氫氣檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了氫氣檢測(cè)系統(tǒng)，采用超聲諧振腔傳感器檢測(cè)氫氣濃度，利用氫氣進(jìn)入諧振腔，利用聲波傳導(dǎo)速度發(fā)生變化導(dǎo)致諧振頻率的變化的特性，獲取氫氣濃度，靈敏度高；在各檢測(cè)端和接收端設(shè)置無(wú)線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)氫氣的遙測(cè)，能實(shí)現(xiàn)多地點(diǎn)的氫氣檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
氫氣檢測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及氫氣檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氫氣是世界上己知的最輕的氣體，無(wú)色無(wú)味且不易容于水，在常溫下，氫氣的化學(xué)性質(zhì)是穩(wěn)定的，但是在點(diǎn)燃或加熱的條件下，氫氣很容易和多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中有大量熱放出，是相同條件下汽油的三倍?？諝饫锘烊霘錃獾捏w積達(dá)到總體積的4%?74.2%，加熱或點(diǎn)燃時(shí)就會(huì)發(fā)生爆炸，在加工車(chē)間封閉的環(huán)境下，若不能及時(shí)檢測(cè)出氫氣的存在，一旦發(fā)生意外，就會(huì)給公司和員工帶來(lái)人身財(cái)產(chǎn)的損害。
[0003]現(xiàn)有的檢測(cè)氫氣的系統(tǒng)中，通常中使用半導(dǎo)體型氫氣傳感器，在氫氣傳感器表面涂抹一層對(duì)氫氣敏感的薄膜材料，當(dāng)氫氣傳感器的表面氧化物吸附氫氣后，導(dǎo)電率將會(huì)發(fā)生改變，通過(guò)導(dǎo)電率的變化來(lái)檢測(cè)出氫氣的濃度，其缺點(diǎn)在于檢測(cè)性能差、選擇性差、穩(wěn)定性低，受環(huán)境溫度影響大，靈敏度低始終是困擾氫氣檢測(cè)系統(tǒng)的主要問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型提供一種氫氣檢測(cè)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有氫氣檢測(cè)系統(tǒng)存在的靈敏度低的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述問(wèn)題:
[0006]氫氣檢測(cè)系統(tǒng)，由接收端和至少一個(gè)檢測(cè)端組成;所述檢測(cè)端由氫氣濃度檢測(cè)模塊、檢測(cè)端微處理器模塊和檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊組成;所述接收端包括接收端無(wú)線傳輸模塊、接收端微處理器模塊和報(bào)警模塊；
[0007]所述氫氣濃度檢測(cè)模塊的輸出端與檢測(cè)端微處理器模塊相連;所述檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊與檢測(cè)端微處理器模塊相連;所述接收端無(wú)線傳輸模塊與檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊相連，所述接收端無(wú)線傳輸模塊與接收端微處理器模塊相連;所述報(bào)警模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連。
[0008]上述方案中，所述接收端進(jìn)一步包括顯示模塊，所述顯示模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連。
[0009]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
[0010]1、采用超聲諧振腔傳感器檢測(cè)氫氣濃度，利用氫氣進(jìn)入諧振腔，利用聲波傳導(dǎo)速度發(fā)生變化導(dǎo)致諧振頻率的變化的特性，獲取氫氣濃度，靈敏度高；
[0011]2、在各檢測(cè)端和接收端設(shè)置無(wú)線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)氫氣的遙測(cè)，能實(shí)現(xiàn)多地點(diǎn)的氫氣檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不局限于這些實(shí)施例。
[0014]氫氣檢測(cè)系統(tǒng)，由接收端和至少一個(gè)檢測(cè)端組成;檢測(cè)端由氫氣濃度檢測(cè)模塊、檢測(cè)端微處理器模塊和檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊組成;接收端由接收端無(wú)線傳輸模塊、接收端微處理器模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊組成;氫氣濃度檢測(cè)模塊的輸出端與檢測(cè)端微處理器模塊相連;檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊與檢測(cè)端微處理器模塊相連;接收端無(wú)線傳輸模塊與檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊相連，接收端無(wú)線傳輸模塊與接收端微處理器模塊相連;報(bào)警模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連;顯示模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連，如圖1所示。
[0015]不同氣體有著不同的分子量，因此，不同氣體在聲波傳遞速度和質(zhì)量密度上有所不同，一般來(lái)說(shuō)分子量比較小的氣體反而具有較高的聲速。氫氣濃度檢測(cè)模塊為超聲諧振腔傳感器，超聲諧振腔傳感器上兩個(gè)圓片型的壓電薄片分別放置在一個(gè)圓柱型小空腔內(nèi)部的上下兩側(cè)，其中電極采用平行場(chǎng)激勵(lì)，電極面朝空腔內(nèi)部。其中在圓柱型腔體的側(cè)面分別開(kāi)有兩個(gè)小孔，用于氣體進(jìn)出，并保持諧振腔內(nèi)的氣體壓強(qiáng)恒定。一個(gè)壓電薄層在提供的一定振幅和頻率的交流電壓信號(hào)下產(chǎn)生振動(dòng)，迫使腔體中的空氣開(kāi)始振動(dòng)。振動(dòng)中，空氣會(huì)處于持續(xù)的聲波諧振狀態(tài)，空腔另一端的第二個(gè)壓電元件作為感應(yīng)元件，監(jiān)測(cè)諧振頻率的變化。在超聲諧振傳感器中，一旦有氫氣進(jìn)入諧振腔，聲波傳導(dǎo)速度發(fā)生變化，就會(huì)在激勵(lì)與接收信號(hào)之間產(chǎn)生相移，使諧振頻率發(fā)生改變通過(guò)測(cè)量器件的諧振頻率可以得到氫氣濃度的變化。多數(shù)壓電片均制成圓片形，從換能的角度考慮，壓電材料的壓電耦合系數(shù)要高，則能量轉(zhuǎn)換效率高，能量損失少;與傳感器設(shè)計(jì)密切相關(guān)的參數(shù)是壓電材料的溫度系數(shù)。壓電材料的溫度系數(shù)小，頻率的溫漂小，消除了由于環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生的測(cè)量誤差，進(jìn)而保持高的頻率穩(wěn)定性和靈敏度。
[0016]檢測(cè)端微處理器模塊和接收端微處理器模塊選用高性能、大容量、微型化、低功耗、低成本的處理器，用于測(cè)量氫氣濃度的石英傳感晶振的振蕩頻率較高，為10MHz，可借助D觸發(fā)器產(chǎn)生頻率信號(hào)和參考頻率信號(hào)的差值頻率，低頻率的信號(hào)可直接由處理器測(cè)量。
[0017]綜合無(wú)線收發(fā)芯片在通信距離、通信可靠性、功耗和抗干擾能力方面的要求以及考慮到整個(gè)系統(tǒng)的成本，本實(shí)用新型的檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊和接收端無(wú)線傳輸模塊選用nRF401無(wú)線收發(fā)芯片。nRF401是一個(gè)工作在433MHz ISM頻段的無(wú)線收發(fā)芯片，它采用的是FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)。天線接口設(shè)計(jì)為差分天線，選用成本較低的PCB天線。其中PWR.UP管腳為間歇供電，占空比2 %，周期200ms，nRF401在待機(jī)模式下工作電壓很低。nRF401中的鎖相環(huán)電路包括一個(gè)鑒相器、一個(gè)鑒頻器、一個(gè)外部環(huán)路濾波器和一個(gè)壓控振蕩器。nRF401使用了改進(jìn)的colpitts振蕩器結(jié)構(gòu)和一個(gè)外部諧振電路。內(nèi)部偏置電流網(wǎng)絡(luò)調(diào)整VCO的信號(hào)幅度，外部諧振槽路具有很寬的Q值范圍。nRF401的外圍電路很簡(jiǎn)單，包括天線匹配網(wǎng)絡(luò)和瑣相環(huán)電路。
[0018]報(bào)警模塊采用語(yǔ)音芯片，采用PM50語(yǔ)音芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，用PM50語(yǔ)音芯片的HVM輸出模式直接來(lái)驅(qū)動(dòng)8Q，0.5W的揚(yáng)聲器，具有使用簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)、FLASHRAM結(jié)構(gòu)，可以反復(fù)擦寫(xiě)錄入，壽命在I萬(wàn)次以上、工作電壓3—6V，靜態(tài)電流luA，工作電流50mA、直接驅(qū)動(dòng)8歐姆0.5W的喇叭、語(yǔ)音錄制可分I8段或128段、自定義端口、自帶可以功能自定的八個(gè)輸入端口，九個(gè)輸出端口、支持在線編程、外圍電路簡(jiǎn)單、只需一個(gè)振蕩電阻和一個(gè)電源濾波電容就可以讓其工作。
[0019]接收端微處理器模塊將接收到的氫氣濃度碼轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)濃度后，在顯示模塊顯示，顯示模塊為液晶顯示屏。TS1620液晶顯示芯片，它有兩個(gè)8位寄存器:指令寄存器與數(shù)據(jù)寄存器，指令寄存器積存清除顯示、光標(biāo)移位等命令的指令碼，也可寄存DDRAM和字符發(fā)生器RAM的地址，單片機(jī)向LCD寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，寫(xiě)入的數(shù)據(jù)首先寄存在DR中，數(shù)據(jù)傳送在單片機(jī)執(zhí)行讀DR內(nèi)容指令后完成。TS1620具有一個(gè)忙信號(hào)標(biāo)志位，當(dāng)BF置為I時(shí)，LCD正在進(jìn)行內(nèi)部操作，不會(huì)接受任何命令。
[0020]本實(shí)用新型的工作過(guò)程為:在各檢測(cè)端，當(dāng)有氫氣進(jìn)入被測(cè)環(huán)境時(shí)，由超聲諧振腔傳感器將檢測(cè)濃度以頻率變化的形式輸出至檢測(cè)端微處理器模塊，檢測(cè)端微處理器模塊運(yùn)用現(xiàn)有的解碼技術(shù)將頻率解碼成濃度，并輸入至檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊，在接收端微處理器模塊的控制下，接收端無(wú)線傳輸模塊接收濃度信號(hào)，并通過(guò)顯示模塊顯示出濃度，并在濃度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警模塊。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.氫氣檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 由接收端和至少一個(gè)檢測(cè)端組成;所述檢測(cè)端由氫氣濃度檢測(cè)模塊、檢測(cè)端微處理器模塊和檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊組成;所述接收端包括接收端無(wú)線傳輸模塊、接收端微處理器模塊和報(bào)警模塊； 所述氫氣濃度檢測(cè)模塊的輸出端與檢測(cè)端微處理器模塊相連;所述檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊與檢測(cè)端微處理器模塊相連;所述接收端無(wú)線傳輸模塊與檢測(cè)端無(wú)線傳輸模塊相連，所述接收端無(wú)線傳輸模塊與接收端微處理器模塊相連;所述報(bào)警模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1氫氣檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述接收端進(jìn)一步包括顯示模塊，所述顯示模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連。
【文檔編號(hào)】G01N29/036GK205449888SQ201521130425
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日
【發(fā)明人】秦年科, 李勇昌, 鄒鋒, 蔣振榮, 王常毅, 鄒波
【申請(qǐng)人】桂林斯壯微電子有限責(zé)任公司