CN113325070A - 一种潜水使用的混合气体成分比例的分析装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种潜水使用的混合气体成分比例的分析装置及方法，本发明通过氧气传感器检测出被测气体的氧气浓度，通过超声波收发器来测量出声波在被测气体中的声速，从而得出氦气的含量，再根据氧气浓度和氦气含量，间接得到氮气的比例。采用上述设计，使得本发明能够准确且快速的分析出气体成分比例。
Description
技术领域
本发明涉及潜水领域，特别是涉及一种潜水使用的混合气体成分比例的分析装置及方法。
背景技术
潜水混合气体的构成对于潜水生理模型计算是至关重要的，因此需要一个设备可以精确地分析吸入气体的气体构成，且它必须满足小型化、低功耗、响应快速以及高准确性需求。
因此，现在亟需设计一种能解决上述一个或者多个问题的潜水使用的混合气体成分比例的分析装置及方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的一个或者多个问题，本发明提供了一种潜水使用的混合气体成分比例的分析装置及方法。
本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：一种潜水使用的混合气体成分比例的分析装置，所述分析装置与气体管路连通,所述分析装置包括：
装置本体,所述装置本体上设有分析腔,所述分析腔用于收集被测气体；
氧气传感器,所述氧气传感器设置在所述分析腔内,用于检测所述分析腔内被测气体的氧气浓度；
超声波收发器,所述超声波收发器用于发出特定模式的调制信号,调制信号能够在分析腔内行进并折射返回；以及
微控制器，所述氧气传感器和所述超声波收发器分别与所述微控制器电连接。
在一些实施例中，所述氧气传感器包括：
用于收集被测气体的采样腔；
设置在所述采样腔内的红外发光二极管；
设置在所述采样腔内的光电二极管；
与所述红外发光二极管相配合的聚焦镜；
与所述聚焦镜相配合的光纤,所述红外发光二极管发出的红外线经过所述聚焦镜聚焦后,再通过所述光纤将波长为760nm～1000nm的红外线折射到所述光电二极管上；
用于测量气体压强的压力传感器；以及
设置在所述装置本体上的电路板,所述压力传感器、所述红外发光二极管和所述光电二极管分别与所述电路板电连接。
在一些实施例中，所述光电二极管上设有带通滤镜。
本发明还提出一种分析潜水使用的混合气体成分比例的方法，所述方法包括：
S1、令气体成分为氧气、氮气和氦气的被测气体进入分析腔内；
S2、氧气传感器采集分析腔内的被测气体，得到氧气分压,并结合压力传感器所检测到的数据得出被测气体中的氧气浓度；
S3、超声波收发器发出特定模式的调制信号，调制信号在充满被测气体的分析腔内行进并折射返回；
S4、测量出调制信号发射和返回后的时间差，在已知调制信号运动距离的前提下,得出声波在被测气体中的声速；
S5、在相同的温度和压强下，改变被测气体的氦气浓度，计算声波在不同氦气浓度下的声速，并将声速加以比较，从而得出氦气的浓度；
S6、已知氧气浓度和氦气浓度，来间接得出氮气的含量。
在一些实施例中，S2中氧气浓度的检测方法包括：
S21、红外发光二极管发射出波长为760nm～1000nm的红外线；
S22、红外线经过聚焦镜的聚焦和光纤的折射后，被光电二极管吸收,得出光电二极管输出值；
S23、将常压下使用标定氧气的光电二极管输出值与被测气体的光电二极管输出值进行比较,根据不同氧分压下不同气体的光电二极管输出值,来得到被测气体的氧分压值；
S24、通过压力传感器得到被测气体的压强，可将氧分压值换算成氧气浓度。
本发明的有益效果是：相较于现有技术，本发明通过氧气传感器检测出被测气体的氧气浓度，通过超声波收发器来测量出声波在被测气体中的声速，从而得出氦气的含量，再根据氧气浓度和氦气含量，间接得到氮气的比例。采用上述设计，使得本发明能够准确且快速的分析出气体成分比例。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明较佳实施例氧气传感器的结构示意图；
图3为本发明较佳实施例分析方法的流程图；
图4为本发明较佳实施例检测氧气浓度的流程图。
图中：
1-分析腔；
2-氧气传感器；21-采样腔；22-憎水膜；23-红外发光二极管；24-光电二极管；25-聚焦镜；26-光纤；27-带通滤镜；28-电路板；29-压力传感器；
3-气体管路；
4-超声波收发器；
5-微控制器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加浅显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-图4所示，本发明提供了一种潜水使用的混合气体成分比例的分析装置，所述分析装置与气体管路3连通,所述分析装置包括：
装置本体,所述装置本体上设有分析腔1,所述分析腔1用于收集被测气体；
氧气传感器2,所述氧气传感器2设置在所述分析腔1内,用于检测所述分析腔1内被测气体的氧气浓度；
超声波收发器4,所述超声波收发器4用于发出特定模式的调制信号,调制信号能够在分析腔1内行进并折射返回；以及
微控制器5，所述氧气传感器2和所述超声波收发器4分别与所述微控制器5电连接。
具体的，潜水呼吸气体由氧气、氮气及氦气组成，因此本实施例的被测气体成分也是由氧气、氮气及氦气组成。本实施例将分析腔1连接气体管路3，以便被测气体能够进入分析腔1内；气体进入分析腔1内后，经过氧气传感器2检测氧气浓度；再经过设置在分析腔1一侧的超声波收发器4发出调制信号，调制信号在分析腔1内行进并返回，在已知调制信号的运动距离前提下,根据超声波收发器4接收到信号返回的时间来得到声速,从而得出氦气浓度；当氧气浓度和氦气浓度均得知后，即可得知氮气浓度，本实施例里的超声波收发器4选择市面现有的即可。
在一些实施例中，所述氧气传感器2包括：
用于收集被测气体的采样腔21；
设置在所述采样腔21内的红外发光二极管23；
设置在所述采样腔21内的光电二极管24；
与所述红外发光二极管23相配合的聚焦镜25；
与所述聚焦镜25相配合的光纤26,所述红外发光二极管23发出的红外线经过所述聚焦镜25聚焦后,再通过所述光纤26将波长为760nm～1000nm的红外线折射到所述光电二极管24上；
用于测量气体压强的压力传感器29；以及
设置在所述装置本体上的电路板28,所述压力传感器29、所述红外发光二极管23和所述光电二极管24分别与所述电路板28电连接。
具体的，本实施例检测氧气浓度时，既可采用市面现有的氧气传感器2，也可采用本实施例所述的氧气传感器2进行检测。本实施例的氧气传感器2是通过红外发光二极管23发出特定波长的红外线，例如波长为760nm～1000nm的红外线,经过聚焦和折射后，被光电二极管24吸收，其中红外线在发射出和被光电二极管24吸收时，有部分红外线会被气体中的氧气给吸收，其余部分被光电二极管24吸收，根据光电二极管24的输出值，与不同氧分压下的气体的光电二极管输出值进行比较，继而得出被测气体的氧分压值，再经过压力传感器29测得被测气体的压强，从而换算出氧气浓度。需要说明的是，氧气能够吸收波长为760nm～1000nm的红外线，尤其是760nm波长的红外线,但这个波长不会对氮气、水蒸气以及氦气进行吸收。
在一些实施例中，所述光电二极管24上设有带通滤镜27。
具体的，为了避免光电二极管24受其他波长的光线影响，本实施例通过带通滤镜27来使得光电二极管24吸收的红外线为波长为760nm～1000nm的红外线。本实施例还可在采样腔21处设置防水透气膜，用于隔绝液体水分子进入采样腔21内，并允许气体进入采样腔21内。
本发明还提出一种分析潜水使用的混合气体成分比例的方法，所述方法包括：
S1、令气体成分为氧气、氮气和氦气的被测气体进入分析腔1内；
S2、氧气传感器2采集分析腔1内的被测气体，得到氧气分压,并结合压力传感器29所检测到的数据得出被测气体中的氧气浓度；
S3、超声波收发器4发出特定模式的调制信号，调制信号在充满被测气体的分析腔1内行进并折射返回；
S4、测量出调制信号发射和返回后的时间差，在已知调制信号运动距离的前提下,得出声波在被测气体中的声速；
S5、在相同的温度和压强下，改变被测气体的氦气浓度，计算声波在不同氦气浓度下的声速，并将声速加以比较，从而得出氦气的浓度；
S6、已知氧气浓度和氦气浓度，来间接得出氮气的含量。
具体的，本实施例可通过市面现有的氧气传感器2和检测方法来检测氧气的浓度，也可根据本实施例的氧气传感器2或方法来检测。测量声速时，在相同温度和压强的情况下，由于氦气浓度不同，会对声速造成影响，例如声波在空气下的340m/s到纯氦气的1020m/s，因此可在相同温度和压强下，改变氦气的浓度，来计算声波在不同氦气浓度下的声速，本实施例还可通过不同压强和温度的数据标定，来获得声速在不同压强和温度下与氦气浓度的关系。
在一些实施例中，S2中氧气浓度的检测方法包括：
S21、红外发光二极管23发射出波长为760nm～1000nm的红外线；
S22、红外线经过聚焦镜25的聚焦和光纤26的折射后，被光电二极管24吸收,得出光电二极管输出值；
S23、将常压下使用标定氧气的光电二极管输出值与被测气体的光电二极管输出值进行比较,根据不同氧分压下不同气体的光电二极管输出值,来得到被测气体的氧分压值；
S24、通过压力传感器29得到被测气体的压强，可将氧分压值换算成氧气浓度。
具体的，本实施例通过将常压下被测气体中红外线被光电二极管24吸收后得到的光电二极管输出值，和常压下使用标定氧气的光电二极管输出值来进行比较,来获得被测气体的氧分压值，其中标定氧气为自定义的氧气含量。得出氧分压值后，可通过测量被测气体的压强，来得到氧气浓度。
综上所述，相较于现有技术，本发明通过氧气传感器2检测出被测气体的氧气浓度，通过超声波收发器4来测量出声波在被测气体中的声速，从而得出氦气的含量，再根据氧气浓度和氦气含量，间接得到氮气的比例。采用上述设计，使得本发明能够准确且快速的分析出气体成分比例。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种或者多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种潜水使用的混合气体成分比例的分析装置，其特征在于，所述分析装置与气体管路连通,所述分析装置包括：
装置本体,所述装置本体上设有分析腔,所述分析腔用于收集被测气体；
氧气传感器,所述氧气传感器设置在所述分析腔内,用于检测所述分析腔内被测气体的氧气浓度；
超声波收发器,所述超声波收发器用于发出特定模式的调制信号,调制信号能够在分析腔内行进并折射返回；以及
微控制器，所述氧气传感器和所述超声波收发器分别与所述微控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的潜水使用的混合气体成分比例的分析装置，其特征在于，所述氧气传感器包括：
用于收集被测气体的采样腔；
设置在所述采样腔内的红外发光二极管；
设置在所述采样腔内的光电二极管；
与所述红外发光二极管相配合的聚焦镜；
与所述聚焦镜相配合的光纤,所述红外发光二极管发出的红外线经过所述聚焦镜聚焦后,再通过所述光纤将波长为760nm～1000nm的红外线折射到所述光电二极管上；
用于测量气体压强的压力传感器；以及
设置在所述装置本体上的电路板,所述压力传感器、所述红外发光二极管和所述光电二极管分别与所述电路板电连接。
3.根据权利要求2所述的潜水使用的混合气体成分比例的分析装置，其特征在于，所述光电二极管上设有带通滤镜。
4.一种分析潜水使用的混合气体成分比例的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、令气体成分为氧气、氮气和氦气的被测气体进入分析腔内；
S2、氧气传感器采集分析腔内的被测气体，得到氧气分压,并结合压力传感器所检测到的数据得出被测气体中的氧气浓度；
S3、超声波收发器发出特定模式的调制信号，调制信号在充满被测气体的分析腔内行进并折射返回；
S4、测量出调制信号发射和返回后的时间差，在已知调制信号运动距离的前提下,得出声波在被测气体中的声速；
S5、在相同的温度和压强下，改变被测气体的氦气浓度，计算声波在不同氦气浓度下的声速，并将声速加以比较，从而得出氦气的浓度；
S6、已知氧气浓度和氦气浓度，来间接得出氮气的含量。
5.根据权利要求4所述的潜水使用的混合气体成分比例的分析装置，其特征在于，S2中氧气浓度的检测方法包括：
S21、红外发光二极管发射出波长为760nm～1000nm的红外线；
S22、红外线经过聚焦镜的聚焦和光纤的折射后，被光电二极管吸收,得出光电二极管输出值；
S23、将常压下使用标定氧气的光电二极管输出值与被测气体的光电二极管输出值进行比较,根据不同氧分压下不同气体的光电二极管输出值,来得到被测气体的氧分压值；
S24、通过压力传感器得到被测气体的压强，可将氧分压值换算成氧气浓度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210831 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |