CN202522534U - 微功耗可燃气体探测器 - Google Patents

微功耗可燃气体探测器 Download PDF

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王玫
江诗谦
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Abstract

本实用新型公开了一种微功耗可燃气体探测器,它包括壳体,该壳体内设有可燃气体探测电路,其中:该可燃气体探测电路包括微处理器、放大器、探测传感器、桥压源、稳压电源,该壳体上设有探测口,该探测传感器的感测端头与该探测口相应设置,以探测壳体外部可燃气体浓度,该稳压电源的电源输出端与该微处理器的供电端、该桥压源的供电端、该放大器的基准源端连接,该桥压源的激励电压输出端与该探测传感器的激励电压输入端连接,该探测传感器的信号输出端经由该放大器与该微处理器的相应IO端连接。本实用新型探测器可实时监测可燃气体浓度,浓度超标时报警,功耗极低,基本属于“恒功率”产品,绿色节能。

Description

微功耗可燃气体探测器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及ー种エ业测量仪表,尤指ー种微功耗可燃气体探測器。
背景技术
[0002] 可燃气体探測器的品种繁多、功能各异,特别是以催化燃烧式传感器为代表的探测器表现出了灵敏度高、线性好、性能稳定、寿命长的诸多优点,因而,目前国内外大都采用催化燃烧式传感器来实现对可燃气体的监测。
[0003] 采用催化燃烧式传感器的可燃气体探測器的工作原理为:将催化燃烧式传感器以电桥的形式接入激励源,在激励源的作用下产生平衡输出电压。当可燃气体进入催化燃烧式传感器时,平衡输出电压即刻升高,平衡输出电压正比于空气中可燃气体浓度。因此,通过对平衡输出电压进行采集处理,便可得到正比于空气中可燃气体浓度的数字信号,从而·实现对可燃气体的监测。
[0004] 虽然已有的所有类型的可燃气体探測器可以实现对可燃气体的实时监測,但是,它们的功耗都太大,经实测约为2. 4W至3W左右,采用催化燃烧式传感器的可燃气体探測器也不例外。而功耗大在长距离、多点测量的场合是ー个致命的弱点,測量点数越多就意味着消耗电流越大,測量距离越长就意味着在导线上造成的压降越大,势必在传输中造成大量的能量消耗,所以,已有的所有类型的可燃气体探測器均不能完全满足エ业现场对其自身功耗的要求。
[0005] 通过测试分析可以得出,可燃气体探測器功耗大的原因有两方面,一方面是技术缺陷,另一方面是元器件缺陷。
[0006] 技术缺陷主要有:第一,为传感器提供电源的激励源的供电方式功耗太大;第二,显示方式功耗太大;第三,数据传输方式采用的是功耗比较大的模拟量和继电器触点的开关量传输方式;第四,不必要或者说过多的保护电路占据了整机大部分功耗。
[0007] 元器件缺陷主要有:第一,采用的是功能単一、功耗较大、分立的常规元器件;第ニ,传感器自身功耗约占据了整个探测器功耗的18%左右。
[0008] 并且,探測器的整机功耗还会随着施加的电源电压的增大而增加。
实用新型内容
[0009] 本实用新型的目的在于提供ー种微功耗可燃气体探測器,该可燃气体探測器可实现对可燃气体浓度的实时监测,且功耗极低。
[0010] 为了实现上述目的,本实用新型采用了以下技术方案:
[0011] ー种微功耗可燃气体探測器,其特征在于:它包括壳体,该壳体内设有可燃气体探测电路,其中:该可燃气体探测电路包括微处理器、放大器、探测传感器、桥压源、稳压电源,该壳体上设有探測ロ,该探测传感器的感测端头与该探測ロ相应设置,以探测壳体外部可燃气体浓度,该稳压电源的电源输出端与该微处理器的供电端、该桥压源的供电端、该放大器的基准源端连接,该桥压源的激励电压输出端与该探测传感器的激励电压输入端连接,该探测传感器的信号输出端经由该放大器与该微处理器的相应IO端连接。
[0012] 所述可燃气体探测电路包括液晶显示器,该液晶显示器的信号端ロ与所述微处理器的相应IO端连接。所述液晶显示器为点阵式液晶显示器。
[0013] 所述可燃气体探测电路包括总线电路,所述微处理器的相应信号端经由该总线电路与上位机或控制器连接。
[0014] 所述微处理器为微功耗、超大規模集成电路构成的单片机;所述探测传感器为催化燃烧式传感器;所述桥压源为微功耗恒压式桥压源;所述稳压电源为微功耗线性LEO型稳压电源;所述放大器为微功耗放大器。
[0015] 所述壳体为防爆型壳体。
[0016] 本实用新型的优点是: [0017] 本实用新型探測器不仅可实现对可燃气体浓度实时监测的功能,浓度超标时报警,其还具有微功耗的特点,功耗小于0. 5W,比已有探测器降低了约80%,且功耗不随对探测器所施加的电源变化而改变,基本属于“恒功率”产品,绿色节能。
附图说明
[0018] 图I是本实用新型中可燃气体探测电路的组成框图;
[0019] 图2是微处理器、编程接ロ电路和液晶显示器的电路连接示意图;
[0020] 图3是放大器和探测传感器的电路连接示意图;
[0021 ] 图4是桥压源的电路原理示意图;
[0022] 图5是稳压电源的电路原理示意图。
具体实施方式
[0023] 如图I所示,本实用新型微功耗可燃气体探測器包括壳体,该壳体可为防爆型壳体,该壳体内设有可燃气体探测电路,其中:该可燃气体探测电路包括微处理器14、放大器13、探测传感器12、桥压源11、稳压电源16,该壳体上设有探測ロ,该探测传感器12的感测端头与该探測ロ相应设置,以探测壳体外部可燃气体浓度,该稳压电源16的电源输出端与该微处理器14的供电端、该桥压源11的供电端、该放大器13的基准源端连接,该桥压源11的激励电压输出端与该探测传感器12的激励电压输入端连接,该探测传感器12的信号输出端经由该放大器13与该微处理器14的相应IO端连接。
[0024] 如图1,本实用新型的可燃气体探測电路还可包括液晶显示器15,该液晶显示器15的信号端ロ与微处理器14的相应IO端连接,该稳压电源16向该液晶显不器15供电。
[0025] 如图I,本实用新型的可燃气体探測电路还可包括总线电路18,微处理器14的相应信号端经由该总线电路18与上位机或控制器20连接,稳压电源16向该总线电路18供电。
[0026] 如图I,本实用新型还设计有编程接ロ电路17,编程接ロ电路17如图2中所示,编程器(图中未示出)可插接在编程器插座Jl上,经由该编程接ロ电路17与微处理器14的相应信号端连接,稳压电源16同样向该编程接ロ电路17供电。
[0027] 在实际设计中,为了使本实用新型实现微功耗,采用了以下措施:
[0028] 第一,稳压电源16选用了微功耗线性LEO型稳压电源,其为微处理器14、放大器13、液晶显示器15、桥压源11、总线电路18、编程接ロ电路17提供稳定的3V工作电源。该稳压电源16的电路组成如图5所示,外部供电器161提供的9V至36V的输入电压经由开关型电源IC2后输出稳定的3V电压,稳压电源16自身功耗虽随输入电压的升高而加大,但功耗都很低,在9V输入电压时,其功耗为6mW,在36V输入电压时,其功耗为33mW。
[0029] 第二,桥压源11选用微功耗恒压式桥压源。恒压式桥压源的电路组成如图4所示,其包括低功耗DC-DC转换器IC3,其功能是为探测传感器12提供稳定的激励电压,基本为425mff的恒功率输出。当外部供电器161输入9V吋,恒压式桥压源输出425. 08Imff,当外部供电器161输入36V时,恒压式桥压源输出428. 24mff,也就是说,在输入电压变化的情况下,恒压式桥压源总是能为探测传感器12提供425mW恒定功率,其自身只消耗了约3. 16mW,功耗很低,解决了探測器功耗随施加的输入电压增大而增加的问题。而探测传感器12选用了催化燃烧式传感器,其功耗即为425mW,占整个探测器功耗的约88%。
[0030] 第三,液晶显示器15选用功耗很低的点阵式液晶显示器。 [0031] 第四,微处理器14选用微功耗、超大規模集成电路构成的单片机,例如C8051F410 芯片,该芯片包含A/D、D/A、E2R0M、I/O端ロ、看门狗、时钟、基准源等,如图2中芯片ICl。并且,在实际设计中,对于微处理器,可采用降低电源电压和工作频率的方法来降低功耗,电源电压为3V,工作频率为500kHz。
[0032] 第五,放大器13选用微功耗放大器,如图3中的放大器IC4B,其功耗只有0. 3mW。
[0033] 第六,采用了总线传输方式。
[0034] 第七,采用数字滤波技术解决探測器的稳定性,采用看门狗和防死循环控制技术解决抗干扰问题,且保障微功耗特性。
[0035] 如图I至图5所示,本实用新型的工作原理为:
[0036] 催化燃烧式传感器在恒压式桥压源产生的激励电压作用下工作,探測其周围空气中可燃气体的浓度,其输出电压正比于可燃气体的浓度,该输出电压经由放大器13放大后被送入微处理器14,微处理器14对接收到的放大的电压模拟信号进行模数转换、数字滤波以及比较处理,将检测到的可燃气体的浓度值由液晶显示器15进行显示。当检测到的可燃气体的浓度值超过预设报警值时,燃气监管人员除可通过液晶显示器15给出超量程的显示提示来发现可燃气体泄漏外,微处理器14经由总线电路18向上位机或控制器20发出报警信号,提醒燃气监管人员注意。
[0037] 当因外界环境温度或其他因素引起本实用新型探測器零点负漂移时,液晶显示器15上会给出欠量程的显示提示,并且,微处理器14会经由总线电路18向上位机或控制器20发出与液晶显示器15上所显示的内容相对应的信号。
[0038] 当本实用新型探测器发生故障吋,液晶显示器15上会给出故障报警提示,并且,微处理器14会经由总线电路18向上位机或控制器20发出故障状态信号,以通知相关人员。
[0039] 本实用新型的优点是:
[0040] 本实用新型探測器不仅可实现对可燃气体浓度实时监测的功能,浓度超标时报警,其还具有微功耗的特点,功耗小于0. 5W,比已有探测器降低了约80%,且功耗不随对探测器所施加的电源变化而改变,基本属于“恒功率”产品,绿色节能。
[0041] 综上所述,本实用新型探測器的微功耗是从以下几个方面实现的:[0042] I、本实用新型中的传感器供电模式不是原有探測器那种激励源供电方式,而是专门设计了为传感器供电的恒压式桥压源,从而降低了功耗,且解决了探測器功耗随施加的输入电压增大而增加的问题。
[0043] 2、稳压电源选用了线性LEO型稳压电源,功耗极低。
[0044] 3、显示方式采用点阵式液晶显示器,功耗极低。
[0045] 4、数据传输方式采用了总线传输,降低了功耗。
[0046] 5、没有设计多余的保护电路,降低了因保护电路带来的功耗。
[0047] 6、微处理器采用微功耗的大規模、超大規模集成芯片,降低了功耗。
[0048] 7、采用了不仅具有高精度、低漂移特性,还具有微功耗特性的运算放大器,提高了探測器的測量精度,还降低了功耗。
[0049] 8、采用数字滤波技术解决探測器的稳定性,采用看门狗和防死循环控制技术解决抗干扰问题,保障微功耗特性。
[0050] 以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理,对于本领域的技术人员来说,在不背离本实用新型的精神和范围的情况下,任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变,均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (6)

1. ー种微功耗可燃气体探測器,其特征在于:它包括壳体,该壳体内设有可燃气体探测电路,其中: 该可燃气体探测电路包括微处理器、放大器、探测传感器、桥压源、稳压电源,该壳体上设有探測ロ,该探测传感器的感测端头与该探測ロ相应设置,以探测壳体外部可燃气体浓度,该稳压电源的电源输出端与该微处理器的供电端、该桥压源的供电端、该放大器的基准源端连接,该桥压源的激励电压输出端与该探测传感器的激励电压输入端连接,该探测传感器的信号输出端经由该放大器与该微处理器的相应IO端连接。
2.如权利要求I所述的微功耗可燃气体探測器,其特征在于: 所述可燃气体探测电路包括液晶显示器,该液晶显示器的信号端ロ与所述微处理器的相应IO端连接。
3.如权利要求2所述的微功耗可燃气体探測器,其特征在于: 所述液晶显示器为点阵式液晶显示器。
4.如权利要求I所述的微功耗可燃气体探測器,其特征在于: 所述可燃气体探測电路包括总线电路,所述微处理器的相应信号端经由该总线电路与上位机或控制器连接。
5.如权利要求I或3或4所述的微功耗可燃气体探測器,其特征在于: 所述微处理器为微功耗、超大規模集成电路构成的单片机; 所述探测传感器为催化燃烧式传感器; 所述桥压源为微功耗恒压式桥压源; 所述稳压电源为微功耗线性LEO型稳压电源; 所述放大器为微功耗放大器。
6.如权利要求I所述的微功耗可燃气体探測器,其特征在于: 所述壳体为防爆型壳体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104089918A (zh) * 2014-07-03 2014-10-08 中国人民解放军后勤工程学院 一种基于非分光红外法的油气在线检测装置
CN105790214A (zh) * 2015-11-08 2016-07-20 薛关炜 一种检测可燃性气体泄漏时自断电装置

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