专利名称：智能型气体传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器领域，特别涉及可探测各种气体的传感器装置领域，具体 说是一种集成气敏性器件和控制单元于一体的多功能智能型气体传感器。
背景技术：
常规的气体传感器，如半导体式、催化燃烧式和电化学类型等，一般仅对气体探测 器输出传感器模拟信号，探测器不能自动识别或读出传感器信息，探测器也不能对传感器 进行参数设置等，同时，由于所探测的气体不同，各种常见的气体传感器其规格各异，因而 无法将不同种类的传感器应用到同一款探测器主机上，造成不同种类的传感器替换应用的 不便。另外，现有气体传感器和一些气敏元件，一般需要与探测器主机配合一起才能完成实 现传感器模拟信号的处理、采样，传感器的调零和标定也只能在探测器端完成，这就使调零 和标定工作必须在探测器安置现场完成，使用很不方便。
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，提供一种能够将不同种类的 传感器应用于同一探测器主机，方便传感器的替换，同时可以对传感器进行单独调零和标 定，提高传感器维护的便捷性，且结构简单，成本低廉，应用范围广泛的智能型气体传感器。为了实现上述的目的，本实用新型的智能型气体传感器具有如下构成该智能型气体传感器，其主要特点是，包括壳体、设置于所述壳体内的气敏元件和 传感器控制单元，以及通用的接口单元，所述的气敏元件通过所述的传感器控制单元连接 所述的通用的接口单元。该智能型气体传感器中，所述的通用的接口单元包括导向插针和至少二根数据传 输插针。所述的数据传输插针为串行通信接口管脚。该智能型气体传感器中，所述的气敏元件为可燃气体气敏元件、有毒有害气体气 敏元件或氧气气敏元件。该智能型气体传感器中，所述的气体传感器还包括防虫网和灌胶件，所述的防虫 网固定连接于壳体上靠近气敏元件的一端，所述的灌胶件固定连接于所述的壳体上设置通 用的接口单元的一端。该智能型气体传感器中，所述的传感器控制单元包括信号处理子单元和微处理器 子单元，所述的气敏元件依序通过所述的信号处理子单元和微处理器子单元连接所述的通 用的接口单元。该智能型气体传感器中，所述的信号处理子单元包括传感器匹配电路、信号放大 电路和信号放大输出电路，所述的气敏元件依序通过所述的传感器匹配电路、信号放大电 路和信号放大输出电路连接所述的微处理器子单元。该智能型气体传感器中，所述的微处理器子单元包括微处理器、模数转换采样电 路、温湿度补偿电路、非线性补偿电路和数据存储器，所述的模数转换采样电路、温湿度补偿电路、非线性补偿电路和数据存储器均连接于所述的微处理器，所述的信号处理子单元 依序通过所述的模数转换采样电路和微处理器连接所述的通用的接口单元。所述的数据存 储子单元为电可擦除可编程只读存储器，所述的电可擦除可编程只读存储器连接于所述的 微处理器。采用了该实用新型的智能型气体传感器，由于该气体传感器包括壳体、设置于所 述壳体内的气敏元件和传感器控制单元，以及设置于所述的壳体外的通用的接口单元，所 述的气敏元件通过所述的传感器控制单元连接所述的通用的接口单元，且所述的气体传感 器通过所述的通用的接口单元连接所述的探测器主体，使得不同类型的气体传感器均可以 通过通用的接口单元连接同一探测器主机，方便在不同气体传感器间进行替换，使气体传 感器及气体探测器的应用更为方便。本实用新型结构简单，成本低廉，且应用范围较为广 泛。
图1为本实用新型的智能型气体传感器的拆分结构示意图。图2为本实用新型的智能型气体传感器的微处理器子单元中微处理器的电路连 接方式示意图。
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，为本实用新型的智能型气体传感器的拆分结构示意图。在本实用新型的一种实施方式中，该智能型气体传感器包括壳体1、设置于所述壳 体内的气敏元件2和传感器控制单元3，以及设置于所述的壳体1外的通用的接口单元4， 所述的气敏元件2通过所述的传感器控制单元3连接所述的通用的接口单元4。所述的通 用的接口单元4包括一根导向插针41和六根数据传输插针42，其中数据传输插针42为串 行通信接口管脚。所述的气敏元件2可以是可燃气体气敏元件、有毒有害气体气敏元件或 氧气气敏元件中的一种。所述的气体传感器还包括防虫网5和灌胶件6，所述的防虫网5固 定连接于壳体1上靠近气敏元件2的一端，所述的灌胶件6固定连接于所述的壳体1上设 置通用的接口单元4的一端。在该实施方式中，所述的传感器控制单元3包括信号处理子 单元31和微处理器子单元32，所述的气敏元件2依序通过所述的信号处理子单元31和微 处理器子单元32连接所述的通用的接口单元4。在本实用新型的其它实施方式中，所述的通用的接口单元4可以包括一根以上的 导向插针41和至少两根的数据传输插针42。在一种较优选的实施方式中，所述的信号处理子单元31包括传感器匹配电路、信 号放大电路和信号放大输出电路，所述的气敏元件2依序通过所述的传感器匹配电路、信 号放大电路和信号放大输出电路连接所述的微处理器子单元32。在另一种较优选的实施方式中，所述的微处理器子单元32包括微处理器、模数转 换采样电路、温湿度补偿电路、非线性补偿电路和数据存储器，所述的模数转换采样电路、 温湿度补偿电路、非线性补偿电路和数据存储器均连接于所述的微处理器，所述的信号处 理子单元31依序通过所述的模数转换采样电路和微处理器连接所述的通用的接口单元4。[0021]在一种更优选的实施方式中，所述的数据存储子单元为电可擦除可编程只读存储 器(EEPROM)，所述的电可擦除可编程只读存储器连接于所述的微处理器。在实际应用中，本实用新型的智能型气体传感器可探测和测量可燃气体、有毒有 害气体或氧气等。该气体传感器采用模块化设计，具有相同的结构、相同的管脚分布和相同 的管脚定义，同系列传感器可以互换使用，气体传感器管脚设计有六个功能镀金探针和一 个导向针，可与相应结构和引脚定义的气体探测器主机对应插拔方式安装，在使用现场支 持热插拔，这些特征让使用本气体传感器的气体探测器(变送器)的维护和修理非常方便。本实用新型的智能型气体传感器配置一路TTL串行通讯接口，用于输出传感器检 测环境的气体浓度值，也可用于传感器的设置和标定。本实用新型的智能型气体传感器采用Modbus RTU通讯规约，记录传感器的出厂状 态、标定状态、工作状态和其它设置参数信息。这些参数储存在内置的掉电不会丢失信息的 EEPROM中。可与PC机连接或与匹配协议的控制器连接，方便实现读取储存在传感器中的信 息；同时与智能型传感器配套使用的气体探测器主机也可以进行读取传感器的生产信息、 传感器信息(包括所使用气敏元件类型、零点值、标定值等)、所测气体类型、量程、单位、当 前气体浓度值等，也可由探测器主机对智能传感器进行参数设置、零点设定、标定点设定、 温度补偿参数和恢复出厂设置等操作。本实用新型的智能型气体传感器和气体探测器主机电路可构成本质安全型电路， 在探测现场支持热插拔方式。本实用新型的智能型气体传感器的结构主要由壳体，气敏元件，传感器信号板 (PCBl)，传感器主板(PCB》和灌胶配件组成。所述的PCBl和PCB2由接插件连接。PCBl主 要负责提供匹配不同传感器所需要的电路，并处理传感器输出的信号，将信号进行合适的 运放输出由接插件转给PCB2的微处理器。PCB2部分的电路的功能包括:A/D转换，非线性 补偿，温度补偿，信号处理，以及生产信息、传感器信息、气体量程、单位、气体类型、当前气 体浓度值储存等功能。PCB2输出6个镀金探针作为传感器的管脚。气敏元件(或传感器)、 PCBU PCB2对应连接好后，密灌封在壳体中，灌胶配件套在镀金探针和导向针上压入壳体。 最终露出六个镀金探针和一个导向针作为该气体传感器与气体探测器主机的接口。本实用新型的智能型气体传感器的PCB2中的微处理器采用系统可编程(ISP)典 型应用控制线路，具体的电路连接方式如图2所示，其中单片机15脚，(AD3)为热敏电阻温度采样口 25°C时电压应为3. 3V，可通过电路实 际测试获得温度曲线；单片机14脚，(AD2)可判断传感器类型；单片机13脚，(ADl)可判断 传感器是否失效；单片机12脚，(ADO)为测量气体浓度采样口 ；单片机9脚，是接半导体传 感器时，PWM输出控制半导体传感器供电电压，当接催化和电化学以及氧气传感器时无效； 单片机11脚，是和气体浓度呈比例的智能型气体传感器的PWM输出口。单片机2、3脚，为TTL串行通讯口，串口数字输出采用MODBUS通讯协议，所述通讯 协议是指智能型传感器与传感器通讯设备(如PC、气体探测器、变送器或显示设备等简称 为主机)具有的通讯协议。采用了上述的智能型气体传感器，气敏元件通过所述的传感器控制单元连接所述 的通用的接口单元，且所述的气体传感器通过所述的通用的接口单元连接所述的探测器主 体，使得不同类型的气体传感器均可以通过通用的接口单元连接同一探测器主机，方便在不同气体传感器间进行替换，使气体传感器及气体探测器的应用更为方便。本实用新型结 构简单，成本低廉，且应用范围较为广泛。 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1.一种智能型气体传感器，其特征在于，所述的气体传感器包括壳体、设置于所述壳体 内的气敏元件和传感器控制单元以及通用的接口单元，所述的气敏元件通过所述的传感器 控制单元与所述的通用的接口单元相连接。
2.根据权利要求1所述的智能型气体传感器，其特征在于，所述的通用的接口单元包 括导向插针和至少二根数据传输插针。
3.根据权利要求2所述的智能型气体传感器，其特征在于，所述的数据传输插针为串 行通信接口管脚。
4.根据权利要求1所述的智能型气体传感器，其特征在于，所述的气敏元件为可燃气 体气敏元件、有毒有害气体气敏元件或氧气气敏元件。
5.根据权利要求1所述的智能型气体传感器，其特征在于，所述的气体传感器还包括 防虫网和灌胶件，所述的防虫网固定连接于壳体上靠近气敏元件的一端，所述的灌胶件固 定连接于所述的壳体上设置通用的接口单元的一端。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的智能型气体传感器，其特征在于，所述的传感器 控制单元包括信号处理子单元和微处理器子单元，所述的气敏元件依序通过所述的信号处 理子单元和微处理器子单元连接所述的通用的接口单元。
7.根据权利要求6所述的智能型气体传感器，其特征在于，所述的信号处理子单元包 括传感器匹配电路、信号放大电路和信号放大输出电路，所述的气敏元件依序通过所述的 传感器匹配电路、信号放大电路和信号放大输出电路连接所述的微处理器子单元。
8.根据权利要求6所述的智能型气体传感器，其特征在于，所述的微处理器子单元包 括微处理器、模数转换采样电路、温湿度补偿电路、非线性补偿电路和数据存储器，所述的 模数转换采样电路、温湿度补偿电路、非线性补偿电路和数据存储器均连接于所述的微处 理器，所述的信号处理子单元依序通过所述的模数转换采样电路和微处理器连接所述的通 用的接口单元。
9.根据权利要求8所述的智能型气体传感器，其特征在于，所述的数据存储子单元为 电可擦除可编程只读存储器，所述的电可擦除可编程只读存储器连接于所述的微处理器。
专利摘要本实用新型涉及一种智能型气体传感器，特别涉及可探测各种气体的传感器装置领域，具体说是一种集成气敏性器件和控制单元于一体的多功能智能型气体传感器。所述的智能型气体传感器包括壳体、设置于所述壳体内的气敏元件和传感器控制单元以及壳体上端的通用的接口单元。所述的智能型气体传感器采用MODBUS串口协议，输出标准的数字信号，接口单元采用六个功能镀金管脚，可与相应结构和引脚定义的气体探测器主机对应插拔方式安装，在使用现场支持热插拔，这些特征可方便在不同气体传感器间进行替换，让使用本智能气体传感器的气体探测器(变送器)的维护和修理更为方便。
文档编号G01N27/00GK201885990SQ20102064555
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
发明者周明喜, 张 杰, 王爽 申请人:上海翼捷工业安防技术有限公司