专利名称：有毒气体探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器领域，特别涉及气体探测器领域，具体是指一种有毒气体 探测器。
背景技术：
目前市场上的各种点型有毒气体探测器，其气体传感器的信号处理电路和探测器 的电源转换和驱动电路都集成在一起。由于有毒气体探测器的传感器大部分为电化学型气 敏传感器，其输出信号为微安级的电流信号，很容易受电路和外界因素干扰，因此信号输出 的一致性较差。而且一定时间内都会发生测量值的漂移，所以需要定期给有毒气体探测器 进行标定，这些探测器的标定和调试都需到现场通入目标气体，操作比较麻烦和困难。探测 器的参数设置和标定采用开盖操作或者磁棒设置方法，极为不便。现有的点型有毒气体探 测器往往在现场需要两个人的配合，才能完成有毒气体探测器的标定和调试，工作人员的 工作量较大。此类探测器的显示装置大部分采用笔端式LCD显示，不够直观，同时还需要背 光光源，其使用寿命受到一定限制。
实用新型内容本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能使探测器的标定 和调试更为简便，有效减少工作人员的工作量，同时具有更为直观的显示设备，便于探测器 在任何场合的应用，结构简单，且成本低廉的有毒气体探测器。为了实现上述的目的，本实用新型的有毒气体探测器具有如下构成该有毒气体探测器，包括相互固定连接的探测器主体模块和传感器�？椋龅� 探测器主体�？榘ǹ翘搴蜕柚糜诳翘迥诘牡缭吹ピ椭骺氐ピ龅闹骺氐ピ直鹆� 接所述的电源单元和传感器�？椋渲饕氐闶牵龅奶讲馄髦魈迥？榛拱ㄒ壕允� 单元，所述的液晶显示单元分别连接所述的电源单元和主控单元。该有毒气体探测器中，所述的液晶显示单元包括显示器、显示器电源电路和显示 器信号与控制电路，所述的显示器通过所述的显示器电源电路连接所述的电源单元，并通 过所述的显示器信号与控制电路连接所述的主控单元，所述的显示器设置于所述的壳体表 面。所述的显示器为有机发光二极管液晶显示器(OLED)。该有毒气体探测器中，所述的探测器主体�？榛拱铀龅闹骺氐ピ淖芟� 通信单元，所述的总线通信单元包括外部通信接口。所述的总线通信单元为MODBUS串口通 讯单元、HART通讯单元或CANBUS串口通讯单元。该有毒气体探测器中，所述的有毒气体探测器还包括红外线接收单元，所述的红 外线接收单元连接所述的主控单元，所述的壳体上开设有红外接收窗口。所述的主控单元 包括微处理器、液晶显示电路和红外通信电路，所述的微处理器分别连接所述的液晶显示 电路、红外通信电路、电源单元及传感器模块，所述的液晶显示电路连接所述的液晶显示单 元，所述的红外通信电路连接所述的红外线接收单元。[0009]该有毒气体探测器中，所述的传感器�？榘ǖ缁宕衅�、信号处理单元、 温湿度补偿单元和数据存储单元，所述的信号处理单元分别连接所述的温度补偿单元、数 据存储单元、电化学气体传感器以及探测器主体�？榈闹骺氐ピ�。所述的数据存储单元为 电可擦可编程只读存储器，所述的电可擦可编程只读存储器连接于所述的信号处理单元。该有毒气体探测器中，所述的探测器主体模块和传感器模块通过完全隔离的串行 通信接口相互连接。采用了该实用新型的有毒气体探测器，由于其包括相互固定连接的探测器主体模 块和传感器�？椋龅奶讲馄髦魈迥？榘ǹ翘搴蜕柚糜诳翘迥诘牡缭吹ピ椭骺氐� 元，所述的主控单元分别连接所述的电源单元和传感器�？椋龅奶讲馄髦魈迥？榛拱� 括液晶显示单元，所述的液晶显示单元分别连接所述的电源单元和主控单元，使得该有毒 气体探测器可实现单一工作人员非现场标定，维护和更换气体传感器时，可不断电操作，不 影响整个系统的正常工作，同时探测器显示全部采用点阵OLED中文显示和红外�？夭僮� 方法，极大地方便了气体探测器的日常维护工作，也提高了有毒气体探测器的可靠性和安 全性。
图1为本实用新型的有毒气体探测器的功能�？榻峁故疽馔�。图2为本实用新型的有毒气体探测器的整体结构示意图。图3为本实用新型的有毒气体探测器的分拆结构示意图。图4为本实用新型的有毒气体探测器的V/I转换电路原理图。图5为本实用新型的有毒气体探测器的安全栅电路原理图。图6为本实用新型的有毒气体探测器的传感器供电电源电路原理图。图7为本实用新型的有毒气体探测器的OLED显示板电路原理图。图8为本实用新型的有毒气体探测器的传感器信号转换电路原理图。图9为本实用新型的有毒气体探测器的传感器单片机电路原理图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。请参阅图1所示，为本实用新型的有毒气体探测器的功能�？榻峁故疽馔�。在本实用新型的一种实施方式中，如图2和3所示，该有毒气体探测器包括相互固 定连接的探测器主体�？�1和传感器�？�2。所述的探测器主体�？�1包括壳体11和设置 于壳体11内的电源单元12和主控单元13，所述的主控单元13分别连接所述的电源单元 12和传感器模块2。所述的探测器主体�？�1还包括液晶显示单元14，所述的液晶显示单 元14分别连接所述的电源单元12和主控单元13。该液晶显示单元14包括显示器、显示器 电源电路和显示器信号与控制电路，所述的显示器通过所述的显示器电源电路连接所述的 电源单元12，并通过所述的显示器信号与控制电路连接所述的主控单元13，所述的显示器 设置于所述的壳体11的表面。其中，所述的显示器为有机发光二极管液晶显示器(OLED)。 在该实施方式中，所述的探测器主体�？�1和传感器�？�2通过完全隔离的串行通信接口 相互连接。[0024]在一种优选的实施方式中，所述的探测器主体�？�1还包括连接于所述的主控单 元13的总线通信单元，所述的总线通信单元包括外部通信接口，所述的总线通信单元为 MODBUS串口通讯单元、HART通讯单元或CANBUS串口通讯单元中的一种。在另一种优选的实施方式中，所述的有毒气体探测器的探测器主体模块1还包括 红外线接收单元15，所述的红外线接收单元15连接所述的主控单元13，所述的壳体11上 开设有红外接收窗口。其中，所述的主控单元13包括微处理器、液晶显示电路和红外通信 电路，所述的微处理器分别连接所述的液晶显示电路、红外通信电路、电源单元12及传感 器�？�2，所述的液晶显示电路连接所述的液晶显示单元14，所述的红外通信电路连接所 述的红外线接收单元15。在又一种优选的实施方式中，所述的传感器�？�2包括电化学气体传感器21、信 号处理单元、温湿度补偿单元和数据存储单元，所述的信号处理单元分别连接所述的温度 补偿单元、数据存储单元、电化学气体传感器21以及探测器主体�？�1的主控单元13。所 述的数据存储单元为电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，所述的电可擦可编程只读存储器 连接于所述的信号处理单元。在实际应用中，本实用新型的毒气体探测器由探测器主体�？楹推宕衅髂？� 组成，其中探测器主体�？橹饕商讲馄髦骺翘�、电源单元板、电源单元挡板、主控单元板、 OLED显示单元板、总线通信单元板以及探测器挡板、探测器上盖等组成；气体传感器�？� 主要由传感器(内部由气敏器件和信号处理电路组成)、防爆烧结网、筒体、网罩等组成。其 中气体传感器�？楹吞讲馄髦魈迥？橹洳捎每刹灏蔚牟逭牒筒遄绞搅�。不同的气体 传感器�？槟谥糜胁煌宓钠羝骷捎糜诩觳獠煌挠卸酒�。探测器电源单元板 包括系统电源转换电路、V/I转换电路、安全栅电路、传感器供电电源转换电路和传感器隔 离通讯电路。系统电源转换电路接收探测器外接的DCMV电源，经DC/DC电源芯片转换为 DC7. 5V，供安全栅电路和传感器电源转换电路以及主控板供电使用。探测器的主控板电路，如图1所示，主要由系统MCU电路、主控板电源转换LDO电 路和D/A转换电路组成，其主要完成以下功能1、与气体传感器的通讯工作；2、0LED液晶驱 动；3、红外�？赝ㄑ督涌�(可接受标定、调零和参数设置等命令)；4、报警LED灯控制；5、 高、低段报警继电器控制；6、D/A转换；7、总线通讯电路(RS485串口输出、HART解码芯片接 口、CAN串口通讯接口 )等。通信板为智能型有毒气体探测器的可选部件，探测器的标准输出为4 20mA信 号，同时可选配3种总线通讯�？榈缏罚缤�1所示，分别是MODBUS串口通讯模块、HART通 讯�？楹虲ANBUS串口通讯�？�。V/I转换电路，如图4所示，主控板MCU把从气体传感器接收来的气体浓度信号，经 过进一步软件滤波和智能化处理以后，再经12位的D/A转化，输出电压模拟信号(Vin)，再 加到专用V/I转化芯片的信号输入脚，根据公式Iout= 10(Vin/RSet)，系统就输出和检测 气体浓度成一定比例关系的电流信号。安全栅电路，如图5所示，为本安关联电路，DC7.5V电压输入，后串接本安 保险丝1F1，额定电流200mA，保护后面并联的两个齐纳二极管IN5344B，齐纳二极 管用来限制电压，其额定功率5W，齐纳电压8. 2V;安全栅电路要求齐纳二极管功率^ 0. 2X1. 7X8. 2X1. 1X1. 5 = 4. 6ff, IN5344B额定功率5W满足要求。电路最大电压= 8. 2X1. 1 = 9. 02V，根据电压，查GB3836. 4-2000，II C类设备，安全系数1. 5，允许的短路 电流至少可通过3. 33A(表中最小电压12. IV时)电流，9. 02V时最大允许电容4. 6uF。本 电路采用两级冗余半导体限流电路(1Q5，1Q6，1Q7，1Q8)，实际限流能力为0. 7V/2 = 350mA, 电流完全满足本质安全要求。传感器供电电源转换电路，如图6所示，本部分电路串接在安全栅电路后端，属于 本质安全电路，主要由向气体传感器供电的电源转换电路和通讯电路组成，气体传感器系 统工作电源DC5V，是安全栅后级电压VCC6V经LDO转换所得。传感器隔离通讯电路，探测器和气体传感器串口通讯经光耦隔离，保证了系统的 本质安全性需求，可在使用现场带电插拔气体传感器，不影响其防爆性。OLED显示板电路由OLED驱动电源转换电路、OLED显示电路、LED显示和�？氐鹊� 路组成。如图7所示，5V1把DC7. 5V升压为DC12V给OLED供电；5U1为红外�？亟邮盏缏罚� 5J3为OLED接口插座。气体传感器�？榈缏啡缤�8和图9所示，有毒气体三电极电化学型气体传感器 2S1把气体浓度信号转换为微电流信号，再经UlC运算放大器放大、转换为电压信号，再经 UlD和UlA运算放大器进一步放大和滤波处理后输出到气体传感器�？榈缏返牡テ腁/ D转换口 ADO 口，其中V2电压基准可提供某些特殊电化学传感器所需的偏置电压，UlB运 算放大器为传感器的平衡电路。单片机把采样到的有毒气体浓度电压信号经智能化处理和 温湿度补偿后，转换为标准的数字串口信号输出，同时气体传感器模块单片机芯片内置有 EEPR0M，可存储气体传感器的主要标定和设置参数，如图9所示，其中IUl为带A/D转换的 单片机芯片，1U2和1U3为串口信号处理电路芯片。采用了该实用新型的有毒气体探测器，由于其包括相互固定连接的探测器主体模 块和传感器�？椋龅奶讲馄髦魈迥？榘ǹ翘搴蜕柚糜诳翘迥诘牡缭吹ピ椭骺氐� 元，所述的主控单元分别连接所述的电源单元和传感器模块，所述的探测器主体模块还包 括液晶显示单元，所述的液晶显示单元分别连接所述的电源单元和主控单元，使得该有毒 气体探测器可实现单一工作人员非现场标定，维护和更换气体传感器时，可不断电操作，不 影响整个系统的正常工作，同时探测器显示全部采用点阵OLED中文显示和红外�？夭僮� 方法，极大地方便了气体探测器的日常维护工作，也提高了有毒气体探测器的可靠性和安 全性。在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以 作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是 说明性的而非限制性的。
权利要求1.一种有毒气体探测器，该探测器包括相互固定连接的探测器主体�？楹痛衅髂� 块，所述的探测器主体�？榘ǹ翘搴蜕柚糜诳翘迥诘牡缭吹ピ椭骺氐ピ龅闹骺� 单元分别连接所述的电源单元和传感器�？椋涮卣髟谟冢龅奶讲馄髦魈迥？榛拱� 液晶显示单元，所述的液晶显示单元分别连接所述的电源单元和主控单元。
2.根据权利要求1所述的有毒气体探测器，其特征在于，所述的液晶显示单元包括显 示器、显示器电源电路和显示器信号与控制电路，所述的显示器通过所述的显示器电源电 路连接所述的电源单元，并通过所述的显示器信号与控制电路连接所述的主控单元，所述 的显示器设置于所述的壳体表面。
3.根据权利要求2所述的有毒气体探测器，其特征在于，所述的显示器为有机发光二 极管液晶显示器。
4.根据权利要求1所述的有毒气体探测器，其特征在于，所述的探测器主体�？榛拱� 括连接所述的主控单元的总线通信单元，所述的总线通信单元包括外部通信接口。
5.根据权利要求4所述的有毒气体探测器，其特征在于，所述的总线通信单元为 MODBUS串口通讯单元、HART通讯单元或CANBUS串口通讯单元。
6.根据权利要求1所述的有毒气体探测器，其特征在于，所述的有毒气体探测器还包 括红外线接收单元，所述的红外线接收单元连接所述的主控单元，所述的壳体上开设有红 外接收窗口。
7.根据权利要求6所述的有毒气体探测器，其特征在于，所述的主控单元包括微处理 器、液晶显示电路和红外通信电路，所述的微处理器分别连接所述的液晶显示电路、红外通 信电路、电源单元及传感器�？椋龅囊壕允镜缏妨铀龅囊壕允镜ピ龅暮� 外通信电路连接所述的红外线接收单元。
8.根据权利要求1所述的有毒气体探测器，其特征在于，所述的传感器�？榘ǖ缁� 学气体传感器、信号处理单元、温湿度补偿单元和数据存储单元，所述的信号处理单元分别 连接所述的温度补偿单元、数据存储单元、电化学气体传感器以及探测器主体�？榈闹骺� 单元。
9.根据权利要求8所述的有毒气体探测器，其特征在于，所述的数据存储单元为电可 擦可编程只读存储器，所述的电可擦可编程只读存储器连接于所述的信号处理单元。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的有毒气体探测器，其特征在于，所述的探测器 主体�？楹痛衅髂？橥ü耆衾氲拇型ㄐ沤涌谙嗷チ�。
专利摘要本实用新型涉及一种有毒气体探测器，其包括相互固定连接的探测器主体�？楹痛衅髂？椋讲馄髦魈迥？榘ǹ翘搴蜕柚糜诳翘迥诘牡缭吹ピ椭骺氐ピ骺氐ピ直鹆铀龅牡缭吹ピ痛衅髂？椋渲校龅奶讲馄髦魈迥？榛拱ㄒ壕允镜ピ龅囊壕允镜ピ直鹆铀龅牡缭吹ピ椭骺氐ピ�。采用了该实用新型的有毒气体探测器，由于其包括液晶显示单元，液晶显示单元分别连接所述的电源单元和主控单元，使得该有毒气体探测器可实现单一工作人员非现场标定，维护和更换气体传感器时，可不断电操作，不影响整个系统的正常工作，极大地方便了气体探测器的日常维护工作，也提高了有毒气体探测器的可靠性和安全性。
文档编号G01N27/26GK201885995SQ20102064548
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者任善明, 周明喜, 张 杰 申请人:上海翼捷工业安防技术有限公司
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