CN113720989A - 一种传感器寿命的检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种传感器寿命的检测系统及检测方法。传感器包括检测元件，检测元件和其他元件形成电桥电路，电桥电路中的可变电阻为检测元件对应的电阻，检测方法包括：获取传感器的检测元件输出的检测电压；根据检测电压获取检测元件的电阻变化率；根据电阻变化率获取传感器的损耗变量，并判断损耗变量是否超过预设的阈值；若判断的结果为是，则输出传感器的寿命已经超过使用极限的结果。因此，本申请通过检测传感器的检测元件的检测电压，获取检测元件的电阻变化，该电阻变化表征传感器使用过程中的损耗，通过电阻变化获取损耗的程度，从而检测出传感器的寿命，避免提前报废带来的资源浪费以及过期使用带来的安全隐患。

Description

一种传感器寿命的检测系统及检测方法

技术领域

本申请涉及消防报警技术领域，特别是涉及一种传感器寿命的检测系统及检测方法。

背景技术

随着工业化的发展，可燃/毒性气体已经成为我们在生产和生活中不得不面对的危险来源，涉及化工行业、危险品储运、垃圾填埋、城市污水处理、各类地下管线等各个方面。可燃气体检测器产品可单独用在气体泄漏场所探测报警，也可与各类火灾报警控制器连接，和其他种类火灾检测器一起构成总线制火灾报警系统，广泛用于家庭、宾馆、公寓等存在可燃气体的场所进行安全监测，也可用于防爆场所。

催化燃烧是可燃气体传感器中应用最广泛的检测手段，它具有成本低，检测快，体积小，便于集成等优点。目前可燃气体报警器包括催化燃烧式的。催化燃烧式可燃气体传感器寿命受温度、湿度、气体浓度、使用损耗等多重因素影响，目前市面上现有的可燃气体传感器模块寿命统一归一化使用生产厂家设定寿命，没有考虑到各个传感器之间的差异性，以及不同用户使用环境的差异，现实使用中存在超限使用或提前退役情况，对于客户而言，存在一定的安全隐患及资源浪费。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种传感器寿命的检测系统及检测方法，能够检测传感器的寿命，从而避免提前报废带来的资源浪费以及过期使用带来的安全隐患。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种传感器寿命的检测方法，所述传感器包括检测元件，所述检测元件和其他元件形成电桥电路，所述电桥电路中的可变电阻为所述检测元件对应的电阻，所述检测方法包括：

获取所述传感器的检测元件输出的检测电压；

根据所述检测电压获取所述检测元件的电阻变化率；

根据所述电阻变化率获取所述传感器的损耗变量，并判断所述损耗变量是否超过预设的阈值；

若判断的结果为是，则输出所述传感器的寿命已经超过使用极限的结果。

其中，获取所述传感器的检测元件输出的检测电压的步骤包括：

获取所述传感器的检测元件当前的检测电压和初始的检测电压。

其中，根据所述检测电压获取所述检测元件的电阻变化率的步骤包括：

根据所述当前的检测电压获取所述检测元件当前的电阻值，根据所述初始的检测电压获取所述检测元件初始的电阻值；

根据所述当前的电阻值和所述初始的电阻值获取所述电阻变化率。

其中，根据所述当前的电阻值和所述初始的电阻值获取所述电阻变化率的步骤包括：

所述电阻变化率的计算公式为：

其中，所述R0为所述初始的电阻值，所述ΔR为电阻变化量，ΔR＝R-R0，所述R为所述当前的电阻值。

其中，根据所述电阻变化率获取所述传感器的损耗变量的步骤包括：

所述损耗变量与所述电阻变化率的关系为：

其中所述D为所述损耗变量。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种传感器寿命的检测系统，所述传感器包括检测元件，所述检测元件和其他元件形成电桥电路，所述电桥电路中的可变电阻为所述检测元件对应的电阻，所述检测系统包括：

数模转换器，用于获取所述传感器的检测元件输出的检测电压；

处理器，用于根据所述检测电压获取所述检测元件的电阻变化率，并根据所述电阻变化率获取所述传感器的损耗变量，进一步判断所述损耗变量是否超过预设的阈值，在判断的结果为是时，输出所述传感器的寿命已经超过使用极限的结果。

其中，数模转换器分别获取所述传感器的检测元件当前的检测电压和初始的检测电压。

其中，处理器根据所述当前的检测电压获取所述检测元件当前的电阻值，根据所述初始的检测电压获取所述检测元件初始的电阻值，并进一步根据所述当前的电阻值和所述初始的电阻值获取所述电阻变化率。

其中，电阻变化率的计算公式为：

其中，所述R0为所述初始的电阻值，所述ΔR为电阻变化量，ΔR＝R-R0，所述R为所述当前的电阻值。

其中，损耗变量与所述电阻变化率的关系为：

其中所述D为所述损耗变量。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供一种传感器寿命的检测系统及检测方法。检测方法包括：首先获取传感器的检测元件输出的检测电压，然后根据检测电压获取检测元件的电阻变化率，进而根据电阻变化率获取传感器的损耗变量，并判断损耗变量是否超过预设的阈值，若判断的结果为是，则输出传感器的寿命已经超过使用极限的结果。因此，本申请通过检测传感器的检测元件的检测电压，获取检测元件的电阻变化，该电阻变化表征传感器使用过程中的损耗，通过电阻变化获取损耗的程度，从而检测出传感器的寿命，避免提前报废带来的资源浪费以及过期使用带来的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1是本申请实施例的传感器的内部电路结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种传感器的检测系统的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种传感器的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……) 仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请一并参阅图1，图1是本申请实施例提供的传感器的内部电路结构示意图。如图1所示，传感器10包括检测元件11和其他元件12，检测元件11和其他元件12形成电桥电路，电桥电路中的可变电阻Rd为检测元件11对应的电阻。

在实际应用中，传感器10的检测元件是随着传感器的使用而容易损耗的元件，检测元件11的损耗可影响传感器10的寿命。例如，催化燃烧式可燃气体传感器是利用催化燃烧的热效应原理，当空气中有一定浓度的可燃气体时，气体在检测载体表面及催化剂的作用下发生无焰燃烧。本实施例应用中传感器10 采用的惠斯顿电桥电路，电桥电路中的可变电阻Rd为检测元件11对应的电阻，当发生无焰燃烧时检测元件11的电阻值上升，电桥失去平衡，产生检测电压输出，进而起到气体浓度检测的作用。目前大多数设计检测元件11采用铂丝。金属铂丝材质的检测元件11由于燃烧而会产生损耗。损耗到一定程度后既失去了检测的作用。因此通过检测检测元件11损耗的程度来检测传感器10的寿命。具体将在下文详细介绍。

请一并参阅图2，图2是本申请实施例提供的一种传感器的检测系统的结构示意图，如图2所示，本实施例的传感器寿命的检测系统20包括数模转换器 (Analog-to-Digital Converter，ADC)21和处理器22。

数模转换器21用于获取传感器10的检测元件11输出的检测电压。

处理器22用于根据检测电压获取检测元件21的电阻变化率，并根据电阻变化率获取传感器10的损耗变量，进一步判断损耗变量是否超过预设的阈值，在判断的结果为是时，输出传感器10的寿命已经超过使用极限的结果。在判断的结果为否时，输出传感器10的寿命未达到使用极限的结果。

因此本实施例可通过检测检测元件11输出的检测电压来判断检测元件的电阻变化率，进一步分析可影响传感器10的寿命的检测元件的损耗程度，并在达到预设的阈值条件时及时输出传感器10已达到使用极限的结果，以提醒更换传感器10，从而避免传感器10过期使用带来安全隐患，同时也可以避免提前报废传感器10带来资源浪费。

在一实施例中，数模转换器21分别获取传感器的检测元件11当前的检测电压和初始的检测电压。具体而言，可在出厂时，也就是传感器10未开始投入使用时，预先设置传感器10最大允许损耗量，作为预设的阈值。同时，检测在无可燃气体浓度下，检测元件11的检测电压作为初始的检测电压，并记录在案。出厂安装使用后，定期检测无可燃气体浓度下，检测元件11的检测电压作为当前的检测电压。并根据当前的检测电压和初始的检测电压判断传感器10是否超出使用极限。

具体而言，处理器22根据当前的检测电压获取检测元件11当前的电阻值，根据初始的检测电压获取检测元件11初始的电阻值，并进一步根据当前的电阻值和初始的电阻值获取电阻变化率。

针对催化燃烧式可燃气体传感器10，检测元件11铂丝的损耗状态即代表传感器10的寿命状态。例如，检测元件11铂丝长度为L，电阻率为P，无损耗时的电阻，即初始的电阻值为R0。惠斯顿电桥除了检测元件11的电阻外其余元件 12的电阻损耗可忽略不计。因此在传感器10使用过程中可通过采集传感器10 输出的检测电压，进而可获取检测元件11的铂丝电阻的值，进一步通过初始的电阻值和当前的电阻值获取电阻变化率，从而获取传感器10使用损耗情况，判断传感器10是否超出使用极限。

在一实施例中，对于检测元件11，假设其无损耗时的横截面积为A0，受到损耗后的表征横截面积为A，长度为L，电阻率为P。则无损耗时的电阻，即初始的电阻值为：

使用过程中电阻率不变但损耗各向同性，则受到损耗后的电阻值，当前的电阻值为：

电阻变化率的计算公式为：

其中，R0为初始的电阻值，ΔR为电阻变化量，ΔR＝R-R0，R为当前的电阻值。

将前文计算初始的电阻值R0的公式1和计算当前的电阻值R的公式2代入电阻变化率的公式3得到电阻变化率为：

进一步的，电子元件11的损耗变量为：

由此得到损耗的面积A与损耗变量的关系如下：

A＝A0*(1-D)…………………………(公式6)

将公式4和公式6结合得到损耗变量与电阻变化率的关系为：

因此，根据公式7可知，检测元件11的电阻变化率与损耗变量相关。可通过获取检测元件11的电阻变化率来确定检测元件11的损耗情况。

本申请实施例还提供了一种传感器寿命的检测方法，该检测方法通过前文所述的检测系统来实现。传感器的结构和原理如前文所述，在此不再赘述。

具体请参阅图3，图3是本申请实施例提供的一种传感器寿命的检测方法的流程示意图。如图3所示，本实施例的检测方法包括以下步骤：

步骤S1：获取传感器的检测元件输出的检测电压。

步骤S2：根据检测电压获取检测元件的电阻变化率。

步骤S3：根据电阻变化率获取传感器的损耗变量，并判断损耗变量是否超过预设的阈值。

若判断的结果为是，则跳转到步骤S4，若判断的结果为否，则跳转到步骤 S5。

步骤S4：输出传感器的寿命未达到使用极限的结果。

步骤S5：输出传感器的寿命已经超过使用极限的结果。

因此本实施例可通过检测检测元件输出的检测电压来判断检测元件的电阻变化率，进一步分析可影响传感器的寿命的检测元件的损耗程度，并在达到预设的阈值条件时及时输出传感器已达到使用极限的结果，以提醒更换传感器，从而避免传感器过期使用带来安全隐患，同时也可以避免提前报废传感器带来资源浪费。

步骤S1中，可分别获取传感器的检测元件当前的检测电压和初始的检测电压。具体而言，可在出厂时，也就是传感器未开始投入使用时，预先设置传感器最大允许损耗量，作为预设的阈值。同时，检测在无可燃气体浓度下，检测元件的检测电压作为初始的检测电压，并记录在案。出厂安装使用后，定期检测无可燃气体浓度下，检测元件的检测电压作为当前的检测电压。并根据当前的检测电压和初始的检测电压判断传感器是否超出使用极限。

具体而言，在步骤S2中，根据当前的检测电压获取检测元件当前的电阻值，根据初始的检测电压获取检测元件初始的电阻值，并进一步根据当前的电阻值和初始的电阻值获取电阻变化率。

针对催化燃烧式可燃气体传感器，检测元件铂丝的损耗状态即代表传感器的寿命状态。例如，检测元件铂丝长度为L，电阻率为P，无损耗时的电阻，即初始的电阻值为R0。惠斯顿电桥除了检测元件的电阻外其余元件的电阻损耗可忽略不计。因此在传感器使用过程中可通过采集传感器输出的检测电压，进而可获取检测元件的铂丝电阻的值，进一步通过初始的电阻值和当前的电阻值获取电阻变化率，从而获取传感器使用损耗情况，判断传感器是否超出使用极限。

在一实施例中，对于检测元件，假设其无损耗时的横截面积为A0，受到损耗后的表征横截面积为A，长度为L，电阻率为P。则无损耗时的电阻，即初始的电阻值为：

使用过程中电阻率不变但损耗各向同性，则受到损耗后的电阻值，当前的电阻值为：

电阻变化率的计算公式为：

其中，R0为初始的电阻值，ΔR为电阻变化量，ΔR＝R-R0，R为当前的电阻值。

将前文计算初始的电阻值R0的公式和计算当前的电阻值R的公式代入电阻变化率的公式得到电阻变化率为：

进一步的，电子元件的损耗变量为：

由此得到损耗的面积A与损耗变量的关系如下：

A＝A0*(1-D)…………………………(公式16)

将公式14和公式16结合得到损耗变量与电阻变化率的关系为：

因此，根据公式17可知，检测元件的电阻变化率与损耗变量相关。可通过获取检测元件的电阻变化率来确定检测元件的损耗情况。

综上所述，本申请首先获取传感器的检测元件输出的检测电压，然后根据检测电压获取检测元件的电阻变化率，进而根据电阻变化率获取传感器的损耗变量，并判断损耗变量是否超过预设的阈值，若判断的结果为是，则输出传感器的寿命已经超过使用极限的结果。因此，本申请通过检测传感器的检测元件的检测电压，获取检测元件的电阻变化，该电阻变化表征传感器使用过程中的损耗，通过电阻变化获取损耗的程度，从而检测出传感器的寿命，避免提前报废带来的资源浪费以及过期使用带来的安全隐患。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种传感器寿命的检测方法，其特征在于，所述传感器包括检测元件，所述检测元件和其他元件形成电桥电路，所述电桥电路中的可变电阻为所述检测元件对应的电阻，所述检测方法包括：

获取所述传感器的检测元件输出的检测电压；

根据所述检测电压获取所述检测元件的电阻变化率；

根据所述电阻变化率获取所述传感器的损耗变量，并判断所述损耗变量是否超过预设的阈值；

若判断的结果为是，则输出所述传感器的寿命已经超过使用极限的结果。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述获取所述传感器的检测元件输出的检测电压的步骤包括：

获取所述传感器的检测元件当前的检测电压和初始的检测电压。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述检测电压获取所述检测元件的电阻变化率的步骤包括：

根据所述当前的检测电压获取所述检测元件当前的电阻值，根据所述初始的检测电压获取所述检测元件初始的电阻值；

根据所述当前的电阻值和所述初始的电阻值获取所述电阻变化率。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述当前的电阻值和所述初始的电阻值获取所述电阻变化率的步骤包括：

所述电阻变化率的计算公式为：

其中，所述R0为所述初始的电阻值，所述ΔR为电阻变化量，ΔR＝R-R0，所述R为所述当前的电阻值。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述电阻变化率获取所述传感器的损耗变量的步骤包括：

所述损耗变量与所述电阻变化率的关系为：

其中所述D为所述损耗变量。

6.一种传感器寿命的检测系统，其特征在于，所述传感器包括检测元件，所述检测元件和其他元件形成电桥电路，所述电桥电路中的可变电阻为所述检测元件对应的电阻，所述检测系统包括：

数模转换器，用于获取所述传感器的检测元件输出的检测电压；

处理器，用于根据所述检测电压获取所述检测元件的电阻变化率，并根据所述电阻变化率获取所述传感器的损耗变量，进一步判断所述损耗变量是否超过预设的阈值，在判断的结果为是时，输出所述传感器的寿命已经超过使用极限的结果。

7.根据权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述数模转换器分别获取所述传感器的检测元件当前的检测电压和初始的检测电压。

8.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述处理器根据所述当前的检测电压获取所述检测元件当前的电阻值，根据所述初始的检测电压获取所述检测元件初始的电阻值，并进一步根据所述当前的电阻值和所述初始的电阻值获取所述电阻变化率。

9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述电阻变化率的计算公式为：

其中，所述R0为所述初始的电阻值，所述ΔR为电阻变化量，ΔR＝R-R0，所述R为所述当前的电阻值。

10.根据权利要求9所述的检测系统，其特征在于，所述损耗变量与所述电阻变化率的关系为：

其中所述D为所述损耗变量。

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