CN203465183U - 一种气体测定器、稳压电路及气体标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气体测定器，包括传感器装置，CPU控制电路，报警装置，电池，稳压电路。所述传感器装置将采集的电信号发送到CPU控制电路进行处理，当处理结果表明存在安全隐患时，触发所述报警装置。本实用新型还提供了一种稳压电路和一种气体标定装置。本实用新型的技术方案扩展了气体的测量范围；电池电压可以在高于、低于或等于输出电压的任何状态为测定器提供电源动力，即使在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出稳定电压；该装置使用红外遥控器发送控制数据，控制测定器标定过程，不需要打开充满有毒气体的密封容器，有效的避免了接触有毒气体及预防其泄漏。

Description

一种气体测定器、稳压电路及气体标定装置

技术领域

本实用新型专利涉及一种气体测定器，具体地，涉及一种多功能的便携式高量程多参数气体测定器，以及与其能够配套使用的稳压电路和气体标定装置。

背景技术

多参数气体测定器可同时连续检测CH₄、O₂、CO、CO₂ 共4种气体的浓度，并可超限报警。一般而言，测定器采用8位微控制器作为控制单元，采用高精度检测元件，灵敏度高、响应速度快，屏幕采用宽温范围的液晶。当环境中检测到待测气体的浓度达到或超过或低于预置报警值时，测定器立即发出声光报警。

例如，申请号为CN：200920106184.4的中国实用新型专利公开了一种多功能检测器，该多功能检测器可同时检测井下有害气体及温度传感器，如：二氧化碳、硫化氢、温度等，避免了携带多种检测设备对井下工作人员带来的不变。并且可发出报警信号。如：灯光、声音及振动。

申请号为：CN200620148809.X的中国实用新型专利提到了一种空气质量检测仪，该空气质量检测仪除具备检测井下有害气体的功能外，可检测煤矿环境中的空气质量，为改善工作环境提供检测依据。其集红外传感器与电化学传感器的优点，有温度传感器及压力传感器，并且气体检测种类可扩展。

目前，能同时检测多种有害气体的便携式仪器量程都不高，只有部分单一气体高浓度检测仪表，为了同时检测多种高浓度有害气体需要携带两种以上专业高浓度气体测试仪器，给作业者带来很大不便；而且现有的气体测定器都受限于防爆等级ExibI，只能在GB50058-92中的爆炸性气体危险场所危险程度较低的1区和2区使用，无法在危险程度最高的0区使用，致使0区气体浓度检测成为盲区。

另一方面，现有的便携式气体测定器是采用蓄电池供电，由于蓄电池的工作电压都在一定范围内变化，为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都在电池组输出端接入稳压器，传统的测定器系统采用线性稳压器或降压型开关性稳压电源。这两种电源都要求电池电压高于系统采用的3.3V，对于3.7V的锂电池来说显然要求太苛刻，降低了电池的供电时间。此外，通常的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压比输出电压高出 2v~3V以上，而3.7v转3.3v，输入与输出的压差只有0.4v，显然不满足条件。改进的LDO 低压差线性稳压器只需输入电压比输出电压高出 200mV，与降压型开关性稳压电源一样，可以满足要求，驱动设备，但是其电压都要求高于系统的3.3v，电池最后放电能量的百分之九十没有使用，大大降低了电池的供电时间，且LDO低压差线性稳压器自身功耗大，升温快，需要散热条件好，在高温条件下使用时易保护而关闭输出，使设备停止工作。

然而，现有气体测定器（包括CN：200920106184.4以及CN200620148809.X）中并没有集成多个高量程传感器，无法在煤矿危险程度最高的0区使用，也无法同时应用于一般浓度矿井和高浓度瓦斯矿井的检测；也没有涉及气体测定器电源保护、稳压电路等技术问题，无法在电池电量不足的情况下也能正常工作；气体标定方式操作不安全，目前测定器进行气体标定时，需要将其放入一个充满有毒气体的透明密封的容器内，标定中，需要打开密封的容器，冒着接触有毒气体及其泄漏的风险，操作测定器上的按钮，与测定器进行信息交互，这样极易造成人员人身安全。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有便携式气体测定器不能同时检测多种高浓度有害气体、无法在危险程度高的0区使用、供电的蓄电池使用效率不高以及测定器标定中易危害人身安全的不足等一系列技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型首先提供一种能够同时检测多种气体的便携式高量程多参数气体测定器，包括测定器外壳、传感置装置、电池、控制电路，手持遥控器；所述传感器装置包括红外甲烷传感器，其分辨率0.1％、检测范围（0.0～100.0）％CH₄；红外二氧化碳传感器，其分辨率0.01％、检测范围（0.00~5.00）％CO₂；电化学氧气传感器，其分辨率0.1％，检测范围（0～25.0）％O₂；电化学一氧化碳传感器，其分辨率1×10^-6、检测范围（0~10000）×10^-6 CO。

具体地，本实用新型提供的气体测定装置包括传感器装置，CPU控制电路，报警装置，电池，稳压电路；其特征在于：所述传感器装置采集的电信号发送到CPU控制电路，CPU控制电路所述采集的电信号进行处理，当处理结果表明存在安全隐患时，触发所述报警装置；所述电池与CPU控制电路连接，用于对CPU控制电路的供电；所述电池与传感器装置连接，用于对传感器装置的供电；所述稳压电路位于电池和传感器装置之间。

非限制性地，所述传感器装置包括红外甲烷传感器、红外二氧化碳传感器、电化学氧气传感器、电化学一氧化碳传感器，所述电信号表示气体浓度信息。

进一步，所述气体测定装置还包括一信号放大器、一A/D转换电路，所述传感器装置采集的电信号经信号放大电路放大后输入到A/D转换电路进行模拟/数字转换，转换后的数字信号输入到CPU控制电路。

更进一步，CPU控制电路连接一报警装置和/或显示装置，CPU控制电路对检测到的表示气体浓度的数据进行分析和处理，当处理结果表明存在安全隐患时，CPU控制电路将报警信号、报警时间和报警时气体浓度值输出到液晶显示器显示。

优选地，所述当处理结果表明存在安全隐患时，触发所述报警装置包括：当检测到的氧气浓度值低于设定的特定下限值时，或者甲烷、二氧化碳、一氧化碳中的一种或多种气体浓度高于设定的上限值时，CPU控制电路产生报警信号，通过报警电路发生报警指示。

本实用新型还提供了一种稳压电路，包括一电源转换芯片，去耦电容C1，电容C2，电容C5，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R_T，电感L1，其特征在于：所述电源转换芯片型号为LTC3440；电源输入正极连接电源转换芯片的7、8管脚，负极连接第5管脚；电池输入正极和负极之间连接去耦电容C1；电源转换芯片LTC3440的3、4管脚之间连接电感L1；电源转换芯片的9管脚连接电阻R1，电阻R1再连接到电源转换芯片的6管脚，并引出稳压输出端V_out；电源转换芯片的10管脚连接电容C5，电容C5再连接到电阻R3，电阻R3连接到电源转换芯片的9管脚；电源转换芯片的9管脚对地连接电阻R2；电源转换芯片的1管脚对地连接电阻R_T；稳压输出端V_out对地连接电容C2；电源转换芯片的5管脚和电池4输入负极接地。所述电源为锂电池，锂电池的工作电压为3.7V，锂电池正极连接到Vin+，负极连接到Vin-。

另一方面，本实用新型还提供一种气体标定装置，包括一红外解码电路，所述红外解码电路包括红外解码芯片U7和红外接头IR1，以及一CPU控制电路的控制芯片；其特征在于：红外接头IR1连接红外解码芯片U7，红外解码芯片U7连接CPU控制电路的控制芯片；所述红外解码芯片U7型号为BC7210A，CPU控制电路的控制芯片为PIC18LF6620。CPU控制电路的控制芯片的17管脚IRSW连接一电阻R16，电阻R16的另一端连接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极连接到正电源DVCC，三极管Q4的集电极连接到红外解码芯片U7的2、8管脚和电阻R20，电阻R20的另一端连接到红外接头IR1的2管脚和电容C21的正极，电容C21的负极与红外接头IR1的3管脚接地；红外解码芯片U7的1管脚连接CPU控制电路的控制芯片的27管脚ACT。还包括一CPU控制电路的开关控制芯片，其型号为TS5A3160；红外解码芯片U7的6管脚连接CPU控制电路的开关控制芯片的1管脚IRCODE；红外解码芯片U7的7管脚连接到红外接头IR1的1管脚；红外解码芯片U7的4管脚接地。

本实用新型专利的有益效果是：为同时检测多种高浓度气体提供了一个良好方案和仪器，减少了作业者携带多个设备的不便和麻烦；提供一种可以在危险程度最高的0区检测使用的更安全的气体测定器，杜绝了气体浓度检测盲区；提高了单节锂电池供电使用效率，使得电池电压可以在高于、低于或等于输出电压的任何状态为测定器提供电源动力，且转换效率高达96%，即使在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出稳定电压；该装置符合国家标准ExiaI等级的防爆要求，适用于GB50058-92中的爆炸性气体危险场所危险程度最高的0区，即使在最恶劣情况下都不会引起点燃；红外遥控标定使测定器标定的过程不需要打开充满有毒气体的密封容器，有效的避免了接触有毒气体及预防其泄漏，避免了有毒气体泄漏造成的人员危害。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型专利进一步说明。

图1是本实用新型专利装置外观示意图。

图2是本实用新型专利装置工作原理框图。

图3是本实用新型专利装置稳压电路工作原理图。

图4是本实用新型专利装置红外接收电路工作原理图。 

具体实施方式

在本实用新型的第一实施方式中，提供了一种气体测定装置，包括测定器外壳、传感置装置、电池、控制电路，手持遥控器。图1是气体测定装置外观示意图，外壳上开有显示窗1，内包括红外接收电路，以及按键2。

图2是气体测定装置的结构框图，作为最基本的功能实现，所述装置可仅包括传感器装置，CPU控制电路，电池，报警装置。

优选地，所述传感器装置包括红外甲烷传感器、红外二氧化碳传感器、电化学氧气传感器、电化学一氧化碳传感器，可同时检测甲烷、二氧化碳、氧气、一氧化碳等四种气体中的一种或多种，特别地，可检测高浓度气体。所述红外甲烷传感器，其分辨率0.1％、检测范围（0.0～100.0）％CH₄；红外二氧化碳传感器，其分辨率0.01％、检测范围（0.00~5.00）％CO₂；电化学氧气传感器，其分辨率0.1％，检测范围（0～25.0）％O₂；电化学一氧化碳传感器，其分辨率1×10^-6、检测范围（0~10000）×10^-6 CO；所述红外甲烷传感器型号为MSHia-P/CH₄/5/V/P，所述红外二氧化碳传感器的型号为MSHia-P/CO₂/5/V/P传感器；所述电化学氧气传感器的型号为O₂-A2，所述电化学一氧化碳传感器的型号为CO-AE。

更为优选地，所述气体测定装置还包括一信号放大器，该信号放大器与传感器装置连接。所述传感器装置采集的电信号，所述电信号表示气体浓度信息，采集得到的电信号输入到一信号放大器，经信号放大电路放大后输入到一A/D转换电路进行模拟/数字转换到达CPU控制电路。具体地，四种气体传感器产生的电信号经信号放大电路放大， A/D转换电路数据转换后，到达CPU控制电路。

所述气体测定装置还包括一串口选择电路，所述串口选择电路分别连接RS232通讯接口、红外解码芯片；所述串口选择电路为一数控模拟开关。所述数控模拟开关的是这样工作的：当气体测定器需要连接外置设备（如：探测机器人、计算机等）时，数控模拟开关与RS232通讯接口连接。

当气体测定器进入标定状态时，串口选择使数控模拟开关与红外解码芯片连接。

CPU控制电路连接一报警装置和/或显示装置。CPU控制电路对检测到的表示气体浓度的数据进行分析和处理，将对应的气体浓度值输出到显示装置（例如液晶显示器）进行显示。当检测到的氧气浓度值低于人类生存所必须的下限值或者设定的特定下限值时，或者甲烷、二氧化碳、一氧化碳中的一种或多种气体浓度高于设定的上限值时，CPU控制电路产生报警信号，通过报警电路发生报警指示，同时CPU控制电路将报警信号、报警时间和报警时气体浓度值输出到液晶显示器显示。

非限制性地，所述气体测定装置还包括一输入装置，其连接到CPU控制电路。该输入装置可以是键盘、触摸板、语音输入设备等等，图1中仅示出了键盘的实施方式，CPU控制电路接收输入装置的输入信号。

本领域的技术人员应当理解，本实用新型允许根据检测需要设定高报警值，液晶显示器实时显示气体高浓度值。

本实用新型提供的气体测定装置还包括一电池，所述电池与CPU控制电路连接，用于对CPU控制电路的供电；所述电池还与传感器装置连接，用于对传感器装置的供电。更为优选地，所述电池和传感器装置之间包括一稳压电路。所述电池可连接一充电电路，通过该充电电路进行交流充电。

在本实用新型的第二实施方式中，提供了一种稳压电路，该稳压电路优选地用于所述气体测定装置中，用于对传感器装置的输入电压进行稳压。

图3描述了装置稳压电路工作原理。所述稳压电路包括一电源转换芯片，所述电源转换芯片可采用HX8001、sc8001、ZCC344、LTC3440等。最为优选地，发明人经过多次试验对电源转换芯片进行了筛选，分析发现采用LTC3440芯片输出电流在3V时能达到600mA；在降压、通过和升压下都具备连续输送功能，当电池电压高于3.3V时，LTC3440 启动降压模式；当电池电压下降到低于3.3V并有可能继续下降到2.7V时，LTC3440就以升压模式工作，与其他降压型转换器相比，使用LTC3440可将电池使用寿命延长多达30%，最适用于气体测定装置。

在所述稳压电路中，电池输入正极连接电源转换芯片（LTC3440）的7、8管脚，负极连接第5管脚；电池输入正极和负极之间连接去耦电容（C1）；电源转换芯片（LTC3440）的3、4管脚之间连接电感（L1）；电源转换芯片（LTC3440）的9管脚连接电阻（R1），电阻（R1）再连接到电源转换芯片（LTC3440）的6管脚，并引出稳压输出端（V_out）；电源转换芯片（LTC3440）的10管脚连接电容（C5），电容（C5）再连接到电阻（R3），电阻（R3）连接到电源转换芯片（LTC3440）的9管脚；电源转换芯片（LTC3440）的9管脚对地连接电阻（R2）；电源转换芯片（LTC3440）的1管脚对地连接电阻（R_T）；稳压输出端（V_out）对地连接电容（C2）；电源转换芯片（LTC3440）的5管脚和电池（4）输入负极接地。通过此稳压电路，供电锂电池实现电压稳定输出转换，达到高效率使用。

优选地，所述供电锂电池的工作电压为3.7V，锂电池正极连接到Vin+，负极连接到Vin-，通过图3所示的稳压电路电压转换，Vout输出电压3.3V，无论锂电池电压高于、等于或者低于3.3V，Vout端都有稳定电压3.3V输出。

本实用新型的第三实施方式中，提供了一种气体标定装置，所述气体标定装置采用红外遥控操作。气体标定装置包括手持遥控器。

如图4所示，图4描述了本实用新型装置红外接收电路工作原理图，所述气体标定装置进一步包括一红外解码芯片(U7) 和红外接头（IR1），以及一CPU控制电路的控制芯片。优选地，所述红外解码芯片型号为BC7210A，CPU控制电路的控制芯片优选为PIC18LF6620。PIC18LF6620的17管脚IRSW连接一电阻（R16），电阻(R16)的另一端连接三极管（Q4）的基极，三极管（Q4）的发射极连接到正电源（DVCC），三极管（Q4）的集电极连接到红外解码芯片（U7）的2、8管脚和电阻（R20），电阻（R20）的另一端连接到红外接头（IR1）的2管脚和电容（C21）的正极，电容（C21）的负极与红外接头（IR1）的3管脚接地；红外解码芯片（U7）的1管脚连接CPU控制电路的控制芯片（PIC18LF6620）的27管脚ACT；红外解码芯片（U7）的6管脚连接CPU控制电路的数控模拟开关的1管脚IRCODE；红外解码芯片（U7）的7管脚连接到红外接头（IR1）的1管脚；红外解码芯片（U7）的4管脚接地。

如图1和图4所示，可通过一个或一组输入信号来触发气体标定装置工作。例如本装置气体标定时，首先长按本装置上的▲▼■三个按键中的一个或者三个按键的任意组合，CPU控制电路的控制芯片（PIC18LF6620）的17管脚IRSW发出控制信号，进行串口选择，启动红外解码芯片（U7）和红外接头（IR1），进入气体标定模式，然后将本装置放入密封容器内，接下来通过一个或一组输入信号来设定气体浓度，例如操作红外遥控器▲▼按键，设定气体浓度，按OK确定。手持遥控器将数据经红外无线方式发送给红外接收电路的红外接头（IR1），红外接头（IR1）接收到遥控器发来的数据，将其送入红外解码芯片（U7）解码处理，红外解码芯片（U7）的6管脚发送解码数据到CPU控制电路，红外解码芯片（U7）处理数据后再经内部电路板线路传到CPU控制电路的控制芯片（PIC18LF6620），将信息显示在液晶显示器上，并将数据储存在EEPROM里；标定完毕CPU控制电路的控制芯片（PIC18LF6620）将标定的参数从EEPROM里读到存储器里，通入相应气体开始标定，液晶显示器数据显示稳定后，可通过红外遥控器按OK确定结束标定，测定器气体标定结束。标定完毕CPU控制电路的控制芯片（PIC18LF6620）将标定的参数从EEPROM里读到存储器里，进行气体浓度的计算和检测，取代传统的打开密封容器直接操作测定器进行标定控制的方法。

本实用新型专利的有益效果是：为同时检测多种高浓度气体提供了一个良好方案和仪器，减少了作业者携带多个设备的不便和麻烦；提供一种可以在危险程度最高的0区检测使用的更安全的气体测定器，杜绝了气体浓度检测盲区；提高了单节锂电池供电使用效率，使得电池电压可以在高于、低于或等于输出电压的任何状态为测定器提供电源动力，且转换效率高达96%，即使在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出稳定电压；该装置符合国家标准ExiaI等级的防爆要求，适用于GB50058-92中的爆炸性气体危险场所危险程度最高的0区，即使在最恶劣情况下都不会引起点燃；红外遥控标定使测定器标定的过程不需要打开充满有毒气体的密封容器，有效的避免了接触有毒气体及预防其泄漏，避免了有毒气体泄漏造成的人员危害。 

Claims (10)

1.一种气体测定器，包括传感器装置，CPU控制电路，报警装置，电池，稳压电路；其特征在于：所述传感器装置采集电信号发送到CPU控制电路，CPU控制电路将采集的电信号进行处理，当处理结果表明存在安全隐患时，触发所述报警装置；所述电池与CPU控制电路连接，用于对CPU控制电路的供电；所述电池与传感器装置连接，用于对传感器装置的供电；所述稳压电路位于电池和传感器装置之间。

2.如权利要求1所述的气体测定器，其特征在于：所述传感器装置包括红外甲烷传感器、红外二氧化碳传感器、电化学氧气传感器、电化学一氧化碳传感器，所述电信号表示气体浓度信息。

3.如权利要求1或2所述的气体测定器，其特征在于：所述气体测定器还包括一信号放大器、一A/D转换电路，所述传感器装置采集的电信号经信号放大电路放大后输入到A/D转换电路进行模拟/数字转换，转换后的数字信号输入到CPU控制电路。

4.如权利要求1所述的气体测定器，其特征在于：还包括一串口选择电路，所述串口选择电路分别连接RS232通讯接口、红外解码芯片；所述串口选择电路为一数控模拟开关。

5.如权利要求1所述的气体测定器，其特征在于：CPU控制电路连接一报警装置和/或显示装置，CPU控制电路对检测到的表示气体浓度的数据进行分析和处理，当处理结果表明存在安全隐患时，CPU控制电路将报警信号、报警时间和报警时气体浓度值输出到液晶显示器显示。

6.如权利要求1所述的气体测定器，其特征在于：所述当处理结果表明存在安全隐患时，触发所述报警装置包括：当检测到的氧气浓度值低于设定的特定下限值时，或者甲烷、二氧化碳、一氧化碳中的一种或多种气体浓度高于设定的上限值时，CPU控制电路产生报警信号，通过报警电路发生报警指示。

7.一种用于权利要求1所述气体测定器中的稳压电路，包括一电源转换芯片，去耦电容C1，电容C2，电容C5，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R_T，电感L1，其特征在于：所述电源转换芯片型号为LTC3440；电源输入正极连接电源转换芯片的7、8管脚，负极连接第5管脚；电池输入正极和负极之间连接去耦电容C1；电源转换芯片LTC3440的3、4管脚之间连接电感L1；电源转换芯片的9管脚连接电阻R1，电阻R1再连接到电源转换芯片的6管脚，并引出稳压输出端V_out；电源转换芯片的10管脚连接电容C5，电容C5再连接到电阻R3，电阻R3连接到电源转换芯片的9管脚；电源转换芯片的9管脚对地连接电阻R2；电源转换芯片的1管脚对地连接电阻R_T；稳压输出端V_out对地连接电容C2；电源转换芯片的5管脚和电池4输入负极接地。

8.如权利要求7所述的稳压电路，其特征在于：所述电源为锂电池，锂电池的工作电压为3.7V，锂电池正极连接到Vin+，负极连接到Vin-。

9.一种用于权利要求1所述气体测定器中的气体标定装置，包括一红外解码电路，所述红外解码电路包括红外解码芯片U7和红外接头IR1，以及一CPU控制电路的控制芯片；其特征在于：红外接头IR1连接红外解码芯片U7，红外解码芯片U7连接CPU控制电路的控制芯片；所述红外解码芯片U7型号为BC7210A，CPU控制电路的控制芯片为PIC18LF6620。

10.如权利要求9所述的气体标定装置，其特征在于：CPU控制电路的控制芯片的17管脚IRSW连接一电阻R16，电阻R16的另一端连接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极连接到正电源DVCC，三极管Q4的集电极连接到红外解码芯片U7的2、8管脚和电阻R20，电阻R20的另一端连接到红外接头IR1的2管脚和电容C21的正极，电容C21的负极与红外接头IR1的3管脚接地；红外解码芯片U7的1管脚连接CPU控制电路的控制芯片的27管脚ACT；所述红外解码芯片U7的6管脚连接CPU控制电路的数控模拟开关的1管脚IRCODE；红外解码芯片U7的7管脚连接到红外接头IR1的1管脚；红外解码芯片U7的4管脚接地。

Images