CN112505244B - 快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路及区分方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路及区分方法，包括信号调理器、信号捕捉器、相关器和甄别电路；所述信号调理器将已转换成电信号的汽油和酒精气体浓度信号分别进行非线性处理，然后由所述信号捕捉器捕捉处理后的汽油和酒精气体浓度信号中的有效信号，有效信号送到所述相关器进行比较，最后经过所述甄别电路鉴别后输出甄别结果。本发明利用电路硬件实现快速区分检测空气中低浓度汽油和酒精，能够解决空气中低浓度汽油和酒精气体快速在线实时鉴别的难题，特别适合在开放场合非严格定量的应用，例如在公交车、船舶等公共交通工具或开放性公共场合快速探查易燃易爆物的应用，消除安全隐患。

Description

快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路及区分方法
技术领域
本发明涉及气体探测仪表和传感技术领域，尤其涉及快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路及区分方法。
背景技术
公交车上自动排查乘客随身携带汽油等易燃易爆品的应用正在逐步普及，典型应用有申请人之前申请的“车危仪”相关产品，它能够快速探测出极低浓度易燃易爆危险气体(比如汽油、酒精、硫化氢等)。经过一段时间使用后，用户又提出进一步的要求，希望这类产品检测报警时能同时区分出汽油和酒精。
现有市面上已经有各种各样能够区分汽油和酒精的专用检测仪表，问题是它们无法像车危仪一样用在公交车上检测并区分出乘客是否随身携带的汽油等易燃易爆品。究其原因，市面上现有的气体检测仪是用于防止易燃易爆危险气体泄漏导致空气中易燃易爆气体浓度过高引起燃烧或爆炸的场合，其检测气体的浓度高，例如，对汽油而言，爆炸浓度下限是1.1％，有几千甚至上万个ppm的浓度，而车危仪这类产品上需要识别浓度低于1ppm的汽油等气体(如申请人的“车危仪”甚至能够识别浓度0.05ppm的汽油)，这种检测灵敏度，现有的普通气体检测仪完全是无能为力的。
还有，市面上有一种排查驾驶员酒驾的专用吹气酒精检测仪，它可以立即测出驾驶员呼出气体中酒精含量，但它必须将气体在一定的压力下灌进仪器，并且它最高灵敏度也只要满足浓度190ppm左右就可以了，对于在开放场合中自主探测浓度又低于1ppm的汽油、酒精等气体显然也是无能为力的。
要准确区分空气中低浓度的汽油和酒精，我们可以把它的成分和含量分析出来，但是那只有在实验室里用专门仪器才能做到，况且也不可能马上得到检测结果，它也必须取得定量的气体才能完成检测。显然，利用现有的实验室检测仪器来也应用是不切实际的。
要准确区分空气中低浓度的汽油和酒精，除了要求检测快速、高灵敏的难点外，更困难的是：现有的酒精探头、汽油探头等检测传感器，它们的指向性很低，以目前的技术，测量酒精和汽油的检测传感器无法做到很高的指向性的，因为汽油中通常含有酒精，在检测汽油时现有的汽油和酒精检测传感器都会同时响应，即现有的检测传感器无法区分空气中是低浓度的酒精还是较高浓度汽油中的酒精发挥造成的影响。
所以，在开放性场合、快速区分空气中低浓度汽油和酒精的检测仪器和检测方法是亟待解决的课题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路及区分方法，通过探测电路主动吸入环境空气，无需人工采集气体样品，能够很快区分出空气中含有的是低浓度汽油还是酒精。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路，包括信号调理器、信号捕捉器、相关器和甄别电路；所述信号调理器将已转换成电信号的汽油和酒精气体浓度信号分别进行非线性处理，然后由所述信号捕捉器捕捉处理后的汽油和酒精气体浓度信号中的有效信号，有效信号送到所述相关器进行比较，最后经过所述甄别电路鉴别后输出甄别结果。
进一步的，所述信号调理器中包括两个独立的对数放大电路，所述两个对数放大电路分别将两路探头检测的汽油和酒精气体浓度电信号按对数规律进行非线性处理，将微弱信号放大、并压缩大信号幅值。
进一步的，所述信号捕捉器包括两个信号整形电路、与门、第一单稳触发器和第一对电子开关，当处理后的空气中汽油和酒精气体浓度信号满足阈值时，所述信号捕捉器才开始将汽油或酒精气体浓度信号捕捉为有效信号。
进一步的，所述信号整形电路输入部分设有输入比较器，输入比较器正输入端连接所述对数放大电路的输出，负输入端接直流可调电压信号用以设置捕捉阈值。
进一步的，所述相关器包括两个峰值保持器和一个比较器，所述两个峰值保持器分别保持两路信号的极值，再通过比较器比较，区分出两路信号大小。
进一步的，所述甄别电路包括第二对电子开关和第二单稳触发器，所述第二对电子开关在第二单稳触发器高电平下才触发导通。
进一步的，根据上述的快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路的区分方法，包括如下步骤：
S1、处理后的空气中汽油或酒精气体浓度信号通过信号整形电路整形，当信号各自满足阈值条件时，输出高电平；
S2、当信号整形电路输出变成高电平时，触发第一单稳触发器，单稳触发器将保持高电平输出t1秒；
S3、单稳触发器输出高电平时打开第一对电子开关，此时第一对电子开关为同步的两个单极开关，启动信号捕捉获取有效信号；
S4、第一对电子开关开通后，两个峰值保持器分别保持信号调理器输出的极值；
S5、两个峰值保持器的输出通过比较器比较，比较器需等到第二单稳触发器上升沿触发使能后才输出比较结果，输出标准低电平或高电平；
S6、第一单稳触发器高电平维持t1秒后输出恢复低电平，下降沿触发第二单稳触发器，第二单稳触发器保持高电平维持t2秒；同时第一对电子开关关闭，等待下一次捕捉；
S7、第二单稳触发器高电平触发比较器使能端，比较器输出该时刻比较结果，输出维持t2秒；
S8、根据比较器输出的高电平或低电平，开通第二对电子开关对应的通道，此时第二对电子开关为同步的两个单极开关，最终输出对应通道信号值；
S9、第二单稳触发器高电平保持t2秒后输出恢复低电平，其下降沿将两个峰值保持器复位，恢复原始状态，电路无输出；
S10、电路完成一个检测周期，进入准备状态。
当两个对数放大电路的输出信号衰减到小于设定阈值时，所述信号整形电路输出回零，整个电路回到初始状态。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明利用电路硬件能够实现快速区分检测空气中低浓度汽油和酒精，解决空气中低浓度汽油和酒精气体快速在线实时鉴别的难题，特别适合在开放场合非严格定量的应用，例如在公交车、船舶等公共交通工具或开放性公共场合快速探查易燃易爆物的应用，区分出乘客是否随身携带汽油或酒精，及时消除安全隐患；
2、本发明电路中设置信号调理器和信号捕捉器，信号捕捉器电路能够调整信号捕捉阈值的大小，方便调节灵敏度，适合不同环境下应用；
3、本发明电路中第二单稳触发器输出的方波宽度，使输出维持t2秒，对应实际汽油或酒精气体的浓度信号，能够同时用于低浓度的报警；
4、本发明电路中利用酒精和汽油的检测传感器这两种探头对两种气体都有响应的特点，利用信号捕捉器能够有效排除某一探头的大干扰信号，消除干扰信号，能够可靠实现空气中低浓度汽油和酒精的快速区分检测；
5、本发明电路运行稳定高效，电路可以制成集成电路芯片，适合量产应用。
附图说明
图1为本发明快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路的原理框图；
图2为本发明快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路的电路原理图。
附图标记说明：
1、信号调理器；11、对数放大电路；2、信号捕捉器；21、信号整形电路；22、与门；23、第一单稳触发器；24、第一对电子开关；3、相关器；31、峰值保持器；32、比较器；4、甄别电路；41、第二对电子开关；42、第二单稳触发器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
参见附图1和2所示，快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路包括信号调理器1、信号捕捉器2、相关器3和甄别电路4；所述信号调理器1将已转换成电信号的两路汽油和酒精气体浓度信号分别进行非线性处理，然后由所述信号捕捉器2捕捉处理后的汽油和酒精气体浓度信号中的有效信号，有效信号送到所述相关器3进行比较，最后经过所述甄别电路4鉴别后输出甄别结果。
所述信号调理器1中包括两个独立的对数放大电路11，两个所述对数放大电路11分别将两路探头检测的汽油和酒精气体浓度电信号按对数规律进行非线性处理，将微弱信号放大、并压缩大信号幅值。两个酒精和汽油的检测传感器检测的汽油或酒精浓度的电信号(与油气体浓度相关的电信号)分别构成两路独立并行的通道，它们有同样结构，信号调理器1将检测到的汽油和酒精两路气体浓度的电信号分别按对数规律进行非线性放大，使用对数放大器能够高倍放大低浓度油气体的信号，并且具有较好的线性度，能够提高识别空气中低浓度油气体含量的灵敏度，提高捕捉的有效性。对数放大电路11可以集成在一个芯片里，一个用于处理酒精信号、另一个用于处理汽油信号，工作时互不干扰影响。
所述信号捕捉器2包括两个信号整形电路21、与门22、第一单稳触发器23和第一对电子开关24，当处理后的空气中汽油和酒精气体浓度信号满足阈值时，所述信号捕捉器2才开始将汽油或酒精气体浓度信号捕捉为有效信号。
由于酒精和汽油的检测传感器很灵敏，而环境及检测电路会受到干扰，如果干扰信号也大于设定阈值，会产生导致误报的无效信号，因此设置信号捕捉器2实现两个识别功能：1、屏蔽宽度小的干扰脉冲，2、两路检测传感器同时测到才认定信号有效。利用干扰信号通常是尖脉冲、宽度很窄，而酒精、汽油的信号宽度宽很多的特点进行区分。并且高电平输出t1+t2时间也只在信号的上升段才有，保证捕捉有效信号的可靠性。
所述相关器3包括两个峰值保持器31和一个比较器32，两个峰值保持器31分别保持两路信号的极值，极值是峰值保持器记录的历史数据中的最大值，因为信号是脉动的，处于临界状态的信号可能是无效的，需要排除。再通过比较器32比较，区分出两路信号大小，比较器32输出控制开通第二对电子开关41对应的一个通道。所述甄别电路4包括第二对电子开关41和第二单稳触发器42，所述第二对电子开关41在第二单稳触发器42高电平下才触发导通。
所述信号整形电路21输入部分也设有输入比较器，输入比较器正输入端接对数放大电路11的输出，负输入端接直流可调电压信号用以设置捕捉阈值(其值对应预定阈值)。
电路工作原理为：当对数放大电路11的输出信号超过预定阈值时，输入比较器输出标准高电平，当两个信号整形电路21中输入比较器都输出高电平时，通过一个与门22输出高电平，上升沿触发第一单稳触发器23翻转计时，信号捕捉器2电路立即启动信号捕捉并开始计时：1、并开通第一对电子开关24，捕捉有效信号进入峰值保持器31保持极值；2、与门22输出上升沿触发第一单稳触发器23翻转计时；3、第一单稳触发器23下降沿关闭第一对电子开关24，停止信号捕捉。比较器32输出是否有效，受控于第一单稳触发器23，在第一单稳触发器23高电平期间，比较器32输出有效；比较器32输出高电平或低电平(例如：汽油信号大为0，酒精为1)分别触发第二对电子开关41开通对应输出通道，电路输出对应通道的峰值保持器31所保持的信号极值。
当两路信号整形电路21都输出高电平时，触发第一单稳触发器23输出预定脉宽的方波信号，该脉宽大小与探头特性有关，其数据通过实验确定。
根据上述的快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路的区分方法，包括如下步骤：
S1、处理后的空气中汽油和酒精气体浓度信号通过信号整形电路21整形，当信号各自满足阈值条件时，输出高电平；
S2、当信号整形电路21输出变成高电平时，触发第一单稳触发器23，第一单稳触发器23将保持高电平输出t1秒，t1通常取1-2秒；
S3、第一单稳触发器23输出高电平时打开第一对电子开关24，此时第一对电子开关24为同步的两个单极开关，启动信号捕捉获取有效信号；
S4、第一对电子开关24开通后，两个峰值保持器31分别保持信号调理器1输出的极值；
S5、两个峰值保持器31的输出通过比较器32比较，比较器32需等到第二单稳触发器42上升沿触发使能后才输出比较结果，输出标准低电平或高电平，通常比较器32等待t1秒，捕捉第一单稳触发器23高电平期间信号的最大值；电路工作时比较器32随时都在比较两个幅值保持器31的输出，但是只有t1秒后，第一单稳触发器23下降沿时刻的值才有用，这时比较器32输出使能，输出维持t2秒后，第二单稳触发器42下降沿复位整个电路；
S6、第一单稳触发器23高电平维持t1秒后输出恢复低电平，峰值保持器31保持此刻输出值；下降沿触发第二单稳触发器42，第二单稳触发器42保持高电平维持t2秒；同时第一对电子开关24关闭，等待下一次捕捉；
S7、第二单稳触发器42高电平触发比较器32使能端，比较器32比较两个峰值保持器31保持的输出值，输出即时比较结果，输出维持t2秒；
S8、根据比较器32输出的高电平或低电平，开通第二对电子开关41对应的通道，此时第二对电子开关41为同步的两个单极开关，最终输出对应通道信号值，即输出所选通道调理过的t2时间窗口的实时信号最大值；
S9、第二单稳触发器42高电平保持t2秒后输出恢复低电平，其下降沿将两个峰值保持器31复位，恢复原始状态，电路无输出；
S10、电路完成一个检测周期，进入准备状态。
当两个对数放大电路11的输出信号衰减到小于设定阈值时，所述信号整形电路21输出回零，整个电路回到初始状态。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路，其特征在于：包括信号调理器(1)、信号捕捉器(2)、相关器(3)和甄别电路(4)；所述信号调理器(1)将已转换成电信号的汽油和酒精气体浓度信号分别进行非线性处理，然后由所述信号捕捉器(2)捕捉处理后的汽油和酒精气体浓度信号中的有效信号，有效信号送到所述相关器(3)进行比较，最后经过所述甄别电路(4)鉴别后输出甄别结果；所述信号调理器(1)中包括两个独立的对数放大电路(11)，两个所述对数放大电路(11)分别将两路探头检测的汽油和酒精气体浓度电信号按对数规律进行非线性处理，将微弱信号放大、并压缩大信号幅值；所述信号捕捉器(2)包括两个信号整形电路(21)、与门(22)、第一单稳触发器(23)和第一对电子开关(24)，当处理后的空气中汽油和酒精气体浓度信号满足阈值时，所述信号捕捉器(2)才开始将汽油或酒精气体浓度信号捕捉为有效信号；所述相关器(3)包括两个峰值保持器(31)和一个比较器(32)，所述两个峰值保持器(31)分别保持两路信号的极值，再通过比较器(32)比较，区分出两路信号大小；所述甄别电路(4)包括两个第二对电子开关(41)和第二单稳触发器(42)，所述第二对电子开关(41)在第二单稳触发器(42)高电平下才触发导通。
2.根据权利要求1所述的快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路，其特征在于：所述信号整形电路(21)输入部分设有输入比较器，输入比较器正输入端连接所述对数放大电路(11)的输出，负输入端接直流可调电压信号用以设置捕捉阈值。
3.根据权利要求1所述的快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路的区分方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、处理后的空气中汽油和酒精气体浓度信号通过信号整形电路(21)整形，当信号各自满足阈值条件时，输出高电平；
S2、当信号整形电路(21)输出变成高电平时，触发第一单稳触发器(23)，第一单稳触发器(23)将保持高电平输出t1秒；
S3、第一单稳触发器(23)输出高电平时打开第一对电子开关(24)，此时第一对电子开关(24)为同步的两个单极开关，启动信号捕捉获取有效信号；
S4、第一对电子开关(24)开通后，两个峰值保持器(31)分别保持信号调理器(1)输出的极值；
S5、两个峰值保持器(31)的输出通过比较器(32)比较，比较器(32)需等到第二单稳触发器(42)上升沿触发使能后才输出比较结果，输出标准低电平或高电平；
S6、第一单稳触发器(23)高电平维持t1秒后输出恢复低电平，下降沿触发第二单稳触发器(42)，第二单稳触发器(42)保持高电平维持t2秒；同时第一对电子开关(24)关闭，等待下一次捕捉；
S7、第二单稳触发器(42)高电平触发比较器(32)使能端，比较器(32)输出该时刻比较结果，输出维持t2秒；
S8、根据比较器(32)输出的高电平或低电平，开通第二对电子开关(41)对应的通道，此时第二对电子开关(41)为同步的两个单极开关，最终输出对应通道信号值；
S9、第二单稳触发器(42)高电平保持t2秒后输出恢复低电平，其下降沿将两个峰值保持器(31)复位，恢复原始状态，电路无输出；
S10、电路完成一个检测周期，进入准备状态。
4.根据权利要求3所述的快速区分空气中低浓度汽油和酒精的电路的区分方法，其特征在于：当两个对数放大电路(11)的输出信号衰减到小于设定阈值时，所述信号整形电路(21)输出回零，整个电路回到初始状态。
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