用于检测所述紫外灯是否点亮并将检测结果告知所述微处理器。

根据上述的智能PID传感器模块，其中：还包括换气装置，所述换气装置与所述微处理器连接，并设置在所述离子化气室内部或者离子化气室的进气口或出气口附近，用于加快离子化气室的气体交换。

根据上述的智能PID传感器模块，其中，还包括电源电路，用于为所述智能PID传感器模块的各用电组件供电。

如上所述，本发明的智能PID传感器模块，具有以下有益效果：

（1）本发明的智能PID传感器模块将微处理器、存储器、温湿度传感器，以及模数转换、高压驱动、偏压、放大器、信号检测、电源﹑光敏、换气等相应的电路整合到传感器模块中，并附以相应的固件和软件，使得PID传感器实现智能化；

（2）该智能PID传感器模块能够自我识别、自检测、自我调整工作模式、记录标定信息和测量数据，输出经过线性、温湿度补偿的数字化测量读数，并且具有友好的用户界面，极大的方便了用户的使用。

附图说明

图1显示为本发明的智能PID传感器模块的结构示意图。

元件标号说明

1紫外灯

2紫外灯室

3离子化气室

4紫外灯高压驱动电路

5偏压电路

6温湿度传感器

71检测电极

72偏压电极

8存储器

9信号检测电路

10信号放大电路

11模数转换电路

12微处理器

13光敏电路

14换气装置

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明的智能PID传感器模块，包括紫外灯室2、紫外灯1、离子化气室3、离子检测器、温湿度传感器6、紫外灯高压驱动电路4、偏压电路5、微处理器12、存储器8、模数转换电路11、信号放大电路10以及信号检测电路9，电源电路（图中未示出）﹑光敏电路13、换气装置14。

其中，紫外灯室2包括灯壳、高压驱动电极和接地驱动电极。紫外灯1设置在灯壳内，且位于高压驱动电极和接地驱动电极之间。紫外灯高压驱动电路4与紫外灯室2的高压驱动电极相连。紫外灯高压驱动电路4产生100～2000V，1KHz～1GHz的交流高压。在该交流高压下，紫外灯1内的稀薄气体电离成为等离子体状态，并通过紫外灯1的紫外透光窗口向离子化气室3发射紫外光。

离子化气室3与灯壳相连，且内部设置有离子检测器。离子检测器包括检测电极71和偏压电极72。偏压电极72与偏压电路5相连，偏压电路5可产生10～200V的直流偏压。该直流偏压与检测电极71形成一个直流电场。离子化气室3中的被测气体在紫外光照射下电离，产生正负离子，并在直流电场作用下发生移动，最终检测电极71上吸收了极性相反的离子并产生检测信号。

检测电极71、信号检测电路9、信号放大电路10、模数转换电路11和微处理器12依次相连。检测电极71上产生的检测信号由信号检测电路9检测后，再经过信号放大电路10放大后，然后输送到模数转换电路11，将模拟信号变成数字信号并传送至微处理器12。

温湿度传感器6位于离子化气室内部或进出气口处，用于检测被测气体的温度和湿度，并将结果传送到微处理器12。微处理器12根据不同温湿度下PID传感器输出的特征信号，对PID传感器的输出信号进行补偿，以使PID传感器的信号输出在不同的温湿度环境下保持高的精度和准确性，从而提高PID传感器的检测性能。

存储器8与微处理器12连接，用于储存非线性表﹑线性补偿和温湿度补偿参数、传感器序列号、标定数据﹑生产日期及与传感器相关的信息等。

微处理器12用于PID传感器模块的各项控制，运算和通信，并将其接收到的测量信号经过补偿运算和标定后，输出被测物浓度的读数等数据。

电源电路为本发明的智能PID传感器模块的相关模块提供所需的各种工作电压，以保证本发明的智能PID传感器模块的各用电组件的正常工作。

光敏电路13设置在紫外灯室2内部，并与微处理器12连接，用于检测紫外灯是否点亮并将检测结果告知微处理器12。

换气装置14与所述微处理器连接，并设置在所述离子化气室内部或者离子化气室的进气口或出气口附近，用于加快离子化气室的气体交换，提高PID传感器的响应时间。具体地，换气装置14可以采用风扇、气泵等等。

综上所述，本发明的智能PID传感器模块将微处理器、存储器、温湿度传感器，以及模数转换、高压驱动、偏压、电源电路﹑光敏电路、换气装置、信号放大、信号检测等相应的电路整合到传感器模块中，并附以相应的固件和软件，从而使其具有独立的完整功能，任何用户只要配以相应的通信协议就可以使用；同时，本发明的智能PID传感器模块能够自我识别，自检测，自我调整工作模式，记录标定信息和测量数据，输出经过线性、温湿度补偿的数字化测量读数，极大的方便了用户的使用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种智能PID传感器模块，包括紫外灯室、紫外灯、离子化气室、离子检测器，其特征在于，所述智能PID传感器模块还包括：温湿度传感器、紫外灯高压驱动电路、偏压电路、微处理器、存储器、模数转换电路、信号放大电路以及信号检测电路；

其中，所述紫外灯设置在所述紫外灯室内部，所述紫外灯高压驱动电路与所述紫外灯室相连；

所述离子化气室与所述紫外灯室相连，被测气体设置在所述离子化气室内；

所述离子检测器包括检测电极和偏压电极，且设置在所述离子化气室内部；

所述偏压电路与所述偏压电极相连，所述偏压电路产生的直流偏压与所述检测电极形成一个直流电场；

所述检测电极、所述信号检测电路相连、所述信号检测电路、所述信号放大电路、所述模数转换电路和所述微处理器依次相连，用于将所述检测电极上产生的检测信号经过检测、放大、模数转换后传送至所述微处理器进行处理；

所述温湿度传感器位于所述离子化气室内部或进出气口处，用于检测被测气体的温度和湿度，并将结果传送到所述微处理器；

所述存储器与所述微处理器连接，用于储存参数。

2.根据权利要求1所述的智能PID传感器模块，其特征在于：所述紫外灯室包括灯壳、高压驱动电极和接地驱动电极，所述紫外灯设置在所述灯壳内，且位于所述高压驱动电极和所述接地驱动电极之间。

3.根据权利要求2所述的智能PID传感器模块，其特征在于：所述紫外灯高压驱动电路与所述紫外灯室的高压驱动电极相连。

4.根据权利要求2所述的智能PID传感器模块，其特征在于：所述离子化气室与所述灯壳相连。

5.根据权利要求1所述的智能PID传感器模块，其特征在于：所述存储器存储的参数包括非线性表﹑线性补偿和温湿度补偿参数、传感器序列号、标定数据﹑生产日期及与传感器相关的信息。

6.根据权利要求1所述的智能PID传感器模块，其特征在于：所述紫外灯高压驱动电路产生的交流高压的电压值为100~2000V，频率为1KHz~1GHz。

7.根据权利要求1所述的智能PID传感器模块，其特征在于：所述偏压电路能够产生10~200V的直流偏压。

8.根据权利要求1所述的智能PID传感器模块，其特征在于：还包括光敏电路，所述光敏电路设置在所述紫外灯室，并与所述微处理器连接，用于检测所述紫外灯是否点亮并将检测结果告知所述微处理器。

9.根据权利要求1所述的智能PID传感器模块，其特征在于：还包括换气装置，所述换气装置与所述微处理器连接，并设置在所述离子化气室内部或者离子化气室的进气口或出气口附近，用于加快离子化气室的气体交换。

10.根据权利要求1所述的智能PID传感器模块，其特征在于，还包括电源电路，用于为所述智能PID传感器模块的各用电组件供电。