CN114252492A - 一种溶解氧芯片传感器自校准系统及自校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溶解氧芯片传感器自校准系统，其改进之处在于：包括外壳，外壳内由隔板分隔为无氧区和空气区，在无氧区内设置传感器舱，机械控制单元和采集电路数据处理单元，在空气区内设置传感器通道，该通道的一端与传感器舱连接，另一端通向壳体外，在传感器舱内放置两片以上的溶解氧芯片传感器，机械控制单元根据指令逐片将溶解氧芯片传感器从通道推出壳体外，采集电路数据处理单元分别采集溶解氧芯片传感器在无氧区和空气区的读数，并上传给上位机。所公开的溶解氧芯片传感器自校准方法，与上述的自校准系统相配合，可以及时纠正因长时间放置而导致的电信号漂移等问题，保证每一次更换的芯片传感器读数的准确性。
Description
技术领域
本发明属于芯片传感器领域，特别涉及该领域中的一种溶解氧芯片传感器自校准系统及自校准方法。
背景技术
针对目前日益严重的水污染，我国缺少实用、可靠的传感器产品，在水环境监测领域中，水质传感器是最基础的必需仪器，而溶解氧则是水质传感器所要采集的重要数据之一。
海水中溶解氧有多种不同检测手段，光学和电化学方法是两种通用方法。为确保电化学产生的信号足够强，电极需要达到一定的尺寸，同时还需要半透膜和电解池等结构实现离子选择和缓冲。因此现有溶解氧传感器产品普遍存在体积较大，集成度不高的问题。而由于电极信号飘移、电解液变质、生物附着等原因，现有溶解氧传感器产品都需要频繁维护，在大规模应用时需要消耗大量人力物力进行维护工作。目前国内使用的大多数水质传感器为进口产品，不仅价格高昂、售后服务困难，还存在数据泄漏方面的风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种溶解氧芯片传感器自校准系统及自校准方法。
本发明采用如下技术方案：
一种溶解氧芯片传感器自校准系统，其改进之处在于：包括外壳，外壳内由隔板分隔为无氧区和空气区，在无氧区内设置传感器舱，机械控制单元和采集电路数据处理单元，在空气区内设置传感器通道，该通道的一端与传感器舱连接，另一端通向壳体外，在传感器舱内放置两片以上的溶解氧芯片传感器，机械控制单元根据指令逐片将溶解氧芯片传感器从通道推出壳体外，采集电路数据处理单元分别采集溶解氧芯片传感器在无氧区和空气区的读数，并上传给上位机。
进一步的，在无氧区内充入氮气。
进一步的，通道另一端通向壳体外的海水或者测试样品。
进一步的，无氧区内的氮气压强P1＞空气区内的空气压强P2＞海水或者测试样品的压强P3。
溶解氧芯片传感器自校准系统，包括外壳，外壳内由隔板分隔为无氧区和空气区，传感器腔3固定在无氧区且前端抵靠隔板，传感器通道固定在空气区且后端抵靠隔板，传感器通道前端外壁与外壳密封连接，传感器腔与传感器通道相连通形成筒状结构，待用传感器在传感器腔内首尾相连依次放置，工作传感器置于传感器通道内，且最前端的待用传感器前端抵靠工作传感器的后端，两密封圈固定在传感器外壁前端和后端设置的凹槽内，且密封圈抵靠在筒状结构内壁上，传感器包括传感器底座、传感器芯体、对齐凸起、对齐凹槽和信号传输导电引脚，传感器芯体固定在传感器底座上，在传感器底座前后两端分别固定设置对齐凹槽和对齐凸起，一个传感器的对齐凸起插入后面相邻的传感器的对齐凹槽内，在传感器底座底部沿圆周方向均匀设置若干个信号传输导电引脚，信号传输导电引脚与传感器芯体连接，在传感器通道内壁前端沿圆周方向均匀设置若干个第一信号接收导电弹片，在传感器通道内壁中部沿圆周方向均匀设置若干个第二信号接收导电弹片，且在传感器通道中间位置开设若干透气孔，使传感器通道内充满空气，在传感器腔内壁前端沿圆周方向均匀设置若干个第三信号接收导电弹片，第一信号接收导电弹片、第二信号接收导电弹片和第三信号接收导电弹片均与信号传输导电引脚相对应，当传感器处于完全处于传感器通道内，信号传输导电引脚与第一信号接收导电弹片接触连接，传感器检测壳体外的溶解氧值，当传感器一部分置于传感器腔，一部分置于传感器通道，信号传输导电引脚与第二信号接收导电弹片接触连接，传感器检测空气区的溶氧值，当传感器处于传感器腔最前端，信号传输导电引脚与第三信号接收导电弹片接触连接，传感器检测无氧区的溶解氧值，第一信号接收导电弹片、第二信号接收导电弹片和第三信号接收导电弹片均与传感器腔外侧的采集电路数据处理单元连接，将传感器检测信号发送到采集电路数据处理单元。
具体地，机械控制单元置于无氧区，机械控制单元包括电机和电机推杆，电机与电机推杆连接，电机推杆自由端伸入传感器腔内，推动传感器腔内的传感器向前移动。
靠近传感器通道的壳体一端与回收网连接，传感器通道与回收网连通。
一种溶解氧芯片传感器自校准方法，使用上述的自校准系统，其改进之处在于：在机械控制单元将一片溶解氧芯片传感器从传感器舱沿着通道推出壳体外的过程中，采集电路数据处理单元分别采集该片溶解氧芯片传感器在无氧区和空气区的读数并上传给上位机，上位机将无氧区的读数作为零点校准点，空气区的读数作为饱和点校准点，通过与理论值比较，自动求出该片溶解氧芯片传感器的校正系数，完成溶解氧芯片传感器自校准。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的溶解氧芯片传感器自校准系统，可保障每一次更换的芯片传感器数据的准确性，及时纠正因长时间放置而导致的电信号漂移等问题，大大的节省了人力、物力和财力，可将维护周期由原来大型传感器的1月左右延长至1年甚至更久。
本发明所公开的溶解氧芯片传感器自校准方法，与上述的自校准系统相配合，可以及时纠正因长时间放置而导致的电信号漂移等问题，保证每一次更换的芯片传感器读数的准确性，
附图说明
图1是本发明实施例1所公开溶解氧芯片传感器自校准系统的组成框图。
图2是本发明实施例1所公开溶解氧芯片传感器结构示意图。
图3是本发明实施例1所公开溶解氧芯片传感器自校准系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
基于电化学原理，利用MEMS技术和相应加工工艺，可以制作出应用于监测水质状况的芯片级溶解氧水质传感器。由于体积小、价格低廉，一次可以布放成百上千片，每片传感器都可以通过物联网实时传输数据回陆地，一旦发现数据不准即可更换，也可以根据需要定期一天、半天更换，解决生物附着、电解液变质等问题，并且无需人工回收，清理和校准。由于芯片传感器长时间不工作会存在信号漂移等问题，所以长时间放置的芯片传感器在投入使用前必须进行校准。
实施例1，
如图1所示，本实施例公开了一种溶解氧芯片传感器自校准系统，包括外壳1，外壳内由隔板2分隔为无氧区11和空气区12，在无氧区内设置传感器舱3，机械控制单元4和采集电路数据处理单元5，在空气区内设置传感器通道6，该通道的一端与传感器舱连接，另一端通向壳体外，在传感器舱内放置两片以上的溶解氧芯片传感器，机械控制单元根据指令逐片将溶解氧芯片传感器从通道推出壳体外，采集电路数据处理单元分别采集溶解氧芯片传感器在无氧区和空气区的读数，并上传给上位机。在无氧区内充入氮气。通道另一端通向壳体外的海水或者测试样品。无氧区内的氮气压强P1＞空气区内的空气压强P2＞海水或者测试样品的压强P3。
本实施例还公开了一种溶解氧芯片传感器自校准方法，使用上述的自校准系统，在机械控制单元将一片溶解氧芯片传感器从传感器舱沿着通道推出壳体外的过程中，采集电路数据处理单元分别采集该片溶解氧芯片传感器在无氧区和空气区的读数并上传给上位机，上位机将无氧区的读数作为零点校准点，空气区的读数作为饱和点校准点，通过与理论值比较，自动求出该片溶解氧芯片传感器的校正系数，完成溶解氧芯片传感器自校准。因为溶解氧饱和溶液不好制备，且在外壳内不宜长时间保存，所以选择空气作为饱和氧校准点。
如图2和3所示，具体地，溶解氧芯片传感器自校准系统，包括外壳1，外壳内由隔板2分隔为无氧区和空气区，传感器腔3固定在无氧区且前端抵靠隔板2，传感器通道6固定在空气区且后端抵靠隔板2，传感器通道6前端外壁与外壳密封连接，传感器腔3与传感器通道6相连通形成筒状结构，待用传感器在传感器腔3内首尾相连依次放置，工作传感器置于传感器通道5内，且最前端的待用传感器前端抵靠工作传感器的后端(传感器通道6内只能容纳一个传感器，即传感器通道6的长度等于传感器的长度)，两密封圈固定在传感器外壁前端和后端设置的凹槽内，且密封圈抵靠在筒状结构内壁上，传感器7包括传感器底座701、传感器芯体702、对齐凸起703、对齐凹槽704和信号传输导电引脚705，传感器芯体702固定在传感器底座701上，在传感器底座701前后两端分别固定设置对齐凹槽704和对齐凸起703，一个传感器的对齐凸起703插入后面相邻的传感器的对齐凹槽704内实现两者的连接，在传感器底座701底部沿圆周方向均匀设置若干个信号传输导电引脚705，信号传输导电引脚705与传感器芯体702连接，在传感器通道6内壁前端沿圆周方向均匀设置若干个第一信号接收导电弹片8，在传感器通道6内壁中部沿圆周方向均匀设置若干个第二信号接收导电弹片9，且在传感器通道6中间位置开设若干透气孔，使传感器通道6内充满空气，在传感器腔3内壁前端沿圆周方向均匀设置若干个第三信号接收导电弹片10，第一信号接收导电弹片8、第二信号接收导电弹片9和第三信号接收导电弹片10均与信号传输导电引脚705相对应，当传感器处于完全处于传感器通道内，信号传输导电引脚705与第一信号接收导电弹片8接触连接，传感器检测壳体外的溶解氧值，当传感器一部分置于传感器腔3，一部分置于传感器通道6，信号传输导电引脚705与第二信号接收导电弹片9接触连接，传感器检测空气区的溶氧值，当传感器处于传感器腔最前端，信号传输导电引脚705与第三信号接收导电弹片10接触连接，传感器检测无氧区的溶解氧值，第一信号接收导电弹片8、第二信号接收导电弹片9和第三信号接收导电弹片10均与传感器腔外侧的采集电路数据处理单元连接，将传感器检测信号发送到采集电路数据处理单元。
具体地，机械控制单元4置于无氧区，机械控制单元4包括电机401和电机推杆402，电机401与电机推杆402连接，电机推杆401自由端伸入传感器腔3内，推动传感器腔3内的传感器向前移动。
靠近传感器通道6的壳体一端与回收网连接，传感器通道6与回收网连通，不用的传感器落入回收网内，实现回收。
传感器腔与无氧区连通，传感器腔内是无氧状态，传感器通道6通过透气孔与空气区连通。由于在传感器外壁前后分别设置了密封圈13，保证了传感器移动的过程中，传感器通道6内不会进水，传感器腔内不会进入空气。
由于每一个传感器外壁通过密封圈抵靠在筒状结构内壁上，当传感器通道内的传感器(第一个传感器)达到使用寿命时，第二个传感器需要代替第一个传感器作为工作传感器，第二个传感器处于传感器腔3的最前端，第一信号接收导电弹片8信号传输导电引脚705与第三信号接收导电弹片10接触连接，传感器检测无氧区的溶解氧值，电动推杆402将所有的传感器向前推到不到一个传感器的位置，最前端的传感器一部分推出传感器通道，第二个传感器从传感器腔3向传感器通道移动，当信号传输导电引脚705与第二信号接收导电弹片9接触连接，传感器检测空气区的溶氧值，继续向前推动，第一个传感器落入回收网内，第二个传感器完全置于传感器通道内，传感器处于工作位置信号传输导电引脚705与第一信号接收导电弹片8接触连接，传感器检测壳体外的溶解氧值。
Claims (8)
1.一种溶解氧芯片传感器自校准系统，其特征在于：包括外壳，外壳内由隔板分隔为无氧区和空气区，在无氧区内设置传感器舱，机械控制单元和采集电路数据处理单元，在空气区内设置传感器通道，该通道的一端与传感器舱连接，另一端通向壳体外，在传感器舱内放置两片以上的溶解氧芯片传感器，机械控制单元根据指令逐片将溶解氧芯片传感器从通道推出壳体外，采集电路数据处理单元分别采集溶解氧芯片传感器在无氧区和空气区的读数，并上传给上位机。
2.根据权利要求1所述溶解氧芯片传感器自校准系统，其特征在于：在无氧区内充入氮气。
3.根据权利要求2所述溶解氧芯片传感器自校准系统，其特征在于：通道另一端通向壳体外的海水或者测试样品。
4.根据权利要求3所述溶解氧芯片传感器自校准系统，其特征在于：无氧区内的氮气压强P1＞空气区内的空气压强P2＞海水或者测试样品的压强P3。
5.根据权利要求4所述溶解氧芯片传感器自校准系统，其特征在于：溶解氧芯片传感器自校准系统，包括外壳，外壳内由隔板分隔为无氧区和空气区，传感器腔3固定在无氧区且前端抵靠隔板，传感器通道固定在空气区且后端抵靠隔板，传感器通道前端外壁与外壳密封连接，传感器腔与传感器通道相连通形成筒状结构，待用传感器在传感器腔内首尾相连依次放置，工作传感器置于传感器通道内，且最前端的待用传感器前端抵靠工作传感器的后端，两密封圈固定在传感器外壁前端和后端设置的凹槽内，且密封圈抵靠在筒状结构内壁上，传感器包括传感器底座、传感器芯体、对齐凸起、对齐凹槽和信号传输导电引脚，传感器芯体固定在传感器底座上，在传感器底座前后两端分别固定设置对齐凹槽和对齐凸起，一个传感器的对齐凸起插入后面相邻的传感器的对齐凹槽内，在传感器底座底部沿圆周方向均匀设置若干个信号传输导电引脚，信号传输导电引脚与传感器芯体连接，在传感器通道内壁前端沿圆周方向均匀设置若干个第一信号接收导电弹片，在传感器通道内壁中部沿圆周方向均匀设置若干个第二信号接收导电弹片，且在传感器通道中间位置开设若干透气孔，使传感器通道内充满空气，在传感器腔内壁前端沿圆周方向均匀设置若干个第三信号接收导电弹片，第一信号接收导电弹片、第二信号接收导电弹片和第三信号接收导电弹片均与信号传输导电引脚相对应，当传感器处于完全处于传感器通道内，信号传输导电引脚与第一信号接收导电弹片接触连接，传感器检测壳体外的溶解氧值，当传感器一部分置于传感器腔，一部分置于传感器通道，信号传输导电引脚与第二信号接收导电弹片接触连接，传感器检测空气区的溶氧值，当传感器处于传感器腔最前端，信号传输导电引脚与第三信号接收导电弹片接触连接，传感器检测无氧区的溶解氧值，第一信号接收导电弹片、第二信号接收导电弹片和第三信号接收导电弹片均与传感器腔外侧的采集电路数据处理单元连接，将传感器检测信号发送到采集电路数据处理单元。
6.根据权利要求4所述溶解氧芯片传感器自校准系统，其特征在于：机械控制单元置于无氧区，机械控制单元包括电机和电机推杆，电机与电机推杆连接，电机推杆自由端伸入传感器腔内，推动传感器腔内的传感器向前移动。
7.根据权利要求6所述溶解氧芯片传感器自校准系统，其特征在于：靠近传感器通道的壳体一端与回收网连接，传感器通道与回收网连通。
8.一种溶解氧芯片传感器自校准方法，使用权利要求1所述的自校准系统，其特征在于：在机械控制单元将一片溶解氧芯片传感器从传感器舱沿着通道推出壳体外的过程中，采集电路数据处理单元分别采集该片溶解氧芯片传感器在无氧区和空气区的读数并上传给上位机，上位机将无氧区的读数作为零点校准点，空气区的读数作为饱和点校准点，通过与理论值比较，自动求出该片溶解氧芯片传感器的校正系数，完成溶解氧芯片传感器自校准。
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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 | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Jin Chunjie Inventor after: Sun Mingrui Inventor before: Jin Chunjie Inventor before: Sun Mingrui Inventor before: Liu Hu |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20231020 Address after: 519000 Room 501, 5 / F, building 19, science and Innovation Park, Gangwan 1, Jintang Road, high tech Zone, Zhuhai, Guangdong Applicant after: Guangdong Xinyue Technology Co.,Ltd. Address before: 266200 entrepreneurship center of blue Silicon Valley core area in Qingdao, Shandong Province (West of Fenghuangshan road and south of entrepreneurship Road) Applicant before: QINGDAO ROBOTFISH MARINE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: Guangdong Xinyue Technology Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |