CN212162278U - 一种电路转接板装置及气体传感器测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电路转接板装置及气体传感器测试系统；包括电路转接板、驱动机构；所述电路转接板水平外置有电路转接板插槽；所述驱动机构驱动电路转接板作直线往复运动。本实用新型提供的电路转接板装置，采用水平外置插槽的设计，采用驱动机构驱动电路转接板作直线运动，实现插槽与外部设备接口的连接，为系统集成化提供基础。

Description

一种电路转接板装置及气体传感器测试系统

技术领域

本实用新型涉及气敏特性测试技术领域，具体来说是一种电路转接板装置及气体传感器测试系统。

背景技术

对于气敏特性的测试技术，硬件设备涉及用于通气测试的测试装置，及与测试装置电性连接的电路转接板装置。测试装置与电路转接板装置为独立的个体，通过接口和插槽实现连接。由于需要通过移动测试装置或者电路转接板装置实现二者的接口连接，所以二者位置无法固定，导致整个测试系统集成化低，装置的移动和存储过程中存在丢失、损坏的现象。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题之一在于如何提供有利于测试系统集成化的电路转接板装置。

本实用新型所要解决的技术问题之二在于如何提供一种集成化高的测试系统。

本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种电路转接板装置，适用于气体传感器测试系统，包括电路转接板、驱动机构；所述电路转接板上外置有电路转接板插槽；所述驱动机构与电路转接板连接，并驱动电路转接板作直线往复运动。

本实用新型提供的电路转接板装置，采用水平外置插槽的设计，驱动机构驱动电路转接板作直线运动，实现插槽与外部设备接口的连接，为系统集成化提供基础。

进一步的，所述电路转接板装置还包括盒体；所述盒体包括容纳电路转接板的腔体；所述电路转接板与腔体底部滑动固定，且所述盒体具有供电路转接板插槽伸出的通道。

进一步的，所述盒体包括下保护盖；所述下保护盖大致呈U型结构；所述电路转接板位于U型结构内。

进一步的，还包括固定板，所述电路转接板固定在固定板上；所述固定板底部设置有滑槽，下保护盖的上表面设置有与滑槽配合的滑轨；所述固定板通过滑槽与滑轨配合滑动固定在下保护盖上。

进一步的，所述电路转接板与滑槽垂直连接，所述电路转接板插槽与电路转接板垂直连接。

进一步的，还包括上保护盖；所述上保护盖大致呈U型结构，扣在下保护盖上，二者之间形成容纳所述电路转接板的腔体。

进一步的，所述驱动机构包括在所述上保护盖的U型底处开设一个长孔及在所述固定板的顶部安装一手柄；所述长孔的长轴方向与固定板的滑动方向一致；所述手柄伸出长孔。

基于电路转接板装置，本实用新型还提供一种气体传感器测试系统，包括上述的电路转接板装置、测试装置；所述电路转接板装置与测试装置固定在同面板上；所述测试装置外置有与电路转接板插槽相对应的外接口；所述电路转接板位于所述初始位置时，电路转接板插槽与外接口断连，所述驱动机构驱动电路转接板前进时，电路转接板插槽与外接口插接。

进一步的，所述上保护盖和下保护盖的两顶端均具有翻边，形成安装裙边；所述面板上开设有孔，所述下保护盖嵌入孔内，上保护盖、下保护盖、板面通过安装裙边固定成整体。

进一步的，测试装置包括测试腔本体、承载板；所述外接口自承载板朝向电路转接板插槽一侧水平引出，与所述电路转接板插槽形成公母接头；所述测试腔本体中部下凹形成所述测试腔；承载板正面覆盖在测试腔本体上，使所述测试腔形成密封空间；所述承载板上设置有多个传感器接口，用于电性连接所述测试芯片。

本实用新型的优点在于：

本实用新型提供的电路转接板装置，采用水平外置插槽的设计，驱动机构驱动电路转接板作直线运动，实现插槽与外部设备接口的连接，为系统集成化提供基础。

电路转接板通过上下保护盖组合固定，便于拆装，且通过该简洁的结构实现驱动机构的设置，设计巧妙。

尤其是电路转接板采用滑动式固定方式，配合伸出上保护盖的手柄，在外力作用下，电路转接板完成滑动式进退，与外部设备接口通断，操作便捷，接口连接精准。

基于电路转接板装置中插槽的滑动式进退，将测试装置与电路转接板装置固定，实现测试系统的集成化。

测试装置水平引出外接口，与电路转接板插槽形成公母接头，连接便捷，易观察连接效果。另外，承载板上多个接口，实现单通道测试和多通道测试的不同类型测试。

附图说明

图1为本实用新型实施例中测试系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中测试系统的内部腔体分布结构示意图；

图3为本实用新型实施例中气体传感器测试装置的爆炸结构示意图；

图4为本实用新型实施例中测试腔本体的结构示意图；

图5为本实用新型实施例测试系统中电路转接板装置的整体结构示意图；

图6为本实用新型实施例测试系统中电路转接板装置中电路转接板与下保护盖的装配结构示意图；

图7为本实用新型实施例测试系统内配气系统的连通结构示意图；

图8为本实用新型实施例测试系统内合成气配气模式的气路结构示意图；

图9为本实用新型实施例测试系统内采集气袋配气模式的气路结构示意图；

图10为本实用新型实施例测试系统内配气室配气模式的气路结构示意图；

图11为本实用新型实施例测试系统的电路原理图；

图12为本实用新型实施例测试系统的运行流程框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图5、图6所示，电路转接板装置32包括电路转接板插槽321、电路转接板322、固定板323、滑轨324、下保护盖325、移动手柄326和上保护盖327。

下保护盖325大致呈U型结构，两顶端翻边形成安装裙边。同样在箱体1的上盖板14开孔，下保护盖325罩合在该孔下方，安装裙边与箱体1的上盖板14通过螺钉固定，从而使下保护盖325与箱体1形成整体。下保护盖325底部开有电源线、数据线的走线孔3251。

上保护盖327大致呈倒U型结构，两端部同样具有安装裙边，与上盖板14通过螺钉固定成整体。上保护盖327扣在下保护盖325上，二者之间形成容纳电路转接板322 的空腔。电路转接板322固定在固定板323上，固定板323通过滑轨324与下保护盖325 滑动固定。本实施例中，固定板323为一立方体结构，电路转接板322为一电路板，固定在固定板323朝向承载板314的一侧电路转接板电路转接板。本实施例中，承载板314 为测试装置31中用于电性连接气体传感器的元器件，测试装置31的具体结构见实施例 2。

承载板314朝向电路转接板的一侧水平引出外接口3141，电路转接板322朝向承载板的一侧水平引出电路转接板插槽321，与承载板的外接口3141形成插接结构。电路转接板插槽321与承载板的外接口3141的插拔动作实现机构为：

在上保护盖327的U型底处开设一个长孔，长孔的长轴方向与电路转接板的滑动方向一致。在固定板323的顶部安装一手柄326，手柄326伸出长孔。通过推动手柄326，实现移动电路转接板，从而实现电路转接板插槽321与承载板的外接口3141的插拔动作。测试完成后，反方向推动手柄326，使电路转接板插槽321与承载板314的外接口 3141分离。也可使用丝杠等结构来带动电路转接板322向前或向后移动，使电路转接板 322与承载板314的外接口3141实现电连接及信号连接。还可以将移动手柄326做成电动手柄，无需人力推动。

本实用新型提供的电路转接板装置，采用水平外置插槽的设计，驱动机构驱动电路转接板作直线运动，实现插槽与外部设备接口的连接，为系统集成化提供基础。尤其是电路转接板采用滑动式固定方式，配合伸出盒体的手柄，在外力作用下，电路转接板完成滑动式进度，与外部设备接口通断，操作便捷，接口连接精准。

实施例2

基于实施例1的电路转接板装置，本实施例提供一种多通道测试芯片测试系统，如图1、2所示，包括箱体1、配气系统2、采集单元3、供电单元4、主控制单元、以太网输入输出单元6、上位机(图未示)和人机界面(图未示)。供电单元4向其他部件供电。

本实施例提供的箱体1整体为立方体结构。通过隔板将箱体1内腔分隔成气路室11、第一电路室12和第二电路室13。为了减少热干扰和电磁干扰，气路室11位于第一电路室12和第二电路室13的上方，采用隔热性能好的板材隔开，第一电路室12和第二电路室13横向并排设置，采用电磁屏蔽性能好的板材隔开。且气路室11、第一电路室12、第二电路室13侧壁均安装有散热风扇(图未标示)，每个腔室散热满足系统运行需求。

本实施例中，供电单元4、主控制单元、和以太网输入输出单元6布设在第二电路室13中。配气系统2的管路布设在配气室11中，采集单元3包括测试装置31、电路转接板装置32和采集模块33，其中测试装置31、电路转接板装置32固定在箱体1的上盖板14，采集模块33固定在第一气路室11内。测试装置31与电路转接板装置32通信连接，电路转接板装置与采集模块33通信连接。

本实施例中，如图3、图4所示，测试装置31包括测试腔本体311、测试腔进气接口312、测试腔出气接口313、承载板314和密封压板315。

测试腔本体311的中部下凹，形成测试腔体3111，测试芯片位于测试腔体3111内。测试腔体3111上开设有进气口和出气口(图未标示)，进气口、出气口分别与测试腔进气接口312、测试腔出气接口313连接。为了避免气体在腔体内流动时产生湍流，影响测试精度，测试腔体3111的四角为圆弧状，整体呈长圆孔。测试腔体3111进气口和测试芯片之间设置有第一分流板，气流方向垂直于第一分流板板面。第一分流板上分散式开设有多个第一分流孔。气体自进气口进入后，由于进气口过流面积有限，加上气流速度较快，所以进入测试腔体3111后基本呈气体束状，当气体束遇第一分流板后受阻分散，并从各个第一分流孔继续前进，以实现分散气流，充盈整个腔体，使气流与测试芯片充分接触的目的。尤其应用在混合气体时效果更佳，具体为：多种气体进入测试腔体 3111后，经第一分流板分流后实现在与测试芯片接触之前混合，达到提高测试精度的目的。另外，分散后的气体充满测试腔体3111，可充分的将测试腔体3111内原来的气体推出，实现快速置换。

为了进一步分散和混合气体，本实施例在在第一分流板和测试芯片之间还设置有第二分流板3112，第二分流板3112上分散式的开设有第二分流孔，为了充分混合和气体置换，本实施例将第一分流孔和第二分流孔错位设置，以实现气流二次受阻分流混合。

本实施例为了防止气体回流或残存排不净，还在测试芯片与出气口之间设置了第三分流板3113，第三分流板3113上也分散式开设有多个第三分流孔，为了使气流快速通过，本实施例将第三分流板3113上的过流面积设置成大于第一分流板和第二分流板的过流面积。第一分流板3114、第二分流板3112和第三分流板3113上的分流孔可以是均布，也可以是无规则布置，优选均布。

第一分流板3114、第二分流板3112和第三分流板3113均通过测试腔体3111侧壁上的凹槽安装，且均与测试腔体3111的底壁垂直。当第二分流板3112固定在测试腔体 3111进气口处的圆弧末端，第一分流板3114位于第二分流板3112与进气口中间，第三分流板3113固定在测试腔体3111出气口处的圆弧末端时，分流混合效果最佳。

可在测试腔体3111内设置温湿度传感器、压力传感器(图未示)，对测试腔体内的湿度、温度控制和气体压力进行检测。

承载板314为PCB板，上面设置有多个传感器接口(图未示)，使用时，测试芯片 (图未示)安装在传感器接口处，承载板314覆盖在测试腔体3111开口处，使测试芯片位于第二分流板3112和第三分流板3113之间。且承载板314的外接口3141设置于测试腔本体311的外部。承载板314和测试腔本体311之间通常还设有第一密封垫316，起密封和保护作用。第一密封垫316上开设有与测试腔体3111开口对应的第一开口3161。

密封压板315覆盖在承载板314背面，通过螺钉与测试腔本体311密封连接。为了确保密封效果，通常在密封压板315和承载板314之间设置第二密封垫317，第一密封垫316、第二密封垫317均为硅胶垫。可在密封压板315和第二密封垫317上依次开设第三开口3151和第二开口3171，露出承载板314背面的传感器测点，从而方便使用电源表、电压表等工具直接测量测试芯片各项参数。

气体切换时，气体B从测试腔进气接口312进入测试腔体3111中，经过第一分流板3114和第二分流板3112两次分流，使得气体B扩散至测试腔3111整个横截面，加上气体B的流速很快，因而可以将先前留在测试腔体3111中的气体A迅速排干净。可见上述结构使得在气体切换时，能够快速完成气体切换，经模拟显示，切换时间小于1s，可以准确测试测试芯片的响应时间和恢复时间。

此外，如果气体B为混合气体，则气体B从进气接口312进入测试腔体3111的过程中，混合气体B在进气口与第一分流板3114之间进行初次混合，随后通过第一分流板3114上的通孔向前推进，在第一分流板3114和第二分流板3112之间形成的空间中进行二次混合，然后向前推进，在第二分流板3112和第三分流板3113形成的空间中与测试芯片接触并测试。随后通过第三分流板3113上的气孔流至出气口。上述过程对测试腔体3111采用双层预混合腔室，确保混合气体在测试时已混合均匀，第三分流板3113 可防止气体回流，从而提高测试准确度。

本实施例中，在箱体1上盖板14开孔，测试腔体3111与孔适配并嵌入在孔内，测试腔本体311周边形成的裙边与箱体1的上盖板14通过螺钉固定，从而使整个测试装置31固定在箱体1上盖板14上。

配气系统2结构如图7所示，包括气体流量计23、气体隔膜泵、第一三通阀21、二通阀26及第二三通阀22、进气接口24、出气接口25、注入口27、排出接口28。按照气体流向，进气接口24、第一三通阀21、气体隔膜泵、气体流量计23、测试腔、第二三通阀22、出气接口25依次通过管道连通。配气室的进口通过管道与注入口27连通，注入口27与第二三通阀22连通，配气室的出口引出两路管道，其中一路通过二通阀26 与排出接口28连通，另一路与第一三通阀21连通。结合图1、图2，其中气体隔膜泵、配气室及气路管道均设置于气路室11内，第一三通阀21、二通阀26及第二三通阀22 的阀门开关、进气接口24、出气接口25、注入口27、排出接口28均穿过箱体1的上盖板14固定在上盖板14上表面，便于操作。气体流量计23固定在箱体1的侧板外壁，便于观察。为便于识别，可将配气系统2各部件的连接关系刻画在上盖板14上。

本实施例中，配气系统2有三种工作模式：合成气配气模式、采集气袋配气模式和配气室注入模式。

合成气配气模式如图8所示，每个合成气袋通过流量控制器MFC与进气接口24连接。合成气通过流量控制器MFC按一定的配比进入进气接口24，第一三通阀21把气路切换到气体隔膜泵，气体通过气体隔膜泵、气体流量计23，进入测试腔体，测试完毕后，气体通过第二三通阀22切换到出气接口25，排空到安全气体处理点，集中进行废气处理。

采集气袋配气模式如图9所示，被测气体被收集到采集气袋内，采集气袋上有进出两个接口，分别接到配气系统2上的进气接口24和出气接口25。第一三通阀21调整到进气接口24与气体隔膜泵相通，第二三通阀22调整到出气接口25与测试腔出口相通。启动气体隔膜泵，让采集气袋内的被测气体在管路和测试腔体内循环流动。实现气体循环利用，减小污染。

配气室注入模式如图10所示，第一三通阀21连通气体隔膜泵和配气室，第二三通阀22连接测试腔出口和注入口27，二通阀26关闭，再启动气体隔膜泵，让配气室内的被测气体在管道内循环流动。通过注入口27，用微量注射器注入被测气体或液体，调整循环体系内的被测气体浓度和种类。测试完成，可以打开二通阀26，通过排空接口28 对系统内的被气体吹扫和清理。此种配气模式成本最低。图8、图9、图10中加粗线路分别表示三种模式下的气体路径。

本实施例针对多通道气体传感器测试系统提供一种测试电路，测试电路中包括多个子测试电路，每个子测试电路对应一个气体传感器。子测试电路原理如图11所示，运行框图如图12所示，以10通道为例，承载板314上安装有10个传感器接口，可以同时对10个气体传感器进行检测。对应地，电路转接板322上安装有10个气体传感器连接器，每个气体传感器连接器连接到一块采集板33上。

如图11所示的子测试系统电路原理图，采集板33上包括气体传感器连接器、可调电源1a、可调电源2a、跟随滤波模块1b、跟随滤波模块2b、跟随滤波模块3b、跟随滤波模块4b、模拟开关、功耗电阻10、匹配电阻网20、ADC模块、主控制单元和网口模块。控制模块也可通过无线传输与PC端通信。

可调电源1a一端与主控制单元连接，另一端与跟随滤波模块1b的第一端连接，可调电源2a一端与主控制单元连接，另一端与跟随滤波模块2b第一端连接；所述的ADC 模块包括四个IO数据接口和一个IO通讯接口，IO数据接口具体来说是模拟信号接口，跟随滤波模块1b的第一端与气体传感器连接器连接，第二端与ADC模块的第一IO数据接口C1接口连接，跟随滤波模块2b的第一端与气体传感器连接器连接，第二端与ADC 模块的第二IO数据接口C2接口连接，跟随滤波模块3b的第一端与气体传感器连接器连接，第二端与ADC模块的第三IO数据接口C3接口连接，跟随滤波模块4b的第一端与气体传感器连接器连接，第二端与ADC模块的第四IO数据接口C4接口连接。气体传感器连接器与气体传感器连接。功耗电阻10的一端与跟随滤波模块4b第一端连接，另一端接地。匹配电阻网20一端与模拟开关连接，另一端接地；ADC模块的第四IO数据接口C4与模拟开关连接，ADC模块的IO通讯接口与主控制单元连接。主控制单元与网口模块通信连接。

工作原理为：主控制单元收到网口模块的命令后对气体传感器的加热电压VH、测量电压VC、匹配电阻RL进行调节，加热电压VH、测量电压VC的调节通过主控制单元控制可调电源1a、可调电源2a实现，加热电压VH、测量电压VC调节后会引起匹配电压 VL、功率电压VP变化，通过检测匹配电压VL、功率电压VP变化得到气体传感器电阻值变化，根据电阻值变化得出所检测的气体传感器的相关参数。匹配电阻网20的调节通过主控制单元控制模拟开关切换实现。

气体传感器通过匹配电阻网20(100R-100M)分压后通过跟随滤波模块3b进行滤波进入ADC模块。

本实施例中，ADC模块为多输入通道的ADC转换器，该ADC转换器通过SPI接口与主控制单元进行数据通信。

本实施例采用10路气体传感器进行检测。主控制单元将气体传感器1-10的数据采集后，将数据组包发送给网口模块。

主控制单元为单片机MCU，与网口模块通信方式为UART通信。

如图12所示的测试系统的运行流程，主控制单元(MCU)与传感器供电电源(可调电源)电性连接；传感器供电单元与传感器电性连接，传感器与采集单元(ADC模块) 电性连接，采集单元与主控制单元电性连接，主控制单元通过以太网输入输出单元与上位机PC端通信连接。

上位机PC端先设置好传感器测试的相关命令，例如各通道(气体传感器)的加热电压VH，测量电压VC、匹配电阻RL、功耗电阻，然后点击“配置命令下发”按钮后， PC端就会把设置的命令通过以太网输入输出单元传输给对应采集板的网口模块，网口模块再把命令传输给单片机MCU，单片机MCU接到命令后，会对可调电源，ADC模块进行控制，实现了单独调节独立通道的加热电压、测量电压和匹配电阻；控制完成后，ADC 模块会不断把传感器的模拟电信号转换成数字信号再传输给单片机MCU，单片机MCU再把数字信号依次通过网口模块和以太网输入输出单元传输给PC端进行处理。通过对每个气体传感器的各项参数单独控制实现了对各测试通道气体传感器加热电压、测量电压和匹配电阻的动态扫描，可以同步采集10个气体传感器电阻RS-加热电压VH，传感器电阻RS-测量电阻VC和传感器电阻RS-匹配电阻RL形成曲线和数据库。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电路转接板装置，适用于气体传感器测试系统，其特征在于：包括电路转接板、驱动机构；所述电路转接板上外置有电路转接板插槽；所述驱动机构与电路转接板连接，并驱动电路转接板作直线往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种电路转接板装置，其特征在于：所述电路转接板装置还包括盒体；所述盒体包括容纳电路转接板的腔体；所述电路转接板与腔体底部滑动固定，且所述盒体具有供电路转接板插槽伸出的通道。

3.根据权利要求2所述的一种电路转接板装置，其特征在于：所述盒体包括下保护盖；所述下保护盖大致呈U型结构；所述电路转接板位于U型结构内。

4.根据权利要求3所述的一种电路转接板装置，其特征在于：还包括固定板，所述电路转接板固定在固定板上；所述固定板底部设置有滑槽，下保护盖的上表面设置有与滑槽配合的滑轨；所述固定板通过滑槽与滑轨配合滑动固定在下保护盖上。

5.根据权利要求4所述的一种电路转接板装置，其特征在于，所述电路转接板与滑槽垂直连接，所述电路转接板插槽与电路转接板垂直连接。

6.根据权利要求4所述的一种电路转接板装置，其特征在于：还包括上保护盖；所述上保护盖大致呈U型结构，扣在下保护盖上，二者之间形成容纳所述电路转接板的腔体。

7.根据权利要求6所述的一种电路转接板装置，其特征在于：所述驱动机构包括在所述上保护盖的U型底处开设一个长孔及在所述固定板的顶部安装一手柄；所述长孔的长轴方向与固定板的滑动方向一致；所述手柄伸出长孔。

8.一种气体传感器测试系统，其特征在于：包括权利要求2至7任一所述的电路转接板装置、测试装置；所述电路转接板装置与测试装置固定在同面板上；所述测试装置外置有与电路转接板插槽相对应的外接口；所述电路转接板位于初始位置时，电路转接板插槽与外接口断连，所述驱动机构驱动电路转接板前进时，电路转接板插槽与外接口插接。

9.根据权利要求8所述的一种气体传感器测试系统，其特征在于：盒体的上保护盖和下保护盖的两顶端均具有翻边，形成安装裙边；所述面板上开设有孔，所述下保护盖嵌入孔内，上保护盖、下保护盖、面板通过安装裙边固定成整体。

10.根据权利要求9所述的一种气体传感器测试系统，其特征在于：所述测试装置包括测试腔本体、承载板；所述外接口自承载板朝向电路转接板插槽一侧水平引出，与所述电路转接板插槽形成公母接头；所述测试腔本体中部下凹形成所述测试腔；承载板正面覆盖在测试腔本体上，使所述测试腔形成密封空间；所述承载板上设置有多个传感器接口，用于电性连接测试芯片。

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