CN113588732A - 一种气体传感器工作装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体传感器工作装置及其工作方法，所述工作装置包括盒体、至少三个传感器、驱动机构以及控制电路，其中包括至少一个传感器和至少两个第二传感器，所述驱动机构以及所有的传感器均与控制电路连接；所述盒体内部划分为至少三个腔室，每个腔室内均至少布置一个传感器；第一传感器用于对第二传感器进行校准；控制电路控制驱动机构动作使得当前第二传感器所在腔室与外界相通，其他第二传感器所在腔室密闭，当前第二传感器进行高频低压脉冲工作，其他第二传感器进行低频高压脉冲工作；本发明的优点在于：有效延长传感器的使用寿命，使得装置能长期在矿井下工作。
Description
技术领域
本发明涉及环境气体检测装置技术领域，更具体涉及一种气体传感器工作装置及其工作方法。
背景技术
随着物联网概念的不断深入人心，作为感知端的传感器及传感技术的发展也是日新月异。气体传感器是一种能够将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人利用的信息的器件。如氢气、甲烷等可燃气体传感器已被广泛应用到日常生活、工业生产、环境监控等方方面面，特别是甲烷气体传感器被广泛应用到地下矿井、家庭燃气泄漏、环境甲烷传感等方面。在过去的几十年里，就煤矿生产而言，瓦斯中毒或爆炸在煤炭生产中屡见不鲜，家庭燃气泄漏事故也是层出不穷。随着我国经济的快速发展，能源消耗不断升级。煤炭、天然气等能源的开采及使用也在不断增加，防范瓦斯事故的发生也面临着巨大挑战。避免瓦斯事故最重要的工作即是做好瓦斯的检测，能够实时动态的掌握环境中瓦斯的变化情况，一旦发现异常，能够及时采取措施，有效地降低事故发生。
催化燃烧传感器一般是通过铂丝将催化原件加热到400℃以上的高温，甲烷、氢气、乙烯等可燃气体在催化剂Pa、Pt等表面发生无焰燃烧，燃烧释放的热量提高了催化原件及铂丝的温度，铂丝温度上升，电阻增大，这样传感器电阻与可燃气体浓度就会呈对应关系。目前市场上的都为两个元件，即黑元件和白元件，白元件是没有催化剂的黑元件，作为补偿元件，通过惠斯通电桥连接，采集电桥电压信号，可减小环境干扰。然而在实际的矿下环境中，高温、高湿、粉尘，H2S等会导致传感器快速劣变，一般使用防水透气膜可阻挡一定的水汽和粉尘，然而H2S会与催化剂中的Pa等进行反应，所以传感器需要经常取出进行校准或更换。而且传统铂丝加热伴随的铂挥发，铂丝变细，传感器基线漂移，并且传感器的功耗非常大，更不利于矿下的多点布控。
中国专利申请号201510387763.0，公开了一种免标定的催化燃烧传感器工作方法，可燃气体检测仪使用传感器A和传感器B，两个传感器的零点和灵敏度相同，两个传感器出厂时通过标定记录零点和灵敏度；该专利申请提供一种免标定的催化燃烧传感器工作方法，实现催化燃烧传感器的免标定，极大提高催化燃烧传感器的可靠性，当出现传感器中毒(基线急剧变化、灵敏度急剧降低)时，能够及时报警，提醒用户更换传感器。但是该专利申请的标定传感器和测量传感器交换工作并不能有效延长传感器的使用寿命，且不能满足传感器的低功耗工作需求，从而导致不能长期在矿井下工作，不适用于矿井的应用场景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有气体传感器工作装置不能满足低功耗工作需求，从而不能有效延长传感器装置的使用寿命，导致不能长期在复杂环境如矿井下工作，且无法实现多点布控。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种气体传感器工作装置，包括盒体、至少三个传感器、驱动机构及控制电路，其中所述传感器包括至少一个第一传感器和至少两个第二传感器，所述驱动机构以及所有的传感器均与控制电路连接；所述盒体内部划分为至少三个腔室，每个腔室内均至少布置一个传感器；
所述第一传感器用于对第二传感器进行校准；控制电路控制驱动机构动作使得当前第二传感器所在腔室与外界相通，控制电路控制当前第二传感器进行高频低压脉冲工作，其他第二传感器进行低频高压脉冲工作；当需要切换其他第二传感器进行工作时，控制电路控制驱动机构动作使得被切换的第二传感器所在腔室与外界相通，同时控制电路控制被切换的第二传感器进行高频低压脉冲工作，被切换的第二传感器以外的其他第二传感器均进行低频高压脉冲工作。
本发明设置至少三个传感器，其中至少一个为第一传感器，至少两个为第二传感器，两个或两个以上第二传感器轮流工作的方式实现整机在实况使用时长时间不需要标定，第一传感器能自动校准第二传感器，不需要隔段时间就将传感器从井下拿上来校准，延长传感器在井下的工作时间；通过低压脉冲让传感器实时监控环境中的甲烷气体浓度，低频高压脉冲可使传感器的铂丝温度达到800℃以上，在此高温下传感器的催化剂中由于与H2S反应生成的PdSO4会发生分解恢复成Pd，实现传感器的自消毒，有效降低了传感器的劣变，提高传感器的使用寿命；同时高低压脉冲结合的工作方式极大的降低了传感器的功耗，进一步延长传感器的使用寿命，使传感器能长期在矿井下工作。
进一步地，所述腔室上方为盒体的内盖，内盖上位于每个腔室上方的位置均开设有第一通孔，内盖上设置有外盖，外盖上设置有第二通孔，所述外盖在驱动机构的驱动下转动；所述第二通孔与第一通孔重合时，对应腔室与外界相通，其他腔室均为密闭腔室。
更进一步地，每个所述传感器均可拆卸的连接在所述盒体的底板上。
更进一步地，第一通孔上贴附有防水透气膜和/或防尘网。
更进一步地，每个腔室内填充有SiO2气溶胶。
更进一步地，所述驱动机构包括电机，所述电机的输出轴与外盖中部固定连接。
再进一步地，所述盒体的中心设置有空心柱体，所述空心柱体由盒体的底部向上延伸并穿过内盖；所述空心柱体侧面与盒体内侧面之间连接若干个隔板，所述若干个隔板将盒体均匀划分为至少三个腔室，所述内盖下表面与所述隔板密封连接，所述电机的输出轴穿过空心柱体与外盖底面固定连接。
再进一步地，所述控制电路包括传感器控制单元、单片机和电机驱动芯片，所述每个传感器均对应一个传感器控制单元，每个传感器控制单元与单片机连接，单片机通过电机驱动芯片与电机连接，单片机的串口通信端口与外部设备通信连接，所述单片机以及电机驱动芯片均与电源连接；传感器控制单元包括电阻R1、电阻R2以及运放A1，所述电阻R1的一端以及传感器的第一端均与单片机的一个PWM控制端口连接，传感器的第二端与运放A1的同相端连接，电阻R1的另一端、电阻R2的一端以及运放A1的反相端连接，电阻R2的另一端以及传感器的第三端连接并接地。运放A1的输出端与单片机的DA转换端口连接。
本发明还提供一种气体传感器工作装置的工作方法，第一传感器用于对第二传感器进行校准；控制电路控制驱动机构动作使得当前第二传感器所在腔室与外界相通，其他第二传感器所在腔室密闭，控制电路控制当前第二传感器进行高频低压脉冲工作，其他第二传感器进行低频高压脉冲工作；当需要切换其他第二传感器进行工作时，控制电路控制驱动机构动作使得被切换的第二传感器所在腔室与外界相通，同时控制电路控制被切换的第二传感器进行高频低压脉冲工作，被切换的第二传感器以外的其他第二传感器均进行低频高压脉冲工作。
更进一步地，所述腔室上方为盒体的内盖，内盖上位于每个腔室上方的位置均开设有第一通孔，内盖上设置有外盖，外盖上设置有第二通孔，所述外盖在驱动机构的驱动下转动；所述第二通孔与第一通孔重合时，对应腔室与外界相通，其他腔室均为密闭腔室，当外盖的第二通孔与当前第二传感器对应的第一通孔位置重合时，控制电路控制当前第二传感器进行高频低压脉冲工作，其他第二传感器进行低频高压脉冲工作；当需要切换其他第二传感器进行高频低压工作时，电机驱动外盖旋转预设角度，外盖的第二通孔与某一个其他第二传感器正对的第一通孔位置重合，控制电路控制某一个其他第二传感器进行高频低压脉冲工作。
再进一步地，当前第二传感器工作预设工作时间段后，电机驱动外盖转动预设角度，当前第二传感器处于静默状态也即进行低频高压脉冲工作，而转动外盖预设角度以后到达位置的某个其他第二传感器进行高频低压脉冲工作；电机驱动过程中，若外界环境中有甲烷气体或当前第二传感器电位变化大于10％则电机不进行转动，直到当前第二传感器电位变化小于10％电机再进行转动。
再进一步地，所述静默状态也即低频高压脉冲工作方式每1h进行一次高压脉冲，电压为5～10V，通电时间为0-1s；所述高频低压脉冲工作为高电平为1～5V，时间为200～5000ms，低电平为0，时间为1s。
进一步地，所述第一传感器对第二传感器的校准包括零点标定，所述零点标定过程为：正在工作的第二传感器持续0～60min电压变化值小于0～10％，则认为此时环境为洁净空气，电机驱动外盖转动预设角度，外盖上的第二通孔与第一传感器上方的第一通孔重合，控制电路控制打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，电压范围为1-5V，第一传感器开启时间为0～60s，记录此时第一传感器数值，然后第一传感器进入静默状态，电机重新驱动外盖转动，打开一个第二传感器，如果第一传感器记录电桥电压值与其初始值偏差小于5％，则标定成功，否则标定失败，等待下一个时间段继续零点标定。
更进一步地，所述第一传感器对第二传感器的校准还包括灵敏度标定，所述灵敏度标定的过程为：零点标定成功后，当正在工作的第二传感器电位变化持续0～10min超过10％时，系统记录第二传感器电位变化，电机驱动外盖转动预设角度，外盖上的第二通孔与第一传感器上方的第一通孔重合，控制电路控制打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，供电时间为0～10s，记录第一传感器数值，随后转动外盖到原来的状态，控制电路将第一传感器作为标准，通过第一传感器对第二传感器的检测值进行校准。
本发明的优点在于：
(1)本发明设置至少三个传感器，其中至少一个为第一传感器，至少两个为第二传感器，两个或两个以上第二传感器轮流工作的方式实现整机在实况使用时长时间不需要标定，第一传感器能自动校准第二传感器，不需要隔段时间就将传感器从井下拿上来校准，延长传感器在井下的工作时间；通过低压脉冲让传感器实时监控环境中的甲烷气体浓度，低频高压脉冲可使传感器的铂丝温度达到800℃以上，在此高温下传感器的催化剂中由于与H2S反应生成的PdSO4会发生分解恢复成Pd，实现传感器的自消毒，有效降低了传感器的劣变，提高传感器的使用寿命；同时高低压脉冲结合的工作方式极大的降低了传感器的功耗，进一步延长传感器的使用寿命，使传感器能长期在矿井下工作。
(2)所述第一通孔上贴附有防水透气膜和防尘网，避免水汽以及粉尘干扰传感器，导致传感器检测精度下降，提升传感器使用寿命。
(3)本发明的每个腔室内填充有SiO2气溶胶，进行保温防湿防尘。
(4)本发明的电机在外界环境中有甲烷气体或传感器电位变化大于10％则不进行转动，直到传感器电位变化小于10％再进行转动，即只在外界空气为洁净空气时才进行第二传感器的转换。当检测到外界空气中有甲烷气体时，则让该第二传感器一直工作，持续报警，从而增加可靠性和安全性；同时避免再次电路切换，简化电路。
(5)本发明设置多个第二传感器，延长设备使用寿命，确保一个传感器在工作即可，如果一个传感器在工作中发生异常，可以转到另外一个传感器工作，可以间接延长整个装置的工作时间。
(6)本发明第二传感器的工作状态采用低压脉冲，低压脉冲能够延长传感器的使用时间，如传感器一直在加热，传感器中催化材料中的纳米材料在相互聚集，隔段时间开启一次低压脉冲，总体加热时间缩短，纳米材料趋向于聚集的能力变弱，实现实际使用寿命的延长。
附图说明
图1为实施例1所公开的一种气体传感器工作装置去掉外盖以后的俯视图；
图2为实施例1所公开的一种气体传感器工作装置的剖视图；
图3为实施例1所公开的一种气体传感器工作装置的底板、凹槽以及气孔等结构示意图；
图4为实施例1所公开的一种气体传感器工作装置中控制电路的原理图；
图5为实施例2所公开的一种气体传感器工作装置的工作方法的流程图；
图6为实施例2所公开的一种气体传感器工作装置的工作方法中高频低压脉冲工作的测试图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和图2所示，一种气体传感器工作装置，包括至少三个传感器1，其中所述传感器1包括至少一个第一传感器和至少两个第二传感器、盒体2、外盖3、驱动机构以及控制电路5，所述驱动机构为电机4，所述第一传感器用于对第二传感器进行校准。所述电机4以及所有的传感器1均与控制电路5连接。
所述盒体2内部均匀划分为至少三个腔室201，腔室201上方为盒体2的内盖202，每个腔室201内均至少布置一个传感器1，每个腔室201内一个传感器1工作，其他传感器1处于静默状态也即低频高压脉冲工作状态，当前第二传感器被污染，可切换其他第二传感器来工作，这些可通过控制电路5来实现。内盖202上位于每个腔室201上方的位置均开设有第一通孔205，内盖202上方设置有外盖3，外盖3上设置有第二通孔301，所述外盖3通过电机4驱动，外盖3在电机4的驱动下相对内盖202转动，转动过程中当所述第二通孔301与第一通孔205重合时，对应腔室201与外界相通，其他腔室201均密闭。
所述盒体2的中心设置有空心柱体203，所述空心柱体203由盒体2的底部向上延伸并穿过内盖202；所述空心柱体203侧面与盒体2内侧面之间连接若干个隔板204，所述若干个隔板204将盒体2均匀划分为至少三个腔室201，本实施例中设置三个腔室201，各隔板204之间形成120°夹角。所述内盖202下表面与所述隔板204密封连接，例如螺钉连接，为确保密封性，可在隔板204与盒体2上方与内盖202的配合处设置密封条。所述电机4的输出轴穿过空心柱体203与外盖3底面固定连接(连接方式可以是螺钉连接、紧配连接、粘贴连接等连接方式)，实现电机4驱动外盖3旋转。如图3所示，所述盒体2的底板206下表面(即腔室201底部)设置有凹槽207，所述凹槽207与腔室201一一对应设置，凹槽207上开设有多个气孔208，使凹槽207与腔室201内气体互通。控制电路5和传感器1均设置在PCB板209上，PCB板209倒扣连接在凹槽207的开口处，使传感器1位于凹槽207内，所述多个气孔208处可设置防水透气膜，进一步防止传感器1被污染；PCB板209与盒体2的底板206螺钉连接。实现传感器的模块化设计，节约成本，同时方便传感器1更换。也可以将传感器1及PCB板209直接设置在腔室201内，将传感器1用防水透气膜包裹。
第一通孔205上贴附有防水透气膜和防尘网，避免水汽以及粉尘干扰传感器1，导致传感器1检测精度下降，提升传感器1使用寿命。每个腔室201内填充有SiO2气溶胶，进行保温防湿防尘，填充量不宜过多，过多影响气体流通，也不宜过少，无法形成保护，本实施例中应控制5ml体积内0～10g SiO2气溶胶填充。
如图4所示，所述控制电路5包括传感器控制单元501、单片机502和电机驱动芯片503，所述每个传感器1均对应一个传感器控制单元501，每个传感器控制单元501与单片机502连接，单片机502通过电机驱动芯片503与电机4连接，单片机502的串口通信端口与外部设备通信连接，所述单片机502以及电机驱动芯片503均与电源连接；传感器控制单元501包括电阻R1、电阻R2以及运放A1，电阻R1和电阻R2均为匹配电阻，所述电阻R1的一端以及传感器1的第一端均与单片机502的一个PWM控制端口连接，传感器1的第二端与运放A1的同相端连接，电阻R1的另一端、电阻R2的一端以及运放A1的反相端连接，电阻R2的另一端以及传感器1的第三端连接并接地。运放A1的输出端与单片机502的DA转换端口连接。
本发明的工作过程为：控制电路5中的单片机502内置程序中可以设置电机4旋转角度对应的第二传感器以及第一传感器的编号，例如以三个传感器1为例，旋转0°+360°K对应第一传感器，旋转120°+360°K对应编号为1的第二传感器，旋转240°+360°K对应编号为2的第二传感器，K表示周期数，K取大于等于0的整数，电机4的旋转角度与传感器编号之间的关系在实际应用中根据需要调整，当一个腔室201内有多个传感器1的时候，一个旋转角度对应多个传感器1，对应腔室201内所有的传感器1顺次编号，可以在单片机502的内置程序中设定当腔室201与外界相通时，该腔室201下的某编号的传感器1工作，该腔室201下的其他传感器1以及其他腔室201内的传感器1静默状态。以下以每个腔室201设置一个传感器1为例，对工作过程进行描述，第一传感器用于对第二传感器进行校准，控制电路5控制电机4转动第一预设角度，使得外盖3在电机4的驱动下相对内盖202转动第一预设角度，外盖3上的所述第二通孔301与内盖202上的第一通孔205重合，当前第二传感器所在腔室201与外界相通，其他第二传感器所在腔室201密闭，单片机502根据电机4第一预设角度确定当前第二传感器的编号，从而控制对应编号的当前第二传感器进行高频低压脉冲工作，其他第二传感器进行低频高压脉冲工作；当需要切换其他第二传感器进行工作时，控制电路5控制电机4转动第二预设角度，使得外盖3在电机4的驱动下相对内盖202转动第二预设角度，外盖3上的所述第二通孔301与内盖202上的第一通孔205重合，此时被切换的其他第二传感器所在腔室201与外界相通，单片机502根据电机4转动的第二预设角度确定被切换的其他第二传感器的编号，从而控制对应编号的被切换的第二传感器进行高频低压脉冲工作，被切换的第二传感器以外的其他第二传感器进行低频高压脉冲工作，其中，高频低压脉冲以及低频高压脉冲的工作电压大小以及脉冲时间等均可以在单片机502的内置程序中设定。当前第二传感器工作满七天或者被污染，单片机502控制电机4旋转切换到下一个第二传感器进行工作，第二传感器的切换还可以是任何其他需要进行切换的时候，比如当前第二传感器损坏的时候。
通过以上技术方案，本发明设置至少三个传感器1，其中至少一个为第一传感器，至少两个为第二传感器，两个或两个以上第二传感器轮流工作的方式实现整机在实况使用时长时间不需要标定，第一传感器能自动校准第二传感器，不需要隔段时间就将传感器1从井下拿上来校准，延长传感器1在井下的工作时间，通过低压脉冲让传感器1实时监控环境中的甲烷气体浓度，低频高压脉冲可使传感器1的铂丝温度达到800℃以上，在此高温下传感器1的催化剂中由于与H2S反应生成的PdSO4会发生分解恢复成Pd，实现传感器1的自消毒，有效降低了传感器1的劣变，提高传感器1的使用寿命，同时高低压脉冲结合的工作方式极大的降低了传感器1的功耗，进一步延长传感器1的使用寿命，使传感器1能长期在矿井下工作。
本发明的传感器1可以是各种类型的气体传感器，不限于催化燃烧气体传感器，检测的气体如氢气、甲烷、丙烷、VOC等。
实施例2
如图5所示，基于本发明实施例1提供的工作装置，本发明的实施例2提供该工作装置的工作方法：当外盖3的第二通孔301与当前第二传感器对应的第一通孔205位置重合时，控制电路5控制当前第二传感器进行高频低压脉冲工作，其他第二传感器进行低频高压脉冲工作；当需要切换其他第二传感器进行高频低压工作时，电机4驱动外盖3旋转预设角度，外盖3的第二通孔301与某一个其他第二传感器正对的第一通孔205位置重合，控制电路5控制某一个其他第二传感器进行高频低压脉冲工作。以三个传感器1为例，当外盖3的第二通孔301与一个第二传感器正对的第一通孔205位置重合时，该第二传感器进行高频低压脉冲工作，另外一个第二传感器进行低频高压脉冲工作也即处于静默状态；当需要切换到另一个第二传感器进行工作时，电机4驱动外盖3旋转120°，外盖3的第二通孔301与另一个第二传感器正对的第一通孔205位置重合，另一个第二传感器进行高频低压脉冲工作，原来的第二传感器处于静默状态。需要说明的是，电机4转动角度根据实际情况设定，当有四个传感器1时，电机4每次转动90°，以此类推。电机4旋转从而控制第二传感器以及第一传感器的工作与否，通过控制电路5中单片机502内置程序实现。
工作时初始状态为外盖3的第二通孔301对准一个第二传感器对应的第一通孔205，该第二传感器进行高频低压脉冲工作，此时另一第二传感器为静默状态，上电后等待标定时间段出现，依次进行零点标定和灵敏度标定。7天为一个工作时间段，正在工作的第二传感器工作7天后，电机4驱动外盖3转动120°，让处于静默状态的第二传感器进行工作，而之前工作的传感器1进入静默状态，电机4驱动过程中，若外界环境中有甲烷气体或当前第二传感器电位变化大于10％则电机4不进行转动，直到当前第二传感器电位变化小于10％电机4再进行转动，即只在外界空气为洁净空气时才进行第二传感器的转换。所述静默状态也即低频高压脉冲工作方式是指每1h进行一次高压脉冲，电压为5～10V，通电时间为0-1s，电压不宜过高，通电时间不宜过长，会导致传感器1过载，损坏传感器1，根据实际情况设定；所述高频低压脉冲工作是指高电平为1～5V，时间为200～5000ms，低电平为0，时间为1s，时间需根据工况功耗确定，为确保能及时预警。如图6所示为高频低压脉冲工作的测试图，空气状态下，给传感器1施加1.8V电压，传感器1的电压变化值为0mv，有了甲烷气体后，传感器1的电压变化值为10mv，纵轴负数是由于催化燃烧传感器1的电桥电压可能偏大或偏小，所以它可能是正、负、零。
本发明所设计传感装置出厂时控制电路5已记录各传感器1初始电位及灵敏度值。在进入实操环境中时，首先进行传感器1的标定。所述第一传感器对第二传感器的校准包括零点标定，所述零点标定过程为：以三个传感器1为例，正在工作的第二传感器持续0～60min电压变化值小于0～10％，则认为此时环境为洁净空气，电机4驱动外盖3转动120度，外盖3上的第二通孔301与第一传感器上方的第一通孔205重合，第一传感器通电，第二传感器断电，从而打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，电压范围为1-5V，第一传感器开启时间为0～60s，记录此时第一传感器数值，然后第一传感器进入静默状态，电机4重新驱动外盖3转动，打开一个第二传感器，如果第一传感器记录电桥电压值与其初始值偏差小于5％，则标定成功，否则标定失败，等待下一个时间段继续零点标定。
所述第一传感器对第二传感器的校准还包括灵敏度标定，所述灵敏度标定的过程为：零点标定成功后，当正在工作的第二传感器电位变化持续0～10min超过10％时，系统记录第二传感器电位变化，电机4驱动外盖3转动预设角度，外盖3上的第二通孔301与第一传感器上方的第一通孔205重合，打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，供电时间为0～10s，记录第一传感器数值，随后转动外盖3到原来的状态，将第一传感器作为标准，通过第一传感器校准第二传感器。一次标定成功后的，该第二传感器的工作时间内不再进行标定。
实施例3
本发明实施例3给出实施例2提供的工作方法的一种具体实例，工作时初始状态为外盖3的第二通孔301对准其中一个第二传感器所在位置的第一通孔205，该第二传感器为工作状态，进行低压脉冲，高电平为3.3V，时间为500ms，低电平为0，周期为5s。此时另一个第二传感器为静默状态，处于封闭空间，每24h进行一次高压脉冲，电压为6.4V，通电时间为30ms，7天为一个工作时间段，工作状态下的第二传感器工作7天后电机4转动120度，让处于静默状态的第二传感器进行工作，而之前处于工作状态的第二传感器进入静默状态。在电机4的驱动过程中，若处于工作状态的第二传感器电位变化大于10％则电机4不进行转动，直到处于工作状态的第二传感器电位变化小于10％电机4再进行转动。
零点标定，处于工作状态的第二传感器持续30min电压变化值小于10％，认为此时环境为洁净空气，电机4转动外盖3，打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，电压为6.6V，第一传感器开启时间为10s，记录此时第一传感器数值，然后关闭第一传感器，重新打开第二传感器。
灵敏度标定，当处于工作状态的第二传感器电位变化持续10min超过10％时，系统记录该第二传感器电位变化，电机4转动外盖3，打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，供电时间为10s，记录第一传感器数值，将第一传感器作为标准，通过第一传感器校准第二传感器。
实施例4
本发明实施例4给出实施例2提供的工作方法的另一种具体实例，工作时初始状态为外盖3的第二通孔301对准其中一个第二传感器所在位置的第一通孔205，该第二传感器为工作状态，进行低压脉冲，高电平为3.6V，时间为300ms，低电平为0，周期为5s。此时另一个第二传感器为静默状态，处于封闭空间，每24h进行一次高压脉冲，电压为7V，通电时间为10ms，7天为一个工作时间段，工作状态下的第二传感器工作7天后电机4转动120度，让处于静默状态的第二传感器进行工作，而之前工作状态的第二传感器进入静默状态。在电机4的驱动过程中，若处于工作状态的第二传感器电位变化大于10％则电机4不进行转动，直到处于工作状态的第二传感器电位变化小于10％电机4再进行转动。
零点标定，处于工作状态的第二传感器持续30min电压变化值小于10％，认为此时环境为洁净空气，电机4转动外盖3，打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，电压为3.6V，第一传感器开启时间为10s，记录此时第一传感器数值，然后关闭第一传感器，重新打开第二传感器。
灵敏度标定，当处于工作状态的第二传感器电位变化持续5min超过10％时，系统记录该第二传感器电位变化，电机4转动外盖3，打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，供电时间为10s，记录第一传感器数值，将第一传感器作为标准，通过第一传感器校准第二传感器。
实施例5
本发明实施例5给出实施例2提供的工作方法的再一种具体实例，作时初始状态为外盖3的第二通孔301对准其中一个第二传感器所在位置的第一通孔205，该第二传感器为工作状态，进行低压脉冲，高电平为4.2V，时间为400ms，低电平为0，周期为1s。此时另一个第二传感器为静默状态，处于封闭空间，每12h进行一次高压脉冲，电压为6.8V，通电时间为30ms，7天为一个工作时间段，工作状态下的第二传感器工作7天后电机4转动120度，让处于静默状态的第二传感器进行工作，而之前处于工作状态的第二传感器进入静默状态。在电机4的驱动过程中，若处于工作状态的第二传感器电位变化大于5％则电机4不进行转动，直到处于工作状态的第二传感器电位变化小于10％再进行转动。
零点标定，处于工作状态的第二传感器持续30min电压变化值小于10％，认为此时环境为洁净空气，电机4转动外盖3，打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，电压为3.6V，第一传感器开启时间为10s，记录此时第一传感器数值，然后关闭第一传感器，重新打开第二传感器。
灵敏度标定，当处于工作状态的第二传感器电位变化持续10min超过5％时，系统记录该第二传感器电位变化，电机4转动外盖3，打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，供电时间为10s，记录第一传感器数值，将第一传感器作为标准，通过第一传感器校准第二传感器。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种气体传感器工作装置，其特征在于，包括盒体、至少三个传感器、驱动机构以及控制电路，其中所述传感器包括至少一个第一传感器和至少两个第二传感器；所述驱动机构以及所有的传感器均与控制电路连接；所述盒体内部划分为至少三个腔室，每个腔室内均至少布置一个传感器；
所述第一传感器用于对第二传感器进行校准；控制电路控制所述驱动机构动作使得当前第二传感器所在腔室与外界相通，控制电路控制当前第二传感器进行高频低压脉冲工作，其他第二传感器进行低频高压脉冲工作；当需要切换其他第二传感器进行工作时，控制电路控制驱动机构动作使得被切换的第二传感器所在腔室与外界相通，同时控制电路控制被切换的第二传感器进行高频低压脉冲工作，被切换的第二传感器以外的其他第二传感器均进行低频高压脉冲工作。
2.根据权利要求1所述的一种气体传感器工作装置，其特征在于，所述腔室上方为盒体的内盖，内盖上位于每个腔室上方的位置均开设有第一通孔，内盖上设置有外盖，外盖上设置有第二通孔，所述外盖在驱动机构的驱动下转动；所述第二通孔与第一通孔重合时，对应腔室与外界相通，其他腔室均为密闭腔室。
3.根据权利要求2所述的一种气体传感器工作装置，其特征在于，所述盒体的中心设置有空心柱体，所述空心柱体由盒体的底部向上延伸并穿过所述内盖；所述空心柱体侧面与盒体内侧面之间连接若干个隔板，所述若干个隔板将盒体均匀划分为至少三个腔室，所述内盖下表面与所述隔板密封连接，所述驱动机构包括电机，所述电机的输出轴穿过空心柱体与外盖底面固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种气体传感器工作装置，其特征在于，所述控制电路包括传感器控制单元、单片机和电机驱动芯片，所述每个传感器均对应一个传感器控制单元，每个传感器控制单元与单片机连接，单片机通过电机驱动芯片与电机连接，单片机的串口通信端口与外部设备通信连接，所述单片机以及电机驱动芯片均与电源连接；传感器控制单元包括电阻R1、电阻R2以及运放A1，所述电阻R1的一端以及传感器的第一端均与单片机的一个PWM控制端口连接，传感器的第二端与运放A1的同相端连接，电阻R1的另一端、电阻R2的一端以及运放A1的反相端连接，电阻R2的另一端以及传感器的第三端连接并接地；运放A1的输出端与单片机的DA转换端口连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种气体传感器工作装置的工作方法，其特征在于，所述第一传感器用于对第二传感器进行校准；控制电路控制驱动机构动作使得当前第二传感器所在腔室与外界相通，其他第二传感器所在腔室密闭，控制电路控制当前第二传感器进行高频低压脉冲工作，其他第二传感器进行低频高压脉冲工作；当需要切换其他第二传感器进行工作时，控制电路控制驱动机构动作使得被切换的第二传感器所在腔室与外界相通，同时控制电路控制被切换的第二传感器进行高频低压脉冲工作，被切换的第二传感器以外的其他第二传感器均进行低频高压脉冲工作。
6.根据权利要求5所述的一种气体传感器工作方法，其特征在于，所述腔室上方为盒体的内盖，内盖上位于每个腔室上方的位置均开设有第一通孔，内盖上设置有外盖，外盖上设置有第二通孔，所述外盖在驱动机构的驱动下转动；所述第二通孔与第一通孔重合时，对应腔室与外界相通，其他腔室均为密闭腔室，当外盖的第二通孔与当前第二传感器对应的第一通孔位置重合时，控制电路控制当前第二传感器进行高频低压脉冲工作，其他第二传感器进行低频高压脉冲工作；当需要切换其他第二传感器进行高频低压工作时，电机驱动外盖旋转预设角度，外盖的第二通孔与某一个其他第二传感器正对的第一通孔位置重合，控制电路控制某一个其他第二传感器进行高频低压脉冲工作。
7.根据权利要求6所述的一种气体传感器工作装置的工作方法，其特征在于，当前第二传感器工作预设工作时间段后，电机驱动外盖转动预设角度，当前第二传感器处于静默状态也即进行低频高压脉冲工作，而转动外盖预设角度以后到达位置的某个其他第二传感器进行高频低压脉冲工作；电机驱动过程中，若外界环境中有甲烷气体或当前第二传感器电位变化大于10％则电机不进行转动，直到当前第二传感器电位变化小于10％电机再进行转动。
8.根据权利要求7所述的一种气体传感器工作装置的工作方法，其特征在于，所述静默状态也即低频高压脉冲工作方式每1h进行一次高压脉冲，电压为5～10V，通电时间为0-1s；所述高频低压脉冲工作为高电平为1～5V，时间为200～5000ms，低电平为0，时间为1s。
9.根据权利要求5所述的一种气体传感器工作装置的工作方法，其特征在于，所述第一传感器对第二传感器的校准包括零点标定，所述零点标定过程为：正在工作的第二传感器持续0～60min电压变化值小于0～10％，则认为此时环境为洁净空气，电机驱动外盖转动预设角度，外盖上的第二通孔与第一传感器上方的第一通孔重合，控制电路控制打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，电压范围为1-5V，第一传感器开启时间为0～60s，记录此时第一传感器数值，然后第一传感器进入静默状态，电机重新驱动外盖转动，打开一个第二传感器，如果第一传感器记录电桥电压值与其初始值偏差小于5％，则标定成功，否则标定失败，等待下一个时间段继续零点标定。
10.根据权利要求9所述的一种气体传感器工作装置的工作方法，其特征在于，所述第一传感器对第二传感器的校准还包括灵敏度标定，所述灵敏度标定的过程为：零点标定成功后，当正在工作的第二传感器电位变化持续0～10min超过10％时，系统记录第二传感器电位变化，电机驱动外盖转动预设角度，外盖上的第二通孔与第一传感器上方的第一通孔重合，控制电路控制打开第一传感器，进行相同电压的持续供电，供电时间为0～10s，记录第一传感器数值，随后转动外盖到原来的状态，控制电路将第一传感器作为标准，通过第一传感器对第二传感器的检测值进行校准。
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Country or region after: China Address after: 230088 building D6, phase I, Zhongan chuanggu Science Park, No. 900, Wangjiang West Road, high tech Zone, Hefei, Anhui Applicant after: Micro nano perception (Hefei) Technology Co.,Ltd. Address before: 230088 building D6, Zhongan chuanggu science and Technology Park, high tech Zone, Hefei City, Anhui Province Applicant before: HEFEI MICRO NANO SENSING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| GR01 | Patent grant | ||
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