CN106405035A - 基于mems气压传感器的自动增氧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于MEMS气压传感器的自动增氧装置及方法，其中的装置包括：设置在待检测容器内的增氧机、与增氧机相连的控制系统，以及与控制系统相连的MEMS气压传感器；其中，MEMS气压传感器设置在待检测容器的周围，用于对待检测容器周围的气压和温度进行检测；MEMS气压传感器将所检测到的待检测容器周围的气压值和温度值传送给控制系统，控制系统根据气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量，并根据氧容量控制增氧机启动或者关闭。通过本发明能够自动的对待检测容器内的水进行增氧，成本低且效果好，利于自动增氧装置的普及。

Description

基于MEMS气压传感器的自动增氧装置及方法

技术领域

本发明涉及鱼池供氧技术领域，更为具体地，涉及一种基于MEMS气压传感器的自动增氧装置及方法。

背景技术

日常生活的很多场合，例如家庭鱼缸、养殖业的鱼塘等等均对水中的氧容量有着明确的要求，这就需要养鱼者及时的对水中的氧容量进行检测，以便于及时对水中的氧容量进行补给。

目前，通常采用的方法是：采用电化学法的溶氧测量仪来对水中的氧容量进行检测。其工作原理是：氧透过隔膜被工作电极还原，产生与氧浓度成正比的扩散电流，通过测量此电流，得到水中溶氧的浓度。当检测到水中的溶氧浓度低于预设的氧容量值时，便启动增氧器进行增氧，以满足水中氧容量要求。

然而，温度、压力和水中溶解的盐等因素均可对溶氧测量仪的测量结果产生影响。例如，由于温度的变化，膜的扩散系数和氧的溶解度都会发生变化，其直接影响到溶氧电极的电流输出。

此外，还必须定期对溶氧测量仪进行维护，主要包括对电极进行清洗、校验、再生等。如果不对电极进行定期清洗，那么在膜片上出现污染物时，则会引起测量误差；如果不定期对溶氧测量仪进行校验，同样也会存在测量误差；而电极的再生包括更换内部电解液、更换膜片等。

并且一台溶氧测量仪的价格动辄成千上万，因此，通过溶氧测量仪对水中的氧容量进行检测的方法不仅投入成本大，而且维护成本也高，不利于自动增氧装置的普及。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于MEMS气压传感器的自动增氧装置及方法，以解决现有的自动增氧装置所存在的投入成本大且维护费用高的问题。

本发明提供一种基于MEMS气压传感器的自动增氧装置，包括设置在待检测容器内的增氧机、与增氧机相连的控制系统，以及与控制系统相连的MEMS气压传感器；其中，

MEMS气压传感器设置在待检测容器的周围，用于对待检测容器周围的气压和温度进行检测；

MEMS气压传感器将所检测到的待检测容器周围的气压值和温度值传送给控制系统，控制系统根据气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量，并根据氧容量控制增氧机启动或者关闭。

此外，优选的结构为：控制系统包括采集模块、氧容量获取模块、比较模块和控制模块；其中，

采集模块与MEMS气压传感器相连，用于接收MEMS气压传感器所传送的待检测容器周围的气压值和温度值；

氧容量获取模块与采集模块相连，用于根据采集模块所接收的待检测容器周围的气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量；

比较模块与氧容量获取模块相连，用于将氧容量获取模块所获取的氧容量与预设的氧容量进行比较；

控制模块分别与比较模块和增氧机相连，用于根据比较模块的比较结果控制增氧机启动或者关闭。

此外，优选的结构为：氧容量获取模块进一步包括预置在氧容量获取模块中的氧容量计算模块；其中，氧容量获取模块通过氧容量计算模块计算确定待检测容器内的水的氧容量。

此外，优选的结构为：氧容量计算模块的氧容量计算方式为：

其中，c_aq为水中的氧容量，P_air，为待检测容器周围的空气气压值，T_air为待检测容器周围的温度值，T₀为常温，k₀为常温T₀下的亨利系数值，C为正常数，对应氧气，C＝1700。

此外，优选的结构为：根据待检测容器的面积设置MEMS气压传感器的个数。

此外，优选的结构为：通过MEMS气压传感器对待检测容器周围的压力进行检测；在MEMS气压传感器内部设置有温度传感器，通过温度传感器对待检测容器周围的温度进行检测。

此外，优选的结构为：控制模块进一步包括：启动模块，用于在比较模块比较出所获取的氧容量低于预设的氧容量时，控制增氧机启动。

此外，优选的结构为：控制模块进一步包括：关闭模块，用于在比较模块比较出所获取的氧容量高于预设的氧容量时，控制增氧机关闭。

另外，本发明还提供一种利用上述的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置进行自动增氧的方法，包括：

将控制系统分别与MEMS气压传感器和增氧机相连；

将增氧机放置在待检测容器内；

将MEMS气压传感器放置在待检测容器的周围，MEMS气压传感器对待检测容器周围的气压和温度进行检测，获取待检测容器周围的气压值和温度值并传送给控制系统；

控制系统根据气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量，并根据氧容量控制增氧机启动或者关闭。

此外，优选的方式为：控制系统在根据气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量，并根据氧容量控制增氧机启动或者关闭的过程中，通过采集模块接收MEMS气压传感器所发送的待检测容器周围的气压值和温度值；

氧容量获取模块根据采集模块所接收的待检测容器周围的气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量；

通过比较模块将氧容量获取模块所获取的氧容量与预设的氧容量进行比较；

控制模块根据比较模块的比较结果控制增氧机启动或者关闭。

利用上述根据本发明的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置及方法，通过在待检测容器的周围设置MEMS气压传感器，从而对待检测容器周围的气压和温度进行检测并发送给控制系统，控制系统根据MEMS气压传感器所传送的气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量，并根据该氧容量控制增氧机启动或者关闭。通过本发明能够自动的对待检测容器内的水进行增氧，成本低且效果好，利于自动增氧装置的普及。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的根据本发明实施例的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置的结构示意图；

图2为根据本发明另一实施例的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置的结构示意图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

针对前述现有的自动增氧装置存在投入成本大且维护费用高，不利于自动增氧装置的普及的问题，本发明将MEMS气压传感器设置在待检测容器的周围，以对待检测容器周围的气压和温度进行检测，然后将MEMS气压传感器与控制系统相连，并通过控制系统对增氧机的启动或关闭进行控制，从而能够实现对待检测容器内的水进行自动增氧，成本低且效果好，进而有利于对自动增氧装置的普及。

为了说明本发明提供的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置，图1示出了根据本发明实施例的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置的结构。

如图1所示，本发明提供的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置包括设置在待检测容器1内的增氧机2、与增氧机2相连的控制系统3，以及与控制系统3相连的MEMS气压传感器4。

其中，MEMS气压传感器4设置在待检测容器1的周围，通过MEMS气压传感器4对待检测容器1周围的气压和温度进行检测。具体地，在MEMS气压传感器内部设置有温度传感器，通过MEMS气压传感器和温度传感器可以同时对待检测容器周围的压力和温度进行检测。需要说明的是，待检测容器1可以是鱼缸、鱼塘、鱼池等。

MEMS气压传感器4将所检测到的待检测容器1周围的气压值和温度值传送给控制系统3，控制系统3根据气压值和温度值获取待检测容器1内的水的氧容量，并根据所获取的氧容量控制增氧机启动或者关闭。

具体地，图2示出了根据本发明另一实施例的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置的结构。如图2所示，控制系统3包括采集模块31、氧容量获取模块32、比较模块33和控制模块34。其中，采集模块31与MEMS气压传感器4相连，用于采集MEMS气压传感器所检测到的待检测容器周围的气压值和温度值。其中，MEMS气压传感器可以设置在待检测容器的四周，也可以设置在待检测容器的周围其他地方。此外，要根据待测容器所处的环境和待测容器的面积设置MEMS气压传感器的设置。典型地，相邻两个气压传感器的距离可以设置为5米～10米。。

氧容量获取模块32与采集模块31相连，用于根据采集模块31所采集到的待检测容器1周围的气压值和温度值获取待检测容器1内的水的氧容量；比较模块33与氧容量获取模块32相连，用于将氧容量获取模块32所获取的氧容量与预设的氧容量进行比较；控制模块34分别与比较模块33和增氧机2相连，用于根据比较模块33的比较结果控制增氧机2启动或者关闭。

其中，氧容量获取模块32进一步包括预置在氧容量获取模块32中的氧容量计算模块；其中，氧容量获取模块32通过氧容量计算模块(图中未示出)计算确定待检测容器1内的水的氧容量。

具体地，对于待检测容器内的水的氧容量，由亨利定律可知：

c_aq＝P_O·k_H(T)＝P_air·k_H(T) (1)

其中，c_aq为水中的氧容量(mg/L)；P_O为氧气的平衡压力(hPa)，这里用周围空气气压值P_air来表征；k_H(T)为亨利系数，此系数是温度T的函数，即：

其中，k₀为常温T₀(T₀＝25℃)下的亨利系数值(正值)；C为正常数，对应氧气，C＝1700；

将(2)式带入(1)式，可得：

由于水的温度T_water(℃)约等于水周围空气的温度T_air，T_water≈T_air。因此，根据上述公式及分析，可将氧容量计算模块的氧容量计算方式设定为：

其中，c_aq为水中的氧容量，P_air，为待检测容器周围的空气气压值，T_air为待检测容器周围的温度值，T₀为常温，k₀为常温T₀下的亨利系数值，C为正常数，对应氧气，C＝1700。

根据上述氧容量计算方式可知，水中氧容量的大小受其周围气压值(P_air)和温度(T_air)的影响，周围的气压和温度变化时，水中的氧容量也随之变化。温度T_air越高(越低)，水中氧容量c_aq越大(越小)；环境气压P_air越大(越低)，氧容量c_aq越大(越小)。

此外，控制模块34进一步包括启动模块和关闭模块(图中均未示出)；其中，启动模块用于在比较模块33比较出所获取的氧容量低于预设的氧容量时，控制增氧机2启动，以对待检测容器1内的水进行补氧；关闭模块用于在比较模块33比较出所获取的氧容量高于预设的氧容量时，控制增氧机2关闭，以停止对待检测容器1内的水进行补氧。

此外，本发明还提供一种利用上述自动增氧装置对待检测容器内的水进行自动增氧的方法。下述将对本发明提供的基于MEMS气压传感器的自动增氧方法的增氧过程进行说明。

本发明提供的基于MEMS气压传感器的自动增氧方法的增氧过程包括：

1、将控制系统分别与MEMS气压传感器和增氧机相连；

2、将增氧机放置在待检测容器内；

3、将MEMS气压传感器放置在待检测容器的周围，MEMS气压传感器对待检测容器周围的气压和温度进行检测，获取待检测容器周围的气压值和温度值并传送给控制系统；

4、控制系统根据气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量，并根据氧容量控制增氧机启动或者关闭。

其中，控制系统在根据气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量，并根据氧容量控制增氧机启动或者关闭的过程中，通过采集模块接收MEMS气压传感器所发送的待检测容器周围的气压值和温度值；氧容量获取模块根据采集模块所接收的待检测容器周围的气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量；通过比较模块将氧容量获取模块所获取的氧容量与预设的氧容量进行比较；控制模块根据比较模块的比较结果控制增氧机启动或者关闭。

通过上述可知，本发明提供的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置及方法能够自动的对待检测容器内的水进行增氧，成本低且效果好，利于自动增氧装置的普及。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置及方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置及方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种基于MEMS气压传感器的自动增氧装置，其特征在于，包括设置在待检测容器内的增氧机、与所述增氧机相连的控制系统，以及与所述控制系统相连的MEMS气压传感器；其中，

所述MEMS气压传感器设置在所述待检测容器的周围，用于对所述待检测容器周围的气压和温度进行检测；

所述MEMS气压传感器将所检测到的待检测容器周围的气压值和温度值传送给所述控制系统，所述控制系统根据所述气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量，并根据所述氧容量控制所述增氧机启动或者关闭。

2.如权利要求1所述的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置，其中，所述控制系统包括采集模块、氧容量获取模块、比较模块和控制模块；其中，

所述采集模块与所述MEMS气压传感器相连，用于接收所述MEMS气压传感器所传送的待检测容器周围的气压值和温度值；

所述氧容量获取模块与所述采集模块相连，用于根据所述采集模块所接收的待检测容器周围的气压值和温度值获取所述待检测容器内的水的氧容量；

所述比较模块与所述氧容量获取模块相连，用于将所述氧容量获取模块所获取的氧容量与预设的氧容量进行比较；

所述控制模块分别与所述比较模块和增氧机相连，用于根据所述比较模块的比较结果控制所述增氧机启动或者关闭。

3.如权利要求2所述的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置，其中，所述氧容量获取模块进一步包括预置在所述氧容量获取模块中的氧容量计算模块；其中，

所述氧容量获取模块通过所述氧容量计算模块计算确定所述待检测容器内的水的氧容量。

4.如权利要求3所述的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置，其中，所述氧容量计算模块的氧容量计算方式为：

$c_{aq}=P_{air}\·k_0\·\exp \[-C\·(\frac{1}{T_{air}}-\frac{1}{T_0})\]$

其中，c_aq为水中的氧容量，P_air为待检测容器周围的空气气压值，T_air为待检测容器周围的温度值，T₀为常温，k₀为常温T₀下的亨利系数值，C为正常数，对应氧气，C＝1700。

5.如权利要求1所述的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置，其中，根据所述待检测容器的面积设置所述MEMS气压传感器的个数。

6.如权利要求1所述的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置，其中，

通过所述MEMS气压传感器对所述待检测容器周围的压力进行检测；

在所述MEMS气压传感器内部设置有温度传感器，通过所述温度传感器对所述待检测容器周围的温度进行检测。

7.如权利要求2至6任意一项所述的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置，其中，所述控制模块进一步包括：

启动模块，用于在所述比较模块比较出所获取的氧容量低于预设的氧容量时，控制所述增氧机启动。

8.如权利要求2至6任意一项所述的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置，其中，所述控制模块进一步包括：

关闭模块，用于在所述比较模块比较出所获取的氧容量高于预设的氧容量时，控制所述增氧机关闭。

9.一种基于MEMS气压传感器的自动增氧方法，利用如权利要求2～6任意一项所述的基于MEMS气压传感器的自动增氧装置进行自动增氧，所述方法包括：

将所述控制系统分别与所述MEMS气压传感器和所述增氧机相连；

将所述增氧机放置在待检测容器内；

将所述MEMS气压传感器放置在所述待检测容器的周围，所述MEMS气压传感器对所述待检测容器周围的气压和温度进行检测，获取所述待检测容器周围的气压值和温度值并传送给所述控制系统；

所述控制系统根据所述气压值和温度值获取所述待检测容器内的水的氧容量，并根据所述氧容量控制所述增氧机启动或者关闭。

10.如权利要求9所述的基于MEMS气压传感器的自动增氧方法，其中，所述控制系统在根据所述气压值和温度值获取所述待检测容器内的水的氧容量，并根据所述氧容量控制所述增氧机启动或者关闭的过程中，

通过所述采集模块接收所述MEMS气压传感器所发送的待检测容器周围的气压值和温度值；

所述氧容量获取模块根据所述采集模块所接收的待检测容器周围的气压值和温度值获取待检测容器内的水的氧容量；

通过所述比较模块将所述氧容量获取模块所获取的氧容量与预设的氧容量进行比较；

所述控制模块根据所述比较模块的比较结果控制所述增氧机启动或者关闭。