CN107817076A - 一种便携式氧气管道漏气检测、校准装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明管道漏气检测领域，公开了一种便携式氧气管道漏气检测、校准装置，所述检测装置由电源模块、氧气传感器模块、测量采集模块、按键模块、显示模块及中心处理模块组成；电源模块实现电源转换，给整个检测装置供电；中心处理模块识别按键模块发出的控制代码，控制测量采集模块对氧气传感器模块的输出信号进行采集，经过分析处理后将氧气浓度采集结果及是否有漏气情况输出到显示模块上。通过该检测装置方便维修人员及时发现氧气管道及接口处是否有漏气情况发生。校准装置主要由可密闭的带有操作窗口的氧气储存容器及附属管路组成，通过操作窗口对检测装置进行操作，实现校准。
Description
技术领域
本发明属于管道漏气检测领域，尤其涉及一种便携式氧气管道漏气检测、校准装置及方法。
背景技术
目前大部分医院的病房都已实现集中供氧，通过埋藏在设备带中的管道输送氧气。由于氧气管道接口较多，弹簧及橡胶长期使用的磨损及氧化容易造成漏气。一般氧气漏气时，会发出嘶嘶声，科室医生、护士会将漏气情况及时通知维修人员。
如上所述，现有技术存在的问题是：病房用氧气管若发生漏气，要求环境比较安静且漏气比较明显，离漏气点距离较近时才能明显察觉，在病人及家属在场时，不便于明显观察。这种依靠人来发现漏气的情况，虽然方便易行，但不易察觉到微小的漏气，有较多局限性。若存在一种方便快捷且能准确的测量氧气浓度的差异的装置，则可以及时发现管道及接口处的微小漏气。
目前使用气体传感器检测有毒有害气体(如天然气等)泄露的便携式装置已经应用，但对氧气管道上的微小漏气未能引起足够的重视，若能尽早发现微小氧气泄露，不仅可以减少隐患发生，也可以节约氧气资源。
因此，提出一种便携式氧气漏气检测装置用于维修人员巡查，通过测量氧气传感器输出信号并分析氧气浓度的差异，在较短时间内分辨出管道及接口处是否有漏气情况并进行声光报警。并通过对该氧气漏气检测装置进行一定的校准，确保氧气浓度测量的准确性。
发明内容
目前，利用不同检测原理设计制造的气体传感器已逐渐小型化，且检测精度不断提高，响应时间不断缩短，利用氧气传感器的特性，针对现有依靠人力察觉氧气管道漏气存在的问题，本发明提供了一种便携式氧气管道漏气检测、校准装置及方法。
本发明是这样实现的，一种便携式氧气管道漏气检测、校准装置，包括检测装置，所述检测装置由电源模块、氧气传感器模块、测量采集模块、按键模块、显示模块及中心处理模块组成；
电源模块实现电源转换，给整个检测装置供电；
中心处理模块识别按键模块发出的控制代码，控制测量采集模块对氧气传感器模块的输出信号进行采集，经过分析处理后将氧气浓度采集结果及是否有漏气情况输出到显示模块上。
校准装置由可密闭的带有操作窗口的氧气储存容器及附属管路组成。
进一步，所述的电源模块将干电池、锂电池、蓄电池类便携式电源电压转换成系统需要的工作电压。
进一步，所述的氧气传感器模块根据氧气浓度的不同输出不同的电压或者电流信号，选用线性度好、响应时间短、精度高、测量范围广、有效期长的氧气传感器模块。
进一步，所述的测量采集模块包括可变增益放大器及高精度AD采集芯片。
进一步，所述的显示模块包括指示灯显示及液晶屏显示，直观的漏气检测结果通过指示显示，详细的测量数据通过液晶屏显示。
进一步，该便携式氧气管道漏气检测、校准装置包括校准装置，所述校准装置由可密闭的带有操作窗口的氧气储存容器及附属管路组成；
附属管路与减压后的氧气源相连，向氧气储存容器中充入氧气，使容器中充满纯氧，将检测装置放置在该容器中并密闭，通过操作窗口对检测装置进行操作，实现校准。
进一步，所述氧气储存容器可打开，放入检测装置并重新密闭，且带有操作窗口用于对检测装置进行操作。
进一步，所述操作窗口通过延展性好的橡胶材料制作成手套形式进行密封，通过该窗口既可以对容器内的检测装置进行操作，又可以保证氧气不会泄露。
进一步，所述的附属管路包括进气的管路A及出气的管路B，每个管路上均有阀门，管路A的出口尽量接近容器底部，管路B的入口尽量接近容器顶部；氧气源通过管路A进入储存容器，空氧混合气体通过管路B排出，一段时间以后储存容器中达到纯氧。
本发明另一目的在于提供一种便携式氧气管道漏气检测、校准方法，步骤如下：
①控制测量装置进入校准模式；
②控制测量装置采集大气中氧气传感器输出数值，作为x1；
③将检测装置放置在校准装置中并重新密闭校准装置，打开管道A及管道B的阀门，一段时间待传感器输出数值稳定后(如2分钟)，关闭管道B及管道A的阀门，控制测量装置采集纯氧中氧气传感器输出数值，作为x2；
④实际使用中检测装置测量氧气传感器输出数值为x的情况下，氧气浓度y采用以下公式实现
Y＝(x-x1)/(x2-x1)*79+21 (1)
该公式假定大气中氧气浓度为21％。
本发明的优点及积极效果为：本检测装置通过氧气传感器模块采集到客观的氧气浓度数值，根据氧气浓度的变化方便维修人员及时发现氧气管道及接口处是否有漏气情况发生，减少隐患的发生，节约氧气资源，避免了以往单纯依靠人力的诸多不便与缺点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的便携式氧气管道漏气检测、校准装置的结构原理图；
图2是本发明实施例提供的硬件系统结构原理图；
图3是本发明实施例提供的电源模块电路图；
图4是本发明实施例提供的测量采集模块电路图；
图5是本发明实施例提供的液晶屏模块电路图；
图6是本发明实施例提供的结构原理图；
图7是本发明实施例提供的校准装置对检测装置进行校准及测量的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图1至附图7及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本发明实施例提供的便携式氧气管道漏气检测、校准装置，包括检测装置，所述检测装置由电源模块、氧气传感器模块、测量采集模块、按键模块、显示模块及中心处理模块组成；
电源模块实现电源转换，给整个检测装置供电；
中心处理模块识别按键模块发出的控制代码，控制测量采集模块对氧气传感器模块的输出信号进行采集，经过分析处理后将氧气浓度采集结果及是否有漏气情况输出到显示模块上。
作为本发明的优选实施例，所述的电源模块将干电池、锂电池、蓄电池类便携式电源电压转换成系统需要的工作电压。
作为本发明的优选实施例，所述的氧气传感器模块根据氧气浓度的不同输出不同的电压或者电流信号，选用线性度好、响应时间短、精度高、测量范围广、有效期长的氧气传感器模块。
作为本发明的优选实施例，所述的测量采集模块包括可变增益放大器及高精度AD采集芯片。
作为本发明的优选实施例，所述的显示模块包括指示灯显示及液晶屏显示，直观的漏气检测结果通过指示显示，详细的测量数据通过液晶屏显示。
作为本发明的优选实施例，该便携式氧气管道漏气检测、校准装置包括校准装置，所述校准装置由可密闭的带有操作窗口的氧气储存容器及附属管路组成；
附属管路与减压后的氧气源相连，向氧气储存容器中充入氧气，使容器中充满纯氧，将检测装置放置在该容器中并密闭，通过操作窗口对检测装置进行操作，实现校准。
作为本发明的优选实施例，所述氧气储存容器可打开，放入检测装置并重新密闭，且带有操作窗口用于对检测装置进行操作。
作为本发明的优选实施例，所述操作窗口通过延展性好的橡胶材料制作成手套形式进行密封，通过该窗口既可以对容器内的检测装置进行操作，又可以保证氧气不会泄露。
作为本发明的优选实施例，所述的附属管路包括进气的管路A及出气的管路B，每个管路上均有阀门，管路A的出口尽量接近容器底部，管路B的入口尽量接近容器顶部；氧气源通过管路A进入储存容器，空氧混合气体通过管路B排出，一段时间以后储存容器中达到纯氧。
本发明实施例提供一种便携式氧气管道漏气检测、校准方法，步骤如下：
①控制测量装置进入校准模式；
②控制测量装置采集大气中氧气传感器输出数值，作为x1；
③将检测装置放置在校准装置中并重新密闭校准装置，打开管道A及管道B的阀门，一段时间待传感器输出数值稳定后(如2分钟)，关闭管道B及管道A的阀门，控制测量装置采集纯氧中氧气传感器输出数值，作为x2；
④实际使用中检测装置测量氧气传感器输出数值为x的情况下，氧气浓度y采用以下公式实现
Y＝(x-x1)/(x2-x1)*79+21 (1)
该公式假定大气中氧气浓度为21％。
检测装置主要由电源模块、氧气传感器模块、测量采集模块、按键模块、显示模块及中心处理模块组成。电源模块实现电源转换，给整个检测装置供电，中心处理模块识别按键模块发出的控制代码，控制测量采集模块对氧气传感器模块的输出信号进行采集，经过分析处理后将氧气浓度采集结果及是否有漏气情况输出到显示模块上。校准装置主要由可密闭的带有操作窗口的氧气储存容器及附属管路组成。附属管路与减压后的氧气源相连，可向氧气储存容器中充入氧气，使得容器中充满纯氧，将检测装置放置在该容器中并密闭，通过操作窗口对检测装置进行操作，实现校准。
本发明实施例用于完成对氧气管道漏气进行检测并对检测装置进行校准。
参见图2为本实施例设计的氧气漏气检测装置硬件系统：以单片机作为主控芯片，设计电源模块以实现对9V干电池的电源转换，选用高精度的氧气传感器及模数转换模块，单片机接收按键控制，读取模数转换模块采集的结果并进行分析，并将检测情况显示在液晶屏及LED灯上。
本实施例的漏气检测模块中，使用Atmega公司的AVR系列的Atmega328P单片机作为主控芯片，接收按键发来的控制指令，读取模数转换模块采集的结果并进行分析，并将结果显示在液晶屏及LED灯上。该芯片有14个数字输入/输出引脚，6个模拟输入引脚，32KB的Flash及1KB的E2PROM，并且具有IIC/SPI/COM通信接口。
本实施例的漏气检测模块中，选用低漏电，转换效率高的LM2575-5.0作为电源芯片实现对9V干电池的电源转换，参见图3为所设计的电路图。
本实施例的漏气检测模块中，选用线性度好、响应时间短、精度高、测量范围广、有效期长的氧气传感器实现对氧气浓度的采集。采用的传感器为日本FIGARO公司的KE-25型氧气传感器，采用电化学反应原理，无需外部电源，将氧气浓度转换为电压值输出，具有长达5年的效期，而且几乎不受CO2、CO等气体的影响，测量范围为0-100％O2，精度±1％，响应时间14±2秒。
本实施例的漏气检测模块中，选用美国TI公司出品的ADS111516位ADC转换芯片对氧气传感器输出的电压值进行读取，该芯片内置低漂移参考电压及可编程增益放大器(PGA)，在设置为4倍增益的情况下转换量程为-1024mV～1024mV，分辨率为0.03125mV，可通过IIC接口与主控芯片通信。该芯片功耗较低，在持续工作模式下电流为150μA，另外能够进入休眠模式。参见图4为所设计的电路图。
本实施例的漏气检测模块中，选用SH1106作为主控芯片的1.3寸液晶屏模块，将检测过程及本装置工作状态直观的显示出来，该液晶屏模块可显示128×64个像素，功耗在30mA以内，并采用IIC接口与主控芯片进行通信。参见图5为所设计的电路图。
参见图6为本实施例的校准装置，主要由可密闭的带有操作窗口的氧气储存容器及附属管路组成。
氧气储存容器可以打开，放入检测装置并重新密闭，通过操作窗口对检测装置进行操作。操作窗口延展性好的橡胶等材料制作成手套形式进行密封，通过该窗口既可以对容器内的检测装置进行操作，又可以保证氧气不会泄露。
附属管路包括进气的管路A及出气的管路B，每个管路上均有阀门，管路A的出口尽量接近容器底部，管路B的入口尽量接近容器顶部。减压后的氧气源通过管路A进入储存容器，空氧混合气体通过管路B排出，一段时间以后储存容器中达到纯氧。
参见图7为对该检测装置进行校准及测量的流程图：
①控制检测装置进入校准模式；
②控制测量装置采集大气中氧气传感器输出数值，作为x1；
③将检测装置放置在校准装置中，打开管道A及管道B的阀门，2分钟以后关闭管道B及管道A的阀门，通过操作窗口控制检测装置采集纯氧中氧气传感器输出数值，作为x2；
④按照前述的公式(1)实现对实际氧气浓度的转换。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种便携式氧气管道漏气检测、校准装置，其特征在于，所述便携式氧气管道漏气检测、校准装置包括检测装置，所述检测装置包括电源模块、氧气传感器模块、测量采集模块、按键模块、显示模块及中心处理模块；
电源模块实现电源转换，给整个检测装置供电；
中心处理模块识别按键模块发出的控制代码，控制测量采集模块对氧气传感器模块的输出信号进行采集，经过分析处理后将氧气浓度采集结果及是否有漏气情况输出到显示模块上；
校准装置包括可密闭的带有操作窗口的氧气储存容器及附属管路。
2.如权利要求1所述的便携式氧气管道漏气检测、校准装置，其特征在于，所述的电源模块将干电池、锂电池、蓄电池类便携式电源电压转换成系统需要的工作电压。
3.如权利要求1所述的便携式氧气管道漏气检测、校准装置，其特征在于，所述的氧气传感器模块根据氧气浓度的不同输出不同的电压或者电流信号。
4.如权利要求1所述的便携式氧气管道漏气检测、校准装置，其特征在于，所述的测量采集模块包括可变增益放大器及高精度AD采集芯片。
5.如权利要求1所述的便携式氧气管道漏气检测、校准装置，其特征在于，所述的显示模块包括指示灯显示及液晶屏显示，用于将漏气检测结果通过指示灯显示并将测量数据通过液晶屏显示。
6.如权利要求1所述的便携式氧气管道漏气检测、校准装置，其特征在于，所述附属管路与减压后的氧气源相连，向氧气储存容器中充入氧气。
7.如权利要求6所述的便携式氧气管道漏气检测、校准装置，其特征在于，所述操作窗口通过延展性好的橡胶材料制作成手套形式进行密封，通过该窗口既对容器内的检测装置进行操作。
8.如权利要求6所述的便携式氧气管道漏气检测、校准装置，其特征在于，所述的附属管路包括进气的管路A及出气的管路B，每个管路上均安装有阀门；管路A的出口接近容器底部，管路B的入口接近容器顶部；氧气源通过管路A进入储存容器，空氧混合气体通过管路B排出。
9.一种如权利要求1所述便携式氧气管道漏气检测、校准装置的便携式氧气管道漏气检测、校准方法，其特征在于，所述便携式氧气管道漏气检测、校准方法步骤如下：
①控制测量装置进入校准模式；
②控制测量装置采集大气中氧气传感器输出数值，作为x1；
③将检测装置放置在校准装置中并重新密闭校准装置，打开管道A及管道B的阀门，待传感器输出数值稳定后，关闭管道B及管道A的阀门，控制测量装置采集纯氧中氧气传感器输出数值，作为x2；
④检测装置测量氧气传感器输出数值为x，氧气浓度y，采用以下公式实现Y＝(x-x1)/(x2-x1)*79+21。
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