超聲波氧濃度手持測(cè)試儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種超聲波氧濃度手持測(cè)試儀，包括外部的殼體，所述的殼體內(nèi)設(shè)置有超聲波傳感器、主控板、LCD顯示屏以及電池。本實(shí)用新型采用超聲波傳感器測(cè)量氧氣濃度，使得測(cè)氧儀壽命增長(zhǎng)、相應(yīng)時(shí)間加快、免維護(hù)精度高；采用TQFP封裝CPU和SOT89-3封裝穩(wěn)壓管，在一定程度上減小了PCB的體積，節(jié)省了不少空間，為手持式便攜設(shè)備打下基礎(chǔ)；擺脫了外接供電系統(tǒng)的不便利，讓電池供電變成了現(xiàn)實(shí)，達(dá)到了手持便攜的目的；電池電壓的檢測(cè)系統(tǒng)在保證了該測(cè)氧儀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的同時(shí)，也給用戶以提醒，做到了很好的保護(hù)作用；串口數(shù)據(jù)的傳輸功能能夠?qū)悠渌谠O(shè)備讓用戶自行利用該濃度數(shù)據(jù)做監(jiān)控或其他數(shù)據(jù)處理。
【專利說(shuō)明】超聲波氧濃度手持測(cè)試儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種檢測(cè)裝置，尤其是一種檢測(cè)小型分子篩制氧機(jī)氧氣濃度的手持式超聲波測(cè)試儀。

【背景技術(shù)】
[0002]變壓吸附(簡(jiǎn)稱PSA)制氧是國(guó)際上最近幾十年新興起來(lái)的制氧技術(shù)，以沸石分子篩為吸附劑采用純物理分離方式，將空氣中的氧氣(約占21%)直接分離，從而產(chǎn)生高純度的氧氣。自1985年美國(guó)的Praxair公司研制的第一臺(tái)小型制氧機(jī)的問(wèn)世起,標(biāo)志了分子篩制氧機(jī)步入小型化生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的低溫精餾法、薄膜滲透法和化學(xué)吸收法等相比，PSA分子篩制氧法具有靈活、方便、自動(dòng)化操作、投資少、能耗低等顯著特點(diǎn)，因而該法得到了快速的發(fā)展。依此法生產(chǎn)的氧氣廣泛用于污水生化處理；醫(yī)療保健、家庭氧療、室內(nèi)環(huán)境、高原補(bǔ)氧、科研氧源以及養(yǎng)殖業(yè)用氧等許多領(lǐng)域。對(duì)于不同的領(lǐng)域，所需的氧氣濃度值是有著不同的要求；同時(shí)，對(duì)于小型分子篩制氧機(jī)而言，隨著使用時(shí)間的拉長(zhǎng)，其關(guān)鍵部件如壓縮機(jī)、管線材料等會(huì)緩慢消耗并老化，最終會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)氧濃度發(fā)生變化。
[0003]為了檢測(cè)不同條件下的分子篩制氧機(jī)所產(chǎn)氧濃度的數(shù)值，目前市面上常見(jiàn)的測(cè)氧儀按照其核心傳感器的不同原理主要有電化學(xué)式、氧化鋯或白金等幾類。上述測(cè)氧儀的共性都是不斷消耗傳感器內(nèi)物質(zhì)，產(chǎn)生電信號(hào)后處理得到氧濃度數(shù)據(jù)，但當(dāng)傳感器逐漸失效后，測(cè)試數(shù)據(jù)逐漸偏離真實(shí)值并需頻繁校準(zhǔn)，最終因傳感器徹底失效而使得測(cè)氧儀不得不更換傳感器部分或者報(bào)廢；而且氧化鋯對(duì)使用環(huán)境要求較高，需要在600-750°C的恒溫下才能正常測(cè)試；同時(shí)，目前市面上還有一大部分測(cè)氧儀需要外接電源，不方便攜帶且功耗較大；最后，上述兩類傳感器成本較高，都不利于批量生產(chǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種具有響應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、低功耗、免維護(hù)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)的超聲波氧濃度手持測(cè)試儀。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種超聲波氧濃度手持測(cè)試儀，包括外部的殼體，所述的殼體內(nèi)設(shè)置有超聲波傳感器、主控板、LCD顯示屏以及電池；所述的超聲波傳感器由超聲波振蕩片、傳感器外殼以及溫度傳感器組成；其中溫度傳感器用來(lái)接收溫度信號(hào)，給不同濃度、溫度下的數(shù)據(jù)提供補(bǔ)償數(shù)據(jù)。
[0006]本實(shí)用新型所述的超聲波震蕩片分別設(shè)置在傳感器外殼的兩端，并且超聲波振蕩片的金屬探針與主控板想連接；所述的溫度傳感器放置于傳感器外殼內(nèi)并與主控板相連；所述的傳感器外殼的頂端設(shè)置有進(jìn)氣口與出氣口 ；所述的進(jìn)氣口與出氣口分別通過(guò)管路與設(shè)置在殼體頂端的進(jìn)氣孔與出氣孔相連通；所述的LCD顯示屏以及電池分別通過(guò)連接線與主控板電路連接。為了減小體積，節(jié)省空間，本實(shí)用新型所述的溫度傳感器設(shè)置在超聲波傳感器的中部。
[0007]本實(shí)用新型所述的主控板上設(shè)置有串口通信接口，完全滿足產(chǎn)品功能需求。主控芯片選擇AVR系列主流芯片，該系列產(chǎn)品是目前市面上性能較高、功耗較低的微處理器，有豐富的外設(shè)和先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，32引腳TQFP封裝節(jié)約主控板空間且包含23個(gè)可編程I/O口，完全滿足產(chǎn)品功能需求。
[0008]為了減少消耗，本實(shí)用新型所述的電池為9V疊層堿性電池。同時(shí)選用5位段碼LCD作為顯示也降低了 CPU輸出口驅(qū)動(dòng)所帶來(lái)的額外損耗，此硬件配置極大程度上降低了電池額外的消耗。
[0009]本實(shí)用新型所述的殼體表面設(shè)置有開(kāi)關(guān)；所述的開(kāi)關(guān)通過(guò)連接線與主控板電路連接。
[0010]本實(shí)用新型采用超聲波傳感器，其中一個(gè)為發(fā)射端、另一個(gè)為接收端，利用超聲波在不同濃度介質(zhì)中傳播時(shí)以不同速度進(jìn)行傳播，其傳播時(shí)間上的差額經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，可以提供出計(jì)算介質(zhì)濃度的相關(guān)參數(shù)。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是，解決了【背景技術(shù)】中存在的缺陷，
[0012]1、采用超聲波傳感器測(cè)量氧氣濃度，使得測(cè)氧儀壽命增長(zhǎng)、相應(yīng)時(shí)間加快、免維護(hù)精度高；
[0013]2、采用TQFP封裝CPU和S0T89-3封裝穩(wěn)壓管，在一定程度上減小了 PCB的體積，節(jié)省了不少空間，為手持式便攜設(shè)備打下基礎(chǔ)；
[0014]3、低功耗AVR系列CPU做為主控芯片運(yùn)行在16M晶振模式下功耗是微安級(jí)的，ME6201穩(wěn)壓管的低功耗穩(wěn)壓輸出以及程序內(nèi)對(duì)無(wú)氧氣輸入狀態(tài)的斷電休眠處理使整個(gè)系統(tǒng)在一個(gè)低功耗的模式下運(yùn)行，此系統(tǒng)擺脫了外接供電系統(tǒng)的不便利，讓電池供電變成了現(xiàn)實(shí)，達(dá)到了手持便攜的目的；
[0015]4、電池電壓的檢測(cè)系統(tǒng)在保證了該測(cè)氧儀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的同時(shí)，也給用戶以提醒，做到了很好的保護(hù)作用；而串口數(shù)據(jù)的傳輸功能對(duì)該設(shè)備也是一個(gè)拓展功能，能夠?qū)悠渌谠O(shè)備讓用戶自行利用該濃度數(shù)據(jù)做監(jiān)控或其他數(shù)據(jù)處理。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型主控板的PCB布圖。
[0019]圖中:1、出氣孔；2、進(jìn)氣孔；3、IXD連接線；4、串口通信接口 ；5、超聲波傳感器；6、溫度傳感器；7、電池；8、主控板；9、5位段碼IXD ;10、開(kāi)關(guān)。

【具體實(shí)施方式】
[0020]現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。
[0021]如圖1所示的一種超聲波氧濃度手持測(cè)試儀，包括外部的殼體，殼體內(nèi)設(shè)置有超聲波傳感器5、主控板8、IXD顯示屏9以及電池7 ;超聲波傳感器由超聲波振蕩片、傳感器外殼以及溫度傳感器組成；超聲波震蕩片分別設(shè)置在傳感器外殼的兩端，并且超聲波振蕩片的金屬探針與主控板想連接；溫度傳感器放置于傳感器外殼內(nèi)并與主控板相連；傳感器外殼的頂端設(shè)置有進(jìn)氣口與出氣口 ；進(jìn)氣口與出氣口分別通過(guò)管路與設(shè)置在殼體頂端的進(jìn)氣孔2與出氣孔I相連通；LCD顯示屏以及電池分別通過(guò)連接線3與主控板電路連接。
[0022]如圖2所示，電池7正極連接至DC 9V接口，電池負(fù)極連接GND接口，開(kāi)關(guān)10連接kaiguan，溫度傳感器6連接Ql接口，超聲波傳感器5的左振蕩片連接2#,超聲波傳感器5的右振蕩片連接1#，IXD連接線3連接J2接口同時(shí)連接至5位段碼IXD9，出氣孔I用硅膠管連接至超聲波傳感器5的出氣口，進(jìn)氣孔2用硅膠管連接至超聲波傳感器5的進(jìn)氣口。
[0023]圖2中，Ul表示的是AVR系列的微處理器，U2表示的低功耗運(yùn)算放大器，U3表示的是“與”門電路，U4表示的是ME6201系列高輸入電壓LDO線性穩(wěn)壓器。J3接口作為串口通信接口可以提供檢測(cè)到的氧濃度數(shù)據(jù)，J2接口連接5位段碼IXD可直接顯示所測(cè)量得到的氧濃度數(shù)據(jù)，并可提供電池電量低報(bào)警信息。
[0024]整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行原理如下:
[0025]當(dāng)開(kāi)關(guān)10閉合導(dǎo)通后，電池隨即將電量供應(yīng)給整個(gè)電路，液晶屏被點(diǎn)亮，程序初始化完畢，進(jìn)氣孔2接入氧氣，CPU先讀取一次溫度數(shù)據(jù)作為參考，同時(shí)超聲波傳感器右振蕩片經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)發(fā)射出25KHz的超聲波信號(hào)，CPU開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波信號(hào)會(huì)通過(guò)不同濃度狀態(tài)下的超聲波傳感器內(nèi)腔體，等到超聲波傳感器左振蕩片接收到了該信號(hào)后通過(guò)電容C9和電感L4、L5進(jìn)入U(xiǎn)2的運(yùn)算放大電路，放大電路將該信號(hào)放大后再次送入U(xiǎn)2的電壓比較器電路中，電阻R9和RlO分壓產(chǎn)生比較器參考電壓，而送入比較器的超聲波信號(hào)以參考電壓為門限值，高于門限值為高電平，低于門限值的為低電平，最終完成對(duì)該信號(hào)的方波整形，整形后的方波信號(hào)通過(guò)U3的門電路提取出脈沖信號(hào)，進(jìn)而該脈沖信號(hào)送入CPU后產(chǎn)生中斷信號(hào)，CPU記錄該發(fā)射到接收的時(shí)間，將該時(shí)間參數(shù)和溫度參數(shù)經(jīng)過(guò)函數(shù)運(yùn)算，即可算出此時(shí)對(duì)應(yīng)的及時(shí)氧氣濃度，然后以此方法循環(huán)探測(cè)，將得到的氧氣濃度值加權(quán)對(duì)比后送給LCD顯不O
[0026]在此探測(cè)過(guò)程中，如果加權(quán)對(duì)比計(jì)算出的濃度值連續(xù)I分鐘內(nèi)小于程序設(shè)定值，判定為無(wú)氧氣輸入，將會(huì)對(duì)CTO執(zhí)行休眠指令，所有外設(shè)器件均停止工作，將耗電量降至300uA，極大程度減少電池電量損耗，滿足低功耗要求。同時(shí)，SO封裝的運(yùn)算放大器在運(yùn)行時(shí)電量也只有600uA，電流消耗也是極低的。而選用TQFP封裝的CPU、SO封裝的運(yùn)算放大器和門電路集成芯片都很大程度上減少了電路板的體積，節(jié)約了很多空間。
[0027]另外，電阻RX —端接入電池正極，RY 一端接地，RX和RY的分壓信號(hào)直接輸入給CPU進(jìn)行判斷，通過(guò)CPU的AD轉(zhuǎn)化，計(jì)算出分電壓數(shù)值與程序內(nèi)部設(shè)定值做比較，保證U4的供電電壓在DC6.5V以上，同時(shí)也就保證了整個(gè)設(shè)備的DC5V正常供電。當(dāng)分壓下降至設(shè)定值以下后，電池電量已經(jīng)無(wú)法保證設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)確性，故判定為低電量，同時(shí)送出“L0”字樣給LCD顯示提醒用戶更換電池。
[0028]以上說(shuō)明書(shū)中描述的只是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，各種舉例說(shuō)明不對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在閱讀了說(shuō)明書(shū)后可以對(duì)以前所述的【具體實(shí)施方式】做修改或變形，而不背離實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波氧濃度手持測(cè)試儀，包括外部的殼體，其特征在于:所述的殼體內(nèi)設(shè)置有超聲波傳感器、主控板、LCD顯示屏以及電池；所述的超聲波傳感器由超聲波振蕩片、傳感器外殼以及溫度傳感器組成；所述的超聲波震蕩片分別設(shè)置在傳感器外殼的兩端，并且超聲波振蕩片的金屬探針與主控板想連接；所述的溫度傳感器放置于傳感器外殼內(nèi)并與主控板相連；所述的傳感器外殼的頂端設(shè)置有進(jìn)氣口與出氣口 ；所述的進(jìn)氣口與出氣口分別通過(guò)管路與設(shè)置在殼體頂端的進(jìn)氣孔與出氣孔相連通；所述的IXD顯示屏以及電池分別通過(guò)連接線與主控板電路連接。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波氧濃度手持測(cè)試儀，其特征在于:所述的LCD顯示屏為5位段碼IXD顯示屏；所述的電池為9V疊層堿性電池。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲波氧濃度手持測(cè)試儀，其特征在于:所述的溫度傳感器設(shè)置在超聲波傳感器的中部。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲波氧濃度手持測(cè)試儀，其特征在于:所述的主控板上設(shè)置有串口通信接口。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲波氧濃度手持測(cè)試儀，其特征在于:所述的殼體表面設(shè)置有開(kāi)關(guān)；所述的開(kāi)關(guān)通過(guò)連接線與主控板電路連接。
【文檔編號(hào)】G01N29/024GK204065022SQ201420460786
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】史磊, 孫保安 申請(qǐng)人:保定邁卓醫(yī)療器械有限公司