超聲波氧濃度手持測試儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種超聲波氧濃度手持測試儀，包括外部的殼體，所述的殼體內(nèi)設置有超聲波傳感器、主控板、LCD顯示屏以及電池。本實用新型采用超聲波傳感器測量氧氣濃度，使得測氧儀壽命增長、相應時間加快、免維護精度高；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，為手持式便攜設備打下基礎；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，達到了手持便攜的目的；電池電壓的檢測系統(tǒng)在保證了該測氧儀數(shù)據(jù)的準確性的同時，也給用戶以提醒，做到了很好的保護作用；串口數(shù)據(jù)的傳輸功能能夠?qū)悠渌谠O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。
【專利說明】超聲波氧濃度手持測試儀

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種檢測裝置，尤其是一種檢測小型分子篩制氧機氧氣濃度的手持式超聲波測試儀。

【背景技術】
[0002]變壓吸附(簡稱PSA)制氧是國際上最近幾十年新興起來的制氧技術，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年美國的Praxair公司研制的第一臺小型制氧機的問世起,標志了分子篩制氧機步入小型化生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的低溫精餾法、薄膜滲透法和化學吸收法等相比，PSA分子篩制氧法具有靈活、方便、自動化操作、投資少、能耗低等顯著特點，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、高原補氧、科研氧源以及養(yǎng)殖業(yè)用氧等許多領域。對于不同的領域，所需的氧氣濃度值是有著不同的要求；同時，對于小型分子篩制氧機而言，隨著使用時間的拉長，其關鍵部件如壓縮機、管線材料等會緩慢消耗并老化，最終會導致其產(chǎn)氧濃度發(fā)生變化。
[0003]為了檢測不同條件下的分子篩制氧機所產(chǎn)氧濃度的數(shù)值，目前市面上常見的測氧儀按照其核心傳感器的不同原理主要有電化學式、氧化鋯或白金等幾類。上述測氧儀的共性都是不斷消耗傳感器內(nèi)物質(zhì)，產(chǎn)生電信號后處理得到氧濃度數(shù)據(jù)，但當傳感器逐漸失效后，測試數(shù)據(jù)逐漸偏離真實值并需頻繁校準，最終因傳感器徹底失效而使得測氧儀不得不更換傳感器部分或者報廢；而且氧化鋯對使用環(huán)境要求較高，需要在600-750°C的恒溫下才能正常測試；同時，目前市面上還有一大部分測氧儀需要外接電源，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)。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是:提供一種具有響應速度快、數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、低功耗、免維護壽命長等特點的超聲波氧濃度手持測試儀。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種超聲波氧濃度手持測試儀，包括外部的殼體，所述的殼體內(nèi)設置有超聲波傳感器、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接收溫度信號，給不同濃度、溫度下的數(shù)據(jù)提供補償數(shù)據(jù)。
[0006]本實用新型所述的超聲波震蕩片分別設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置有進氣口與出氣口 ；所述的進氣口與出氣口分別通過管路與設置在殼體頂端的進氣孔與出氣孔相連通；所述的LCD顯示屏以及電池分別通過連接線與主控板電路連接。為了減小體積，節(jié)省空間，本實用新型所述的溫度傳感器設置在超聲波傳感器的中部。
[0007]本實用新型所述的主控板上設置有串口通信接口，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，有豐富的外設和先進的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，本實用新型所述的電池為9V疊層堿性電池。同時選用5位段碼LCD作為顯示也降低了 CPU輸出口驅(qū)動所帶來的額外損耗，此硬件配置極大程度上降低了電池額外的消耗。
[0009]本實用新型所述的殼體表面設置有開關；所述的開關通過連接線與主控板電路連接。
[0010]本實用新型采用超聲波傳感器，其中一個為發(fā)射端、另一個為接收端，利用超聲波在不同濃度介質(zhì)中傳播時以不同速度進行傳播，其傳播時間上的差額經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可以提供出計算介質(zhì)濃度的相關參數(shù)。
[0011]本實用新型的有益效果是，解決了【背景技術】中存在的缺陷，
[0012]1、采用超聲波傳感器測量氧氣濃度，使得測氧儀壽命增長、相應時間加快、免維護精度高；
[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，為手持式便攜設備打下基礎；
[0014]3、低功耗AVR系列CPU做為主控芯片運行在16M晶振模式下功耗是微安級的，ME6201穩(wěn)壓管的低功耗穩(wěn)壓輸出以及程序內(nèi)對無氧氣輸入狀態(tài)的斷電休眠處理使整個系統(tǒng)在一個低功耗的模式下運行，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，達到了手持便攜的目的；
[0015]4、電池電壓的檢測系統(tǒng)在保證了該測氧儀數(shù)據(jù)的準確性的同時，也給用戶以提醒，做到了很好的保護作用；而串口數(shù)據(jù)的傳輸功能對該設備也是一個拓展功能，能夠?qū)悠渌谠O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】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0017]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本實用新型主控板的PCB布圖。
[0019]圖中:1、出氣孔；2、進氣孔；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、開關。

【具體實施方式】
[0020]現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實用新型有關的構(gòu)成。
[0021]如圖1所示的一種超聲波氧濃度手持測試儀，包括外部的殼體，殼體內(nèi)設置有超聲波傳感器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置有進氣口與出氣口 ；進氣口與出氣口分別通過管路與設置在殼體頂端的進氣孔2與出氣孔I相連通；LCD顯示屏以及電池分別通過連接線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，電池負極連接GND接口，開關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，進氣孔2用硅膠管連接至超聲波傳感器5的進氣口。
[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可直接顯示所測量得到的氧濃度數(shù)據(jù)，并可提供電池電量低報警信息。
[0024]整個設備的運行原理如下:
[0025]當開關10閉合導通后，電池隨即將電量供應給整個電路，液晶屏被點亮，程序初始化完畢，進氣孔2接入氧氣，CPU先讀取一次溫度數(shù)據(jù)作為參考，同時超聲波傳感器右振蕩片經(jīng)過驅(qū)動發(fā)射出25KHz的超聲波信號，CPU開始計時，超聲波信號會通過不同濃度狀態(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后通過電容C9和電感L4、L5進入U2的運算放大電路，放大電路將該信號放大后再次送入U2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，最終完成對該信號的方波整形，整形后的方波信號通過U3的門電路提取出脈沖信號，進而該脈沖信號送入CPU后產(chǎn)生中斷信號，CPU記錄該發(fā)射到接收的時間，將該時間參數(shù)和溫度參數(shù)經(jīng)過函數(shù)運算，即可算出此時對應的及時氧氣濃度，然后以此方法循環(huán)探測，將得到的氧氣濃度值加權對比后送給LCD顯不O
[0026]在此探測過程中，如果加權對比計算出的濃度值連續(xù)I分鐘內(nèi)小于程序設定值，判定為無氧氣輸入，將會對CTO執(zhí)行休眠指令，所有外設器件均停止工作，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，SO封裝的運算放大器在運行時電量也只有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的分壓信號直接輸入給CPU進行判斷，通過CPU的AD轉(zhuǎn)化，計算出分電壓數(shù)值與程序內(nèi)部設定值做比較，保證U4的供電電壓在DC6.5V以上，同時也就保證了整個設備的DC5V正常供電。當分壓下降至設定值以下后，電池電量已經(jīng)無法保證設備的測量準確性，故判定為低電量，同時送出“L0”字樣給LCD顯示提醒用戶更換電池。
[0028]以上說明書中描述的只是本實用新型的【具體實施方式】，各種舉例說明不對本實用新型的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬【技術領域】的普通技術人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的【具體實施方式】做修改或變形，而不背離實用新型的實質(zhì)和范圍。
【權利要求】
1.一種超聲波氧濃度手持測試儀，包括外部的殼體，其特征在于:所述的殼體內(nèi)設置有超聲波傳感器、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置有進氣口與出氣口 ；所述的進氣口與出氣口分別通過管路與設置在殼體頂端的進氣孔與出氣孔相連通；所述的IXD顯示屏以及電池分別通過連接線與主控板電路連接。
2.如權利要求1所述的超聲波氧濃度手持測試儀，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.如權利要求1所述的超聲波氧濃度手持測試儀，其特征在于:所述的溫度傳感器設置在超聲波傳感器的中部。
4.如權利要求1所述的超聲波氧濃度手持測試儀，其特征在于:所述的主控板上設置有串口通信接口。
5.如權利要求1所述的超聲波氧濃度手持測試儀，其特征在于:所述的殼體表面設置有開關；所述的開關通過連接線與主控板電路連接。
【文檔編號】G01N29/024GK204065022SQ201420460786
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權日:2014年8月13日
【發(fā)明者】史磊, 孫保安 申請人:保定邁卓醫(yī)療器械有限公司