CN106248752A - 一种汽车内部环境监测装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种汽车内部环境监测装置，包括，监测传感器，设置于汽车内，用于对汽车内环境参数进行监测，获取监测数据；信号处理电路，与所述监测传感器连接，用于将所述监测数据转换为电信号；主控制器，与所述信号处理电路连接，依据所述电信号产生控制信号；提示电路，与所述主控制器连接，依据控制信号进行声音播放提示或文字信息提示；其中，所述监测传感器包括CO2气体传感器，用于获取车内CO2浓度数据。

Description

一种汽车内部环境监测装置
技术领域
本申请涉及汽车环境监测领域，尤其涉及一种汽车内部环境监测装置。
背景技术
随着经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，汽车已经逐渐成为生活的一部分，然而，由于汽车内空间为封闭空间，汽车行驶过程中，由于汽油燃烧等原因，汽车内空气容易受到污染而驾驶者不自知，急需对汽车内环境进行监测。
发明内容
本发明旨在提供一种汽车内部环境监测装置，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种汽车内部环境监测装置，一种汽车内部环境监测装置，包括，监测传感器，设置于汽车内，用于对汽车内环境参数进行监测，获取监测数据；信号处理电路，与所述监测传感器连接，用于将所述监测数据转换为电信号；主控制器，与所述信号处理电路连接，依据所述电信号产生控制信号；提示电路，与所述主控制器连接，依据控制信号进行声音播放提示或文字信息提示；所述监测传感器包括CO2气体传感器，用于获取车内CO2浓度数据。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明实现车内环境实时监测，并对车主进行提示，汽车内部的监测传感器包括CO2气体传感器，其对CO2气体的检测灵敏度高，当环境中含有过量的CO2，该CO2气体传感器能够及时、准确的检测，并且耐水性好，使用寿命长，从而解决了上述提出问题。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明汽车内部环境监测装置的结构示意图。
图2为本发明所述CO2气体传感器的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
现代电子信息技术的三大支柱是传感器技术、通讯技术和计算机技术，其中，传感器是信息获取与交换的核心。气体传感器是传感器领域的一个重要分支，其可以感受外界气氛信息并按一定的规律转换为可测信号；现代社会人们接触不同气体的机会越来越多，因此有必要对其气体成分进行分析、检测及报警等，因此，气体传感器在工农业生产、家庭安全、环境监测、能源、医疗等领域具有非常重要的作用。
二氧化碳是一种常见的无机化合物，常温下无色无味，可溶于水，密度比空气大。
在自然界中，二氧化碳含量丰富，为大气组成的一部分，二氧化碳可以通过多种途径产生，比如，有机物在分解、发酵、腐烂等过程中，会伴随产生二氧化碳；在石油、石蜡、煤炭、天然气等燃料的燃烧过程中，会产生大量二氧化碳；所有动物在呼吸过程中，都要吸氧产生二氧化碳；所有绿色植物都吸收二氧化碳释放氧气；另外，工业的生产，城市运转，交通等都离不开排放二氧化碳。由于二氧化碳是一种窒息性气体，其浓度超过一定范围，会引起人们的中毒，此外，在农业中，二氧化碳浓度对于作物的生长起到重要的作用，二氧化碳气体同时是温室气体的主要成分。因此，对于二氧化碳的监测与报警显得异常重要。
NASICON(Na+Superionic Conductor)材料的化学式为Na3Zr2Si2PO12，是NaZr2P3O12-Na4Zr2Si3O12固溶系统中的一种，NASICON化合物的结构是由ZrO6八面体与PO4或SiO4四面体共同形成的骨架结构，八面体与四面体构成骨架后，形成三维的骨架间隙，这些间隙构成通道，Na+离子位于骨架间隙之间，因而能沿这些间隙所构成的三维通道各向同性的传导，具有较高的离子传导效率，属于高温阳离子固体电解质，一般被称为钠离子快速导体；目前，NASICON材料在染料电池、化学离子敏感电极、电化学传感器等领域具有广泛的应用，尤其在传感器领域，以其为固体电解质制备的SO2、CO2、NOX等固体电化学式传感器是一种具有很好应用前景的器件形式。
本申请的实施例涉及一种汽车内部环境监测装置，如图1所示，包括，监测传感器，设置于汽车内，用于对汽车内环境参数进行监测，获取监测数据；信号处理电路1，与所述监测传感器连接，用于将所述监测数据转换为电信号；主控制器2，与所述信号处理电路1连接，依据所述电信号产生控制信号；提示电路3，与所述主控制器2连接，依据控制信号进行声音播放提示或文字信息提示，所述监测传感器包括温度传感器4，用于获取汽车内部的环境温度数据；所述监测传感器包括湿度传感器5，用于获取车内环境湿度，所述监测传感器包括氧气浓度传感器6，用于获取车内环境的氧气浓度；所述监测传感器包括气压传感器7，用于获取车内环境气压，所述监测传感器包括CO2气体传感器8，用于获取车内CO2浓度数据。
本发明实现车内环境实时监测，并对车主进行提示，汽车内部的监测传感器包括CO2气体传感器，其对CO2气体的检测灵敏度高，当环境中含有过量的CO2，该CO2气体传感器能够及时、准确的检测，并且耐水性好。
优选地，如图2，所述CO2气体传感器8为管式加热型固体电解质式CO2气体传感器；具体的，该CO2气体传感器8以Al2O3陶瓷管10为衬底，表面设有NASICON固体电解质层60，在Al2O3陶瓷管10的一端，NASICON固体电解质层60之上设有Au膜30、Pt电极40，在Al2O3陶瓷管10的另一端，NASICON固体电解质层60之上设有Au膜30、Pt电极40和敏感电极50，Al2O3陶瓷管10中间有50Ω的加热线圈20穿过作为加热器。
本申请中，所述CO2气体传感器采用固体电解质形式，由于固体电解质中离子导电性在高温下较佳，因此，在Al2O3陶瓷管的中间设有加热线圈，此外，在Al2O3陶瓷管表面，依次设有Au膜、Pt电极及敏感电极，利用在CO2环境中Pt电极与敏感电极的电势差测定CO2的含量，Au膜具有较高的导电性，能够提高对CO2的灵敏度，进而，使得本申请的汽车内部环境监测装置对CO2的灵敏性较高。
优选地，所述NASICON固体电解质采用高温固相法制备，高温烧结温度为1050℃，NASICON固体电解质的平均颗粒粒径为30nm。
本申请中，采用高温固相法制备的NASICON材料做传感器的固体电解质，所制备的该NASICON材料粉末疏松，易于压制成型，制作过程简单实用，有利于在汽车内部的安装。
优选地，所述敏感电极50为复合碳酸盐，具体为摩尔比4:3:1的Li2CO3-BaCO3-NaHCO3复合碳酸盐，且，所述复合碳酸盐中添加有Ni纳米粉末、玻璃粉，含量分别为7.5％、9％；所述Ni纳米粉末的粒径为10nm。
本申请中，敏感电极为复合碳酸盐，其中，Li2CO3表现良好的吸湿性，提高了传感器的耐水性，NaHCO3在高温烧结过程中一部分会分解释放出气体，该气体冲破敏感电极材料，产生造孔效果，有利于敏感电极表面积的提高，增加了器件的灵敏度。
进一步的优选地，所述CO2气体传感的制备步骤如下：
步骤一，制备NASICON固体电解质
选取Na3PO4·12H2O，ZrSiO4，SiO2按照化学计量比混合，充分研磨10h，得到混合物，然后将研磨好的混合物置于陶瓷方船中，放入高温电阻炉内，按照5℃/min的速率升温到800℃，保温2h，然后快速(14℃/min)升温到1050℃，保温20h，再匀速降温(8℃/min)到500℃，最后自然降温到室温；将以上经过高温烧结的混合物从炉中取出，研磨成超细粉体，即得NASICON固体电解质。
步骤二，制备CO2气体传感器
a)选取Al2O3陶瓷管10，清洗后晾干，陶瓷管规格为管长10mm，管壁厚0.5mm，外径为1.5mm；
b)将步骤一中得到的NASICON固体电解质加入去离子水，研磨成浆糊状，然后使用旋涂法均匀的涂覆在Al2O3陶瓷管10表面，
c)将Al2O3陶瓷管10放入电阻炉中，在600℃烧结1.5h；
d)重复步骤b、c两次，然后将Al2O3陶瓷管在900℃下高温烧结8h，形成厚度为0.5mm的NASICON固体电解质层60；
e)然后在Al2O3陶瓷管10的两端制备一层Au膜30，厚度为500μm，在Au膜30表面引出Pt电极40，烧结温度为500℃；
f)在Al2O3陶瓷管10的一端使用熔融淬冷法制作出敏感电极50，另一端的Pt电极40作为参比电极；
g)然后将约50Ω的加热线圈20穿过Al2O3陶瓷管10作为加热器；
h)最后将导线焊接在Pt电极40和敏感电极50上，得到CO2气体传感器6。
优选地，对本申请的环境监测装置中CO2气体传感器进行测试：取加热线圈中电流为150mA，用纯的CO2气体和空气混合以配备不同浓度的样气，其中CO2浓度的变化范围为500—8000×10-6体积分数，然后在测试电路中电阻不变的情况下，测试敏感电极和参比电极的电位差，并将该电位差(mV)随CO2气体浓度的曲线斜率定义为灵敏度，测试得到该CO2气体传感器的灵敏度为69，进而，本申请的环境监测装置能够实现对CO2气体的准确检测。
对本申请的环境监测装置中CO2气体传感器进行耐水性测试：将本申请的两个相同CO2气体传感器分别在相同浓度CO2的干燥样气和相对湿度为60％的样气中测试灵敏度，结果显示，灵敏度变化率为9％，表明该CO2气体传感器具有较好的耐水性，进而，当汽车内环境中湿度较大时，该环境监测装置仍能实现对CO2气体的准确检测，耐水性较好。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车内部环境监测装置，其特征在于，包括，
监测传感器，设置于汽车内，用于对汽车内环境参数进行监测，获取监测数据；
信号处理电路，与所述监测传感器连接，用于将所述监测数据转换为电信号；
主控制器，与所述信号处理电路连接，依据所述电信号产生控制信号；
提示电路，与所述主控制器连接，依据控制信号进行声音播放提示或文字信息提示。
2.根据权利要求1所述的一种汽车内部环境监测装置，其特征在于，所述监测传感器包括温度传感器，用于获取汽车内部的环境温度数据；所述监测传感器包括湿度传感器，用于获取车内环境湿度。
3.根据权利要求2所述的一种汽车内部环境监测装置，其特征在于，所述监测传感器包括氧气浓度传感器，用于获取车内环境的氧气浓度；所述监测传感器包括气压传感器，用于获取车内环境气压。
4.根据权利要求3所述的一种汽车内部环境监测装置，其特征在于，所述监测传感器包括CO2气体传感器，用于获取车内CO2浓度数据。
5.根据权利要求4所述的一种汽车内部环境监测装置，其特征在于，所述CO2气体传感器为管式加热型固体电解质式CO2气体传感器，具体的，所述CO2气体传感器以NASICON材料作为固体电解质，所述CO2气体传感器的敏感电极为Li2CO3-BaCO3-NaHCO3复合碳酸盐。
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