CN114002310A - 带有抗震动性能的顺磁氧传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及带有抗震动性能的顺磁氧传感器，包括气样箱、与气样箱转动连接的测试主体以及用于检测测试主体转动的光学系统，气样箱内设有用于容纳气体混合物的气样腔，光学系统包括光探测器、反射镜模块以及光源，光探测器耦接有高分辨率ADC采集模块，高分辨率ADC采集模块耦接有卡尔曼滤波模块，卡尔曼滤波模块的输出端用于连接外部智能设备。通过设置高分辨率ADC采集模块以及卡尔曼滤波模块，使得本传感器保证快速响应时间T90的同时降低了干扰噪声的问题；通过设置反射镜模块，使得光杠杆的放大比例进一步增加，使得本传感器的检测结果更加准确。

Description

带有抗震动性能的顺磁氧传感器

技术领域

本申请涉及顺磁氧传感器技术领域，尤其是涉及带有抗震动性能的顺磁氧传感器。

背景技术

氧气是顺磁性气体，当外界存在强磁场，氧气分子便会被吸入到磁场中。通过这一物理特性，能将氧气从大多数气体中区别出来。通过磁性区别氧气和其它气体百分含量。

现有授权公告号CN102224416B的中国发明专利公开了一种用于气体混合物的磁化率测量的设备，包括：适于容纳气体混合物的气样室和能够旋转地悬浮在气样室内的测试主体；用于在气样室内产生非均匀磁场的装置；用于检测测试主体的旋转运动的装置，该装置包括紧凑的光学系统，所述光学系统包括光源和被布置以检测旋转运动的光信号指示的光探测器；和致动系统，该致动系统被布置以保持测试主体大致在由所述光学系统确定的电气零位处，其中光学元件包括定位在垂直于镜子并且平行于测试主体的旋转轴线的平面的任一侧上的至少一个光探测器，具有定位在平面中的光源。相关技术的顺磁氧气检测技术抗震动性能差，实际应用中测得的氧气浓度值有震动、气流、电子电路导致的干扰噪声。

针对上述中的相关技术，传统去噪方法不能解决保证快速响应时间T90的同时降低干扰噪声的问题，无法同时保证顺磁氧传感器精度与响应速度。

发明内容

为了能够同时保证顺磁氧传感器精度与响应速度，本申请提供一种带有抗震动性能的顺磁氧传感器。

本申请提供的带有抗震动性能的顺磁氧传感器采用如下的技术方案。

带有抗震动性能的顺磁氧传感器，包括气样箱、与气样箱转动连接的测试主体以及用于检测测试主体转动的光学系统，所述气样箱内设有用于容纳气体混合物的气样腔，所述光学系统包括光探测器以及光源，所述光探测器耦接有高分辨率ADC采集模块，所述高分辨率ADC采集模块耦接有卡尔曼滤波模块，所述卡尔曼滤波模块的输出端用于连接外部智能设备。

通过采用上述技术方案，通过设置ADC采集模块将光探测器检测光点位置后输出光探测信号，之后经由ADC采集模块转换为数字信号再经过卡尔曼滤波模块的滤波矫正，使得检测结果更加准确。

优选的，所述光学系统还包括反射镜模块，所述反射镜模块包括反射镜一、反射镜二以及镜架，所述镜架滑动连接在气样腔底壁上，所述反射镜一、反射镜二均位于镜架上，所述反射镜一、反射镜二沿竖直方向分布，所述反射镜一位于反射镜二上方，所述反射镜一的镜面朝下、反射镜二的镜面朝上，所述反射镜一、反射镜二与水平方向相错设置，所述反射镜一、反射镜二具有间距，所述反射镜二位于反射镜一、测试主体之间，所述镜架于反射镜一下方部分设有透光区以供反射镜一反射的光线通过并射入光探测器上，所述气样箱设有驱使镜架滑动的驱动机构。

通过采用上述技术方案，反射镜一、反射镜二的设置，使得光杠杆的放大比例进一步增加，使得本传感器的检测结果更加精确。

优选的，所述反射镜一向下的投影的边缘恰好与反射镜二的边缘相接。

通过采用上述技术方案，该设置能避免在反射镜面发出的光线角度过小时，反射镜一将入射到反射镜二的光线挡住，使得光线能够通过反射镜二顺利入射到反射镜一上。

优选的，所述驱动机构包括调节丝杆，所述调节丝杆的长度方向沿镜架的滑动方向，所述调节丝杆与镜架螺纹连接，所述调节丝杆固定连接有转动端，所述转动端与气样箱转动连接，所述转动端穿出气样箱外。

通过采用上述技术方案，当人员需要获取更加精确的检测结果时，可以通过转动转动端使得镜架移动，使得镜架靠近测试主体的下方。

优选的，所述反射镜一与镜架滑动连接，所述反射镜一的滑动方向沿水平方向且垂直于镜架的滑动方向，所述驱动机构还包括用于驱动反射镜一移动的横移装置、处理器以及感光传感器，所述横移装置采用电动丝杆，所述感光传感器设置在反射镜一的镜面上以检测光线输入感光信号，所述处理器与感光传感器、横移装置耦接用接收感光信号驱使反射镜一移动以使感光传感器避让光线的响应。

通过采用上述技术方案，当镜架移动，使得光线刚从反射镜二反射到反射镜一上时，光线首先与感光传感器接触，感光传感器检测到光线后，将感光信号输入到处理器，之后再由处理器控制反射镜一移动，使得光线由感光传感器落到反射镜一的镜面上，被反射镜一反射到光探测器上。

优选的，所述处理器还耦接有复位模块，所述复位模块用于向处理器发送复位信号，所述处理器用于在接收复位信号后做出驱使横移装置复位的响应。

通过采用上述技术方案，复位模块的设置，使得人员能够通过复位模块将反射镜一复位，较为方便。

优选的，所述处理器耦接有指示模块，所述处理器用于在接收光检测信号后控制指示模块作出灯光指示响应。

通过采用上述技术方案，指示模块的设置，能够发出灯光提示人员从反射镜二反射的光线落到感光传感器上。

优选的，所述反射镜一向下的投影与反射镜二部分重合以供光线多次反射，所述反射镜一远离测试主体的端部向下的投影凸出反射镜二远离测试主体的端部，所述透光区位于反射镜一凸出反射镜二端部部分的下方，所述气样箱上滑动设有检测落到光探测器上的光电强度的光强度传感器，所述光强度传感器与处理器耦接，所述光强度传感器位于光探测器上方，所述处理器内预置有反射次数信息表，反射次数信息表包括光强度值以及与光强度值对应的反射次数信息等信息，所述处理器用于接收光强度传感器传输的光强度信号并根据光强度信号从反射次数信息表选取最接近的光强度值对应的反射次数信息，所述处理器具有输出反射次数信息的数据输出端。

通过采用上述技术方案，通过将光线在反射镜一、反射镜二之间多次反射，使得光杠杆的比例进一步放大，使得检测结果更加准确，人员通过反射次数信息、反射镜一、反射镜二之间的距离、光探测器与反射镜面的距离，使得计算出测试主体的转动角度更加准确，其中反射镜一、反射镜二之间的距离、光探测器与反射镜面的距离可由厂方提高供的数据得到。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

通过设置高分辨率ADC采集模块以及卡尔曼滤波模块，使得本传感器保证快速响应时间T90的同时降低了干扰噪声的问题；

通过设置反射镜模块，使得光杠杆的放大比例进一步增加，使得本传感器的检测结果更加准确；

通过设置光强度传感器，使得人员通过检测光线的强度了解光线的反射次数，通过多次光线的多次反射，进一步增加光杠杆的放大比例。

附图说明

图1是本申请实施例1的结构示意图。

图2是本申请实施例2的局部结构示意图。

图3是本申请实施例2的反射镜模块的结构示意图。

图4是本申请实施例2的模块架构图。

图5是本申请实施例3的局部结构示意图。

附图标记说明：1、气样箱；11、气样腔；2、测试主体；21、刚性杆；22、空心玻璃球；23、反射镜面；3、光学系统；31、光探测器；32、光源；4、高分辨率ADC采集模块；5、卡尔曼滤波模块；6、反射镜模块；61、射镜一；62、反射镜二；63、镜架；64、透光区；65、安装块；7、驱动机构；71、调节丝杆；72、处理器；73、感光传感器；74、横移装置；75、转动端；76、光强度传感器；8、指示模块；9、复位模块。

具体实施方式

本申请实施例公开带有抗震动性能的顺磁氧传感器。

实施例1：

参照图1，带有抗震动性能的顺磁氧传感器，包括气样箱1、与气样箱1转动连接的测试主体2以及用于检测测试主体2转动的光学系统3，气样箱1内设有用于容纳气体混合物的气样腔11，测试主体2位于气样腔11内，测试主体2包括刚性杆21以及空心玻璃球22，刚性杆21的底部固定有反射镜面23，空心玻璃球22于刚性杆21的两端固定连接有两个，刚性杆21的中部转动连接在气样腔11的内壁上，刚性杆21的转轴方向垂直于自身长度方向，气样箱1中安装有电磁铁以在气样腔11内产生非均匀磁场。

在测试气体进入气样腔11后，顺磁性的氧气会被吸引到磁场更强的部分，导致刚性杆21转动，在其稳定后对刚性杆21的转动角度进行检测，通过计算便能够得出氧气的含量。

光学系统3包括光探测器31以及光源32，光探测器31可以使面阵探测器用于检测落于光探测器31上的光点与光源32之间的距离，原理类似于光电靶，气样箱1的底部呈透明色，光源32采用激光发射器，光源32固定在气样箱1的底部，光源32沿竖直方向对着反射镜面23发送激光，使得在激光受到反射镜面23发射后偏转并通过气样箱1的底部照射到光探测器31上，光探测器31对与光点的位置进行检测，输出光探测信号，光探测信号为模拟信号。

光探测器31耦接有高分辨率ADC采集模块4，高分辨率ADC采集模块4用于对光探测信号进行采集，高分辨率ADC采集模块4耦接有卡尔曼滤波模块5，卡尔曼滤波模块5为卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波模块5用于接收高精度的模拟信号并对其进行矫正以滤除包括震动、气流、电流噪音在内的干扰噪声，使得光探测信号更加贴近实际值，卡尔曼滤波模块5的输出端用于连接外部智能设备（计算机）以便将光探测信号输入到智能设备进行处理。

实施例1的实施原理为：通过设置高分辨率ADC采集模块4准确采集光探测信号，并将采集到的光探测信号通过卡尔曼滤波处理，滤除噪声，使得光探测信号的准确度更高，卡尔曼滤波的处理速度快，能够同时保证顺磁氧传感器精度与响应速度。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别点在于：参照图2和图3，光学系统3还包括反射镜模块6，反射镜模块6包括反射镜一61、反射镜二62以及镜架63，镜架63滑动连接在气样腔11底壁上，反射镜一61、反射镜二62均固定在镜架63上，反射镜一61、反射镜二62沿竖直方向分布，反射镜一61、反射镜二62具有供光线反射的间距，反射镜二62位于反射镜一61、测试主体2之间，反射镜一61的镜面朝下、反射镜二62的镜面朝上，反射镜一61位于反射镜二62上方，反射镜一61、反射镜二62与水平方向相错设置，使得反射镜一61向下的投影的边缘恰好与反射镜二62的边缘相接。从而使得倾斜射到反射镜二62上的光线在镜架63移动后，光线均能够落到反射镜一61上，不会被反射镜一61背离反射镜二62的表面阻挡，进而通过反射镜一61进一步反射到测试点。

镜架63于反射镜一61下方部分设有透光区64以供反射镜一61反射的光线通过并射入光探测器31上，透光区64可以是透明玻璃也可以是缺口，气样箱1安装有驱使镜架63滑动以使镜架63靠近测试主体2的驱动机构7。

参照图3和图4，驱动机构7包括调节丝杆71、处理器72、感光传感器73以及用于驱动反射镜一61移动的横移装置74，处理器72在本实施例中可采用单片机，调节丝杆71的长度方向沿镜架63的滑动方向设置，调节丝杆71与镜架63螺纹连接，调节丝杆71固定连接有转动端75，转动端75与气样箱1转动连接，且转动端75穿出气样箱1外。

当人员需要更为精确的检测数据时，人员可以通过转动调节丝杆71使得镜架63滑动，使镜架63靠近测试主体2的正下方，使得光源32发出的激光落到反射镜二62上，并能够从反射镜二62反射到反射镜一61上。

感光传感器73安装在反射镜一61上，以检测光线是否入射到反射镜一61上，处理器72与感光传感器73耦接以接收感光传感器73输出的感光信号，反射镜一61与镜架63滑动连接，处理器72还耦接有横移装置74，横移装置74用于推动反射镜一61沿水平且垂直于镜架63滑动方向的方向移动，横移装置74采用电动丝杆，反射镜一61的端部固定有安装块65，安装块65螺纹连接在电动丝杆上，以受电动丝杆驱动带动反射镜一61移动。

处理器72接收感光信号后会驱动横移装置74带动反射镜一61移动以使感光传感器73避让光线，使得从反射镜二62发射到反射镜一61的光点能够落到反射镜一61的镜面上，被反射镜一61正常反射。

此外处理器72耦接有指示模块8，指示模块8为指示灯，处理器72用于在接收光检测信号后控制指示模块8作出灯光指示响应，以提示人员镜架63的位置已经准确，可以停止对调节丝杆71进行调节。

处理器72还耦接有复位模块9，复位模块9采用自复位按钮，其一端接电源另一端接处理器72，人员将复位按钮闭合后，处理器72接收到高电平的复位信号，之后处理器72会驱使横移装置74进行复位，使得本传感器的反射镜一61恢复原状。

实施例2实施原理为：由于对光线再次进行反射的方式增加了光线的传播路径，能够不改变测试主体2的高度的情况下，进一步增加光杠杆放大比例，使得检测结果更加精确，在经过实施例1所述的带有抗震动性能的顺磁氧传感器检测后，若人员需要更加精确的检测时，人员可以通过转动调节丝杆71调节镜架63的位置，使得经过反射镜面23反射的光线落到反射镜二62，之后再由反射镜二62反射到反射镜一61上，在光线刚反射到反射镜一61的镜面时会被感光传感器73检测到，此时为避免反射镜一61继续前移遮挡了入射到反射镜二62上的光线，处理器72控制横移装置74驱动反射镜一61横移，使得入射到反射镜一61上的光点能够从感光传感器73上移动至反射镜一61的镜面上，通过反射镜一61以及透光区64落入到光探测器31，被光探测器31检测到，输出光探测信号，光探测信号通过高分辨率ADC采集模块4以及卡尔曼滤波模块5后被智能设备接收，从而计算出样品气体的含氧量。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别点在于：参照图5，反射镜一61向下的投影与反射镜二62部分重合，反射镜一61远离测试主体2的端部向下的投影凸出反射镜二62远离测试主体2的端部，透光区64位于反射镜一61凸出反射镜二62端部部分的下方，气样箱1上滑动设有检测落到光探测器31上的光电强度的光强度传感器76，光强度传感器76与处理器72耦接，光强度传感器76位于光探测器31上方并由人员拨动滑动以靠近或远离落到光探测器31上的光点位置，由反射镜一61反射从透光区64射出的光线落于光强度传感器76检测部滑动形成的区域内。由于光线在每次反射后其能量会有所削弱一部分，通过检测光点的光强度便可了解光线的反射次数，处理器72的存储区预存有反射次数信息表，反射次数信息表包括光强度值以及与光强度值对应的反射次数信息等信息，此时需要说明的是，反射次数信息与光强度值的数据匹配可在实验室中预先通过实验得到再存入处理器72内，在处理器72接收到光强度传感器76传输的光强度信号后，会将光强度信号与光强度值比较，取最接近的光强度值，依据最接近的光强度值选取对应的反射次数。处理器72具有数据输出端，数据输出端用于向外部的智能设备输送反射次数信息，由于反射次数越多对于光杠杆的放大比例也大，精确度也就越高，能够使得本传感器的检测结果更加精确。

另外需要说明的是本传感器外部对于反射镜一61与反射镜二62之间的间距的具体数值、反射镜面23与光探测器31表面的距离的具体数值均有标注，以便人员根据这些数值、反射次数以及光探测信号以计算测试主体2的转动角度。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.带有抗震动性能的顺磁氧传感器，包括气样箱(1)、与气样箱(1)转动连接的测试主体(2)以及用于检测测试主体(2)转动的光学系统(3)，所述气样箱(1)内设有用于容纳气体混合物的气样腔(11)，所述光学系统(3)包括光探测器(31)以及光源(32)，其特征在于：所述光探测器(31)耦接有高分辨率ADC采集模块(4)，所述高分辨率ADC采集模块(4)耦接有卡尔曼滤波模块(5)，所述卡尔曼滤波模块(5)的输出端用于连接外部智能设备。

2.根据权利要求1所述的带有抗震动性能的顺磁氧传感器，其特征在于：所述光学系统(3)还包括反射镜模块(6)，所述反射镜模块(6)包括反射镜一(61)、反射镜二(62)以及镜架(63)，所述镜架(63)滑动连接在气样腔(11)底壁上，所述反射镜一(61)、反射镜二(62)均位于镜架(63)上，所述反射镜一(61)、反射镜二(62)沿竖直方向分布，所述反射镜一(61)位于反射镜二(62)上方，所述反射镜一(61)的镜面朝下、反射镜二(62)的镜面朝上，所述反射镜一(61)、反射镜二(62)与水平方向相错设置，所述反射镜一(61)、反射镜二(62)具有间距，所述反射镜二(62)位于反射镜一(61)、测试主体(2)之间，所述镜架(63)于反射镜一(61)下方部分设有透光区(64)以供反射镜一(61)反射的光线通过并射入光探测器(31)上，所述气样箱(1)设有驱使镜架(63)滑动的驱动机构(7)。

3.根据权利要求5所述的带有抗震动性能的顺磁氧传感，其特征在于：所述反射镜一(61)向下的投影的边缘恰好与反射镜二(62)的边缘相接。

4.根据权利要求2所述的带有抗震动性能的顺磁氧传感器，其特征在于：所述驱动机构(7)包括调节丝杆(71)，所述调节丝杆(71)的长度方向沿镜架(63)的滑动方向，所述调节丝杆(71)与镜架(63)螺纹连接，所述调节丝杆(71)固定连接有转动端(75)，所述转动端(75)与气样箱(1)转动连接，所述转动端(75)穿出气样箱(1)外。

5.根据权利要求4所述的带有抗震动性能的顺磁氧传感，其特征在于：所述反射镜一(61)与镜架(63)滑动连接，所述反射镜一(61)的滑动方向沿水平方向且垂直于镜架(63)的滑动方向，所述驱动机构(7)还包括用于驱动反射镜一(61)移动的横移装置(74)、处理器(72)以及感光传感器(73)，所述横移装置(74)采用电动丝杆，所述感光传感器(73)设置在反射镜一(61)的镜面上以检测光线输入感光信号，所述处理器(72)与感光传感器(73)、横移装置(74)耦接用接收感光信号驱使反射镜一(61)移动以使感光传感器(73)避让光线的响应。

6.根据权利要求5所述的带有抗震动性能的顺磁氧传感，其特征在于：所述处理器(72)还耦接有复位模块(9)，所述复位模块(9)用于向处理器(72)发送复位信号，所述处理器(72)用于在接收复位信号后做出驱使横移装置(74)复位的响应。

7.根据权利要求5所述的带有抗震动性能的顺磁氧传感，其特征在于：所述处理器(72)耦接有指示模块(8)，所述处理器(72)用于在接收光检测信号后控制指示模块(8)作出灯光指示响应。

8.根据权利要求2所述的带有抗震动性能的顺磁氧传感，其特征在于：所述反射镜一(61)向下的投影与反射镜二(62)部分重合以供光线多次反射，所述反射镜一(61)远离测试主体(2)的端部向下的投影凸出反射镜二(62)远离测试主体(2)的端部，所述透光区(64)位于反射镜一(61)凸出反射镜二(62)端部部分的下方，所述气样箱(1)上滑动设有检测落到光探测器(31)上的光电强度的光强度传感器(76)，所述光强度传感器(76)与处理器(72)耦接，所述光强度传感器(76)位于光探测器(31)上方，所述处理器(72)内预置有反射次数信息表，反射次数信息表包括光强度值以及与光强度值对应的反射次数信息等信息，所述处理器(72)用于接收光强度传感器(76)传输的光强度信号并根据光强度信号从反射次数信息表选取最接近的光强度值对应的反射次数信息，所述处理器(72)具有输出反射次数信息的数据输出端。

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