CN205449888U - 氢气检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了氢气检测系统，采用超声谐振腔传感器检测氢气浓度，利用氢气进入谐振腔，利用声波传导速度发生变化导致谐振频率的变化的特性，获取氢气浓度，灵敏度高；在各检测端和接收端设置无线传输模块，实现氢气的遥测，能实现多地点的氢气检测。

Description

氢气检测系统

技术领域

本实用新型涉及检测领域，具体涉及氢气检测系统。

背景技术

氢气是世界上己知的最轻的气体，无色无味且不易容于水，在常温下，氢气的化学性质是稳定的，但是在点燃或加热的条件下，氢气很容易和多种物质发生化学反应，在反应过程中有大量热放出，是相同条件下汽油的三倍。空气里混入氢气的体积达到总体积的4％～74.2％，加热或点燃时就会发生爆炸，在加工车间封闭的环境下，若不能及时检测出氢气的存在，一旦发生意外，就会给公司和员工带来人身财产的损害。

现有的检测氢气的系统中，通常中使用半导体型氢气传感器，在氢气传感器表面涂抹一层对氢气敏感的薄膜材料，当氢气传感器的表面氧化物吸附氢气后，导电率将会发生改变，通过导电率的变化来检测出氢气的浓度，其缺点在于检测性能差、选择性差、稳定性低，受环境温度影响大，灵敏度低始终是困扰氢气检测系统的主要问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种氢气检测系统，解决现有氢气检测系统存在的灵敏度低的问题。

本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：

氢气检测系统，由接收端和至少一个检测端组成；所述检测端由氢气浓度检测模块、检测端微处理器模块和检测端无线传输模块组成；所述接收端包括接收端无线传输模块、接收端微处理器模块和报警模块；

所述氢气浓度检测模块的输出端与检测端微处理器模块相连；所述检测端无线传输模块与检测端微处理器模块相连；所述接收端无线传输模块与检测端无线传输模块相连，所述接收端无线传输模块与接收端微处理器模块相连；所述报警模块的输入端与接收端微处理器模块相连。

上述方案中，所述接收端进一步包括显示模块，所述显示模块的输入端与接收端微处理器模块相连。

本实用新型的优点与效果是：

1、采用超声谐振腔传感器检测氢气浓度，利用氢气进入谐振腔，利用声波传导速度发生变化导致谐振频率的变化的特性，获取氢气浓度，灵敏度高；

2、在各检测端和接收端设置无线传输模块，实现氢气的遥测，能实现多地点的氢气检测。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理框图。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

氢气检测系统，由接收端和至少一个检测端组成；检测端由氢气浓度检测模块、检测端微处理器模块和检测端无线传输模块组成；接收端由接收端无线传输模块、接收端微处理器模块、报警模块和显示模块组成；氢气浓度检测模块的输出端与检测端微处理器模块相连；检测端无线传输模块与检测端微处理器模块相连；接收端无线传输模块与检测端无线传输模块相连，接收端无线传输模块与接收端微处理器模块相连；报警模块的输入端与接收端微处理器模块相连；显示模块的输入端与接收端微处理器模块相连，如图1所示。

不同气体有着不同的分子量，因此，不同气体在声波传递速度和质量密度上有所不同，一般来说分子量比较小的气体反而具有较高的声速。氢气浓度检测模块为超声谐振腔传感器，超声谐振腔传感器上两个圆片型的压电薄片分别放置在一个圆柱型小空腔内部的上下两侧，其中电极采用平行场激励，电极面朝空腔内部。其中在圆柱型腔体的侧面分别开有两个小孔，用于气体进出，并保持谐振腔内的气体压强恒定。一个压电薄层在提供的一定振幅和频率的交流电压信号下产生振动，迫使腔体中的空气开始振动。振动中，空气会处于持续的声波谐振状态，空腔另一端的第二个压电元件作为感应元件，监测谐振频率的变化。在超声谐振传感器中，一旦有氢气进入谐振腔，声波传导速度发生变化，就会在激励与接收信号之间产生相移，使谐振频率发生改变通过测量器件的谐振频率可以得到氢气浓度的变化。多数压电片均制成圆片形，从换能的角度考虑，压电材料的压电耦合系数要高，则能量转换效率高，能量损失少；与传感器设计密切相关的参数是压电材料的温度系数。压电材料的温度系数小，频率的温漂小，消除了由于环境温度的变化而产生的测量误差，进而保持高的频率稳定性和灵敏度。

检测端微处理器模块和接收端微处理器模块选用高性能、大容量、微型化、低功耗、低成本的处理器，用于测量氢气浓度的石英传感晶振的振荡频率较高，为10MHz，可借助D触发器产生频率信号和参考频率信号的差值频率，低频率的信号可直接由处理器测量。

综合无线收发芯片在通信距离、通信可靠性、功耗和抗干扰能力方面的要求以及考虑到整个系统的成本，本实用新型的检测端无线传输模块和接收端无线传输模块选用nRF401无线收发芯片。nRF401是一个工作在433MHzISM频段的无线收发芯片，它采用的是FSK调制解调技术。天线接口设计为差分天线，选用成本较低的PCB天线。其中PWR.UP管脚为间歇供电，占空比2％，周期200ms，nRF401在待机模式下工作电压很低。nRF401中的锁相环电路包括一个鉴相器、一个鉴频器、一个外部环路滤波器和一个压控振荡器。nRF401使用了改进的colpitts振荡器结构和一个外部谐振电路。内部偏置电流网络调整VCO的信号幅度，外部谐振槽路具有很宽的Q值范围。nRF401的外围电路很简单，包括天线匹配网络和琐相环电路。

报警模块采用语音芯片，采用PM50语音芯片来驱动扬声器发声，用PM50语音芯片的PWM输出模式直接来驱动8Q，0.5W的扬声器，具有使用简便、使用寿命长、FLASHRAM结构，可以反复擦写录入，寿命在l万次以上、工作电压3—6V，静态电流luA，工作电流50mA、直接驱动8欧姆0.5W的喇叭、语音录制可分1---8段或128段、自定义端口、自带可以功能自定的八个输入端口，九个输出端口、支持在线编程、外围电路简单、只需一个振荡电阻和一个电源滤波电容就可以让其工作。

接收端微处理器模块将接收到的氢气浓度码转换成对应浓度后，在显示模块显示，显示模块为液晶显示屏。TSl620液晶显示芯片，它有两个8位寄存器：指令寄存器与数据寄存器，指令寄存器积存清除显示、光标移位等命令的指令码，也可寄存DDRAM和字符发生器RAM的地址，单片机向LCD写数据时，写入的数据首先寄存在DR中，数据传送在单片机执行读DR内容指令后完成。TSl620具有一个忙信号标志位，当BF置为1时，LCD正在进行内部操作，不会接受任何命令。

本实用新型的工作过程为：在各检测端，当有氢气进入被测环境时，由超声谐振腔传感器将检测浓度以频率变化的形式输出至检测端微处理器模块，检测端微处理器模块运用现有的解码技术将频率解码成浓度，并输入至检测端无线传输模块，在接收端微处理器模块的控制下，接收端无线传输模块接收浓度信号，并通过显示模块显示出浓度，并在浓度超过预设阈值时，启动报警模块。

Claims (2)

1.氢气检测系统，其特征在于：

由接收端和至少一个检测端组成；所述检测端由氢气浓度检测模块、检测端微处理器模块和检测端无线传输模块组成；所述接收端包括接收端无线传输模块、接收端微处理器模块和报警模块；

所述氢气浓度检测模块的输出端与检测端微处理器模块相连；所述检测端无线传输模块与检测端微处理器模块相连；所述接收端无线传输模块与检测端无线传输模块相连，所述接收端无线传输模块与接收端微处理器模块相连；所述报警模块的输入端与接收端微处理器模块相连。

2.根据权利要求1氢气检测系统，其特征在于：所述接收端进一步包括显示模块，所述显示模块的输入端与接收端微处理器模块相连。