全文摘要
本实用新型公开了一种适合高原环境使用的气体探测器，包括传感器单元、变送器单元、上位机，所述传感器单元用于感测高原气体中的可燃或有毒气体，并转换为与气体浓度成比例的测量信号，所述变送器单元用于根据所属高原的海拔、测量参数对所述测量信号进行补偿，得到实际数据，并对实际数据进行显示或输出给上位机，所述传感器单元连接所述变送器单元，所述变送器单元还连接所述上位机，本申请根据所测位置的海拔高度含氧量的不同，对应地对探测结果进行补偿，从而准确探测出不同海拔高度位置的气体含量。
主设计要求
1.一种适合高原环境使用的气体探测器，其特征在于：包括传感器单元、变送器单元、上位机，所述传感器单元用于感测高原气体中的可燃或有毒气体，并转换为与气体浓度成比例的测量信号，所述变送器单元用于根据所属高原的海拔、测量参数对所述测量信号进行补偿，得到实际数据，并对实际数据进行显示或经过转换后输出给上位机，所述传感器单元连接所述变送器单元，所述变送器单元还连接所述上位机。
设计方案
1.一种适合高原环境使用的气体探测器，其特征在于：包括传感器单元、变送器单元、上位机，所述传感器单元用于感测高原气体中的可燃或有毒气体，并转换为与气体浓度成比例的测量信号，所述变送器单元用于根据所属高原的海拔、测量参数对所述测量信号进行补偿，得到实际数据，并对实际数据进行显示或经过转换后输出给上位机，所述传感器单元连接所述变送器单元，所述变送器单元还连接所述上位机。
2.根据权利要求1所述的气体探测器，其特征在于：所述传感器单元包括传感放大电路、AD转换电路、传感器控制电路，所述传感放大电路用于感测可燃或有毒气体，并对感测到的气体信号进行放大，得到传感器信号，所述AD转换电路用于将所述传感器信号转换为数字信号，所述传感器控制电路将所述数字信号转换为气体浓度信号，并传输给所述变送器单元；所述传感放大电路连接所述AD转换电路，所述AD转换电路还连接所述传感器控制电路。
3.根据权利要求2所述的气体探测器，其特征在于：所述传感器单元还包括温度测量电路，用于实时测量所在位置的温度，所述温度测量电路连接所述传感器控制电路。
4.根据权利要求2所述的气体探测器，其特征在于：所述传感器控制电路包括第一单片机。
5.根据权利要求2所述的气体探测器，其特征在于：所述传感器单元还包括传感器伴热控制电路，所述传感器伴热控制电路用于在低于某一设定温度值时对传感器进行加热；所述传感器伴热控制电路连接所述传感器控制电路。
6.根据权利要求1所述的气体探测器，其特征在于：所述变送器单元包括变送器控制电路、输入控制电路、显示电路、DA转换电路、电流输出电路，所述变送器控制电路连接输入控制电路、所述显示电路、所述DA转换电路，所述DA转换电路连接所述电流输出电路；所述变送器控制电路，用于根据所属位置的海拔高度，判断是否对气体浓度信号进行补偿，所述输入控制电路用于输入测量参数信息；所述电流输出电路用于将电压信号转换为电流信号。
7.根据权利要求6所述的气体探测器，其特征在于：所述变送器单元还包括接点控制输出电路，所述接点控制输出电路连接所述变送器控制电路，所述接点控制输出电路用于根据探测气体的含量输出报警信号。
8.根据权利要求6所述的气体探测器，其特征在于：所述变送器单元还包括通讯RS485输出电路，所述通讯RS485输出电路连接所述变送器控制电路，所述通讯RS485输出电路用于输出传感器单元输出的气体浓度数字数据信号给上位机。
9.根据权利要求6所述的气体探测器，其特征在于：所述变送器控制电路包括第二单片机。
10.根据权利要求1所述的气体探测器，其特征在于：还包括电源电路，用于将输入电压转换为传感器单元与变送器单元所需的电压。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及气体探测技术领域，尤其是涉及一种适合高原环境使用的气体探测器。
背景技术
气体探测器，是将空气中的所检测气体含量转换为电压或电流信号，且电压或电流信号与气体浓度成比例关系，在检测转换的过程中必须要有氧气参与，在平原或低海拔情况下，空气中氧气的含量是充足的，但在高原环境时，空气中氧气的含量比较低，对高原环境中检测时就会影响转换结果，从而对空气中所检测气体含量的探测不准确，因此，如何在高原或低氧气含量的情况下，准确检测空气中可燃或有毒气体含量，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种适合高原环境使用的气体探测器，根据所在位置的海拔，相应地补偿空气中的氧气含量，从而实现在含氧量不同的环境下，也能准确地探测空气中有毒或可燃气体量，排除危险。
本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种适合高原环境使用的气体探测器，包括传感器单元、变送器单元、上位机，所述传感器单元用于感测高原气体中的可燃或有毒气体，并转换为与气体浓度成比例的测量信号，所述变送器单元用于根据所属高原的海拔、测量参数对所述测量信号进行补偿，得到实际数据，并对实际数据进行显示或经过转换后输出给上位机，所述传感器单元连接所述变送器单元，所述变送器单元还连接所述上位机。
本实用新型进一步设置为：所述传感器单元包括传感放大电路、AD转换电路、传感器控制电路，所述传感放大电路用于感测可燃或有毒气体，并对感测到的气体信号进行放大，得到传感器信号，所述AD转换电路用于将所述传感器信号转换为数字信号，所述传感器控制电路将所述数字信号转换为气体浓度信号，并传输给所述变送器单元；所述传感放大电路连接所述AD转换电路，所述AD转换电路还连接所述传感器控制电路。
本实用新型进一步设置为：所述传感器单元还包括温度测量电路，用于实时测量所在位置的温度，所述温度测量电路连接所述传感器控制电路。
本实用新型进一步设置为：所述传感器控制电路包括第一单片机。
本实用新型进一步设置为：所述传感器单元还包括传感器伴热控制电路，所述传感器伴热控制电路用于在低于某一设定温度值时对传感器进行加热；所述传感器伴热控制电路连接所述传感器控制电路。
本实用新型进一步设置为：所述变送器单元包括变送器控制电路、输入控制电路、显示电路、DA转换电路、电流输出电路，所述变送器控制电路连接输入控制电路、所述显示电路、所述DA转换电路，所述DA转换电路连接所述电流输出电路；所述变送器控制电路，用于根据所属位置的海拔高度，判断是否对气体浓度信号进行补偿，所述输入控制电路用于输入测量参数信息；所述电流输出电路用于将电压信号转换为电流信号。
本实用新型进一步设置为：所述变送器单元还包括接点控制输出电路，所述接点控制输出电路连接所述变送器控制电路，所述接点控制输出电路用于根据探测气体的含量输出报警信号。
本实用新型进一步设置为：所述变送器单元还包括通讯RS485输出电路，所述通讯RS485输出电路连接所述变送器控制电路，所述通讯RS485输出电路用于输出传感器单元输出的气体浓度数字数据信号给上位机。
本实用新型进一步设置为：所述变送器控制电路包括第二单片机。
本实用新型进一步设置为：还包括电源电路，用于将输入电压转换为传感器单元与变送器单元所需的电压。
与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果为：
1.本实用新型通过设置传感器控制电路与变送器控制电路，根据所测位置的海拔高度含氧量的不同，对应地对探测结果进行补偿，从而准确探测气体含量。
2.进一步地，本实用新型通过设置输入控制电路与显示电路，及时校正输出偏移，使探测结果更准确。
3.进一步地，本实用新型通过设置显示电路，实时显示探测结果，便于基准调节及探测结果观测。
附图说明
图1是本实用新型的一个具体实施例的电路结构示意图。
图2是本实用新型的一个具体实施例的探测放大电路结构示意图。
图3是本实用新型的一个具体实施例的传感器控制电路结构示意图。
图4是本实用新型的一个具体实施例的变送器控制电路结构示意图。
图5是本实用新型的一个具体实施例的输入控制电路结构示意图。
图6是本实用新型的一个具体实施例的接点输出电路结构示意图。
图7是本实用新型的一个具体实施例的通讯电路结构示意图。
图8是本实用新型的一个具体实施例的DA转换电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型公开的一种适合高原环境使用的气体探测器，如图1所示，包括传感器单元、变送器单元、上位机，所述传感器单元用于感测高原气体中的可燃或有毒气体，并转换为与气体浓度成比例的测量信号，所述变送器单元用于根据所属高原的海拔、测量参数对所述测量信号进行补偿，得到实际数据，并对实际数据进行显示或经过转换后输出给上位机，所述传感器单元连接所述变送器单元，所述变送器单元还连接所述上位机。
传感器单元包括传感放大电路、AD转换电路、传感器控制电路，所述传感放大电路用于感测可燃或有毒气体，并对感测到的气体信号进行放大，得到传感器信号，所述AD转换电路用于将所述传感器信号转换为数字信号，所述传感器控制电路将所述数字信号转换为气体浓度信号，并传输给所述变送器单元；所述传感放大电路连接所述AD转换电路，所述AD转换电路还连接所述传感器控制电路。
变送器单元包括变送器控制电路、输入控制电路、显示电路、DA转换电路、电流输出电路，所述变送器控制电路连接输入控制电路、所述显示电路、所述DA转换电路，所述DA转换电路连接所述电流输出电路；所述变送器控制电路，用于根据所属高原的海拔，判断是否对气体浓度信号进行补偿，所述输入控制电路用于输入控制信息；所述电流输出电路用于将电压信号转换为电流信号。
本申请的一个具体实施例中，如图2所示，传感放大电路包括传感器接收信号端ZA1、ZA2、Z2,集成电路U4内集成有放大电路，采用数字方式控制放大倍数，然后对放大后的信号进行AD转换，采用SCL、SDA双总线方式输出给传感器控制器。
优选地，放大倍数范围为1-8倍。
如图3所示，传感器控制电路包括传感器单片机U7，作为串口通讯从设备，等待变送器单元发出通讯指令，自检后，把设定好的气体类型、单位、量程、投用时间等信息，发送给变送器单元。然后开始控制AD转换电路和放大电路进行传感器信号处理，将电压信号转换为数字信号，并根据算法将电压值转换为气体浓度值。传感器单片机U7以一定频率接收传感器信号进行数字滤波，处理完成后，等待变送器单元发出指令，将数据传输出去。周而复始。
如果变送器发出校准指令时，则根据调试设置方式，改变AD的放大倍数，对转换结果校准。
温度测量电路UC1连接传感器单片机U7的一端PD6，用于实时测量所在位置的温度。
如图4所示，变送器控制电路包括变送器单片机U3,每次上电通电工作前,单片机自检完成后,根据探测目的进行设置，通过输入电路设定测量单位、精度、放大倍数等，设置完成后进行保存。下次开机后，变送器单片机U3从内存中读取相应设置，并显示在显示LCD显示屏上，如果使用者发现不是需要的设置，可重新进行设置。
为了使传感器单片机与变送器单片机的参数一致，开机后，变送器单片机U3自检完成后，发送通讯命令给传感器单片机U7。读取传感器单片机U7内存储的测量类型、单位、范围等参数，并通过LCD显示屏进行显示。
上电后，变送器单片机U3按一定频率发送指令，请求传感器单片机U7传送传感器原值数据，在获得传感器原值数据后，判断是否有根据海拔高度进行修改，如果有，就读取相应的补偿参数进行修正后进入DA转换电路、显示电路，如果没有，就直接进入DA转换电路、显示电路。显示电路直接进行显示。
如果发现内部设置了海拔高度。则去进行判断：判断海拔高度是多少，应该补相应高度的曲线组。确定曲线组后，分析是在那个线段区间，从而进行相应的补偿。这样就完成了高原环境时，对测量不准确的修正。
在本申请的一个实施例中，高度对应曲线分为10段，0-10是第一段，补偿5.2,11-20是第二段，补偿4.8,21-30是第三段，补偿4.2，以此类推。如传感器原值数据为12.2，高度对应曲线是第二段，则应该输出12.2+4.8=17，对应海拔高度下，显示值就是17。
如图5所示，输入电路包括四个输入按键，分别表示上、下、零点、增益功能。每一个按键的三端分别连接电源VCC、地、控制信号UP\/DOWN\/ZERO\/SPAN端，其中控制信号端分别通过电阻R12\/R13\/R14\/R15接电源VCC。其中，上、下按键用于选择、调节，零点按键用于进入、放弃、校准零点，增益按键用于保存、确认、校准增益。选择是在列表中进行选择，选择好后按增益按键确认。
校准零点，在没有气体时应该显示0。如果显示值不是0，则触发零点按键。然后通过上下箭头，把显示调成0.准确了之后，点“增益”按键，此时增益按键的作用就是保存。
DA转换电路和电流输出电路如图8所示，其中，DA转换电路包括DA转换芯片U2,通过SDA\/SCL双总线与传感器单片机U3连接，将传感器单片机U7输出的数字信号转换为模拟电压信号，并传输给电流转换电路。电流转换电路包括放大跟随电路、电压转电流电路，模拟电压信号经过放大跟随电路进行放大，再经过电压转电流电路转换为电流信号，并将电流信号传送给上位机。此时的电流信号的幅值为4-20mA。
放大跟随电路包括放大器U1A，其正输入端连接DA转换电路的输出端，其输出端连接三极管N1的基极，三极管N1的集电极连接电压转电流电路的输入端，三极管N1的发射极与放大器U1A的负输入端连接在一起，并通过电阻R3接地。
电压转电流电路包括放大器U1B, 其正输入端连接放大跟随电路的输出端，其负输入端与三极管P1的发射极连接在一起，并通过电阻R1接23V电源，其输出端连接三极管P1的基极，三极管P1的集电极输出电流信号。
变送器单元还包括接点控制输出电路，如图6所示，包括二路光耦电路O1、二路放大电路，光耦O1用于将变送器单片机与报警单元隔离，二路光耦电路O1的输入端J1C\/J2C分别连接到变送器单片机的PD4\/PD3脚，二路光耦电路O1的输出分别连接二路放大电路的输入，二路放大电路的输出JC1\/JC2连接不同的报警设备，二路放大电路都采用基本P型三极管放大电路。
变送器单元判断测量气体的含量是否超出设定的报警含量范围，如果超过了设定的报警浓度的最大值，则发出高于设定报警信息给接点控制输出电路；如果低于设定的报警浓度的最小值，则发出低于设定报警信息给接点控制输出电路；接点控制输出电路根据不同的报警信息发出不同的报警。
变送器单元还包括通讯RS485输出电路，如图7所示，包括通讯RS485芯片UB1，其信号端RXD\/TXD\/CS485端分别连接变送器单片机的PD0\/PD1\/PD2脚，用于与变送器单元进行通讯，通讯RS485输出电路用于把变送器单元输出的测量气体浓度数字信息传输给上位机。
所述传感器单元还包括传感器伴热控制电路，所述传感器伴热控制电路用于对传感器在低温时候进行加热；所述传感器伴热控制电路连接所述传感器控制电路。
低温是指低于零下10度。
气体探测器还包括电源电路，用于将输入电压转换为传感器单元与变送器单元所需的电压。
本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920049509.3
申请日:2019-01-12
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209690215U
授权时间:20191126
主分类号:G01N27/00
专利分类号:G01N27/00
范畴分类:31E;
申请人:北京华德安工科技有限公司
第一申请人:北京华德安工科技有限公司
申请人地址:100083 北京市海淀区志新东路8号
发明人:高荆;杨文滨
第一发明人:高荆
当前权利人:北京华德安工科技有限公司
代理人:代理机构:代理机构编号:优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计