超声波氧浓度手持测试仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种超声波氧浓度手持测试仪，包括外部的壳体，所述的壳体内设置有超声波传感器、主控板、LCD显示屏以及电池。本实用新型采用超声波传感器测量氧气浓度，使得测氧仪寿命增长、相应时间加快、免维护精度高；采用TQFP封装CPU和SOT89-3封装稳压管，在一定程度上减小了PCB的体积，节省了不少空间，为手持式便携设备打下基础；摆脱了外接供电系统的不便利，让电池供电变成了现实，达到了手持便携的目的；电池电压的检测系统在保证了该测氧仪数据的准确性的同时，也给用户以提醒，做到了很好的保护作用；串口数据的传输功能能够对接其他串口设备让用户自行利用该浓度数据做监控或其他数据处理。
【专利说明】超声波氧浓度手持测试仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种检测装置，尤其是一种检测小型分子筛制氧机氧气浓度的手持式超声波测试仪。
【背景技术】
[0002]变压吸附(简称PSA)制氧是国际上最近几十年新兴起来的制氧技术，以沸石分子筛为吸附剂采用纯物理分离方式，将空气中的氧气(约占21%)直接分离，从而产生高纯度的氧气。自1985年美国的Praxair公司研制的第一台小型制氧机的问世起,标志了分子筛制氧机步入小型化生产。与传统的低温精馏法、薄膜渗透法和化学吸收法等相比，PSA分子筛制氧法具有灵活、方便、自动化操作、投资少、能耗低等显著特点，因而该法得到了快速的发展。依此法生产的氧气广泛用于污水生化处理；医疗保健、家庭氧疗、室内环境、高原补氧、科研氧源以及养殖业用氧等许多领域。对于不同的领域，所需的氧气浓度值是有着不同的要求；同时，对于小型分子筛制氧机而言，随着使用时间的拉长，其关键部件如压缩机、管线材料等会缓慢消耗并老化，最终会导致其产氧浓度发生变化。
[0003]为了检测不同条件下的分子筛制氧机所产氧浓度的数值，目前市面上常见的测氧仪按照其核心传感器的不同原理主要有电化学式、氧化锆或白金等几类。上述测氧仪的共性都是不断消耗传感器内物质，产生电信号后处理得到氧浓度数据，但当传感器逐渐失效后，测试数据逐渐偏离真实值并需频繁校准，最终因传感器彻底失效而使得测氧仪不得不更换传感器部分或者报废；而且氧化锆对使用环境要求较高，需要在600-750°C的恒温下才能正常测试；同时，目前市面上还有一大部分测氧仪需要外接电源，不方便携带且功耗较大；最后，上述两类传感器成本较高，都不利于批量生产。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题是:提供一种具有响应速度快、数据稳定可靠、低功耗、免维护寿命长等特点的超声波氧浓度手持测试仪。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种超声波氧浓度手持测试仪，包括外部的壳体，所述的壳体内设置有超声波传感器、主控板、LCD显示屏以及电池；所述的超声波传感器由超声波振荡片、传感器外壳以及温度传感器组成；其中温度传感器用来接收温度信号，给不同浓度、温度下的数据提供补偿数据。
[0006]本实用新型所述的超声波震荡片分别设置在传感器外壳的两端，并且超声波振荡片的金属探针与主控板想连接；所述的温度传感器放置于传感器外壳内并与主控板相连；所述的传感器外壳的顶端设置有进气口与出气口 ；所述的进气口与出气口分别通过管路与设置在壳体顶端的进气孔与出气孔相连通；所述的LCD显示屏以及电池分别通过连接线与主控板电路连接。为了减小体积，节省空间，本实用新型所述的温度传感器设置在超声波传感器的中部。
[0007]本实用新型所述的主控板上设置有串口通信接口，完全满足产品功能需求。主控芯片选择AVR系列主流芯片，该系列产品是目前市面上性能较高、功耗较低的微处理器，有丰富的外设和先进的RISC结构，32引脚TQFP封装节约主控板空间且包含23个可编程I/O口，完全满足产品功能需求。
[0008]为了减少消耗，本实用新型所述的电池为9V叠层碱性电池。同时选用5位段码LCD作为显示也降低了 CPU输出口驱动所带来的额外损耗，此硬件配置极大程度上降低了电池额外的消耗。
[0009]本实用新型所述的壳体表面设置有开关；所述的开关通过连接线与主控板电路连接。
[0010]本实用新型采用超声波传感器，其中一个为发射端、另一个为接收端，利用超声波在不同浓度介质中传播时以不同速度进行传播，其传播时间上的差额经过数据处理，可以提供出计算介质浓度的相关参数。
[0011]本实用新型的有益效果是，解决了【背景技术】中存在的缺陷，
[0012]1、采用超声波传感器测量氧气浓度，使得测氧仪寿命增长、相应时间加快、免维护精度高；
[0013]2、采用TQFP封装CPU和S0T89-3封装稳压管，在一定程度上减小了 PCB的体积，节省了不少空间，为手持式便携设备打下基础；
[0014]3、低功耗AVR系列CPU做为主控芯片运行在16M晶振模式下功耗是微安级的，ME6201稳压管的低功耗稳压输出以及程序内对无氧气输入状态的断电休眠处理使整个系统在一个低功耗的模式下运行，此系统摆脱了外接供电系统的不便利，让电池供电变成了现实，达到了手持便携的目的；
[0015]4、电池电压的检测系统在保证了该测氧仪数据的准确性的同时，也给用户以提醒，做到了很好的保护作用；而串口数据的传输功能对该设备也是一个拓展功能，能够对接其他串口设备让用户自行利用该浓度数据做监控或其他数据处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0017]图1是本实用新型的结构示意图；
[0018]图2是本实用新型主控板的PCB布图。
[0019]图中:1、出气孔；2、进气孔；3、IXD连接线；4、串口通信接口 ；5、超声波传感器；6、温度传感器；7、电池；8、主控板；9、5位段码IXD ;10、开关。
【具体实施方式】
[0020]现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
[0021]如图1所示的一种超声波氧浓度手持测试仪，包括外部的壳体，壳体内设置有超声波传感器5、主控板8、IXD显示屏9以及电池7 ;超声波传感器由超声波振荡片、传感器外壳以及温度传感器组成；超声波震荡片分别设置在传感器外壳的两端，并且超声波振荡片的金属探针与主控板想连接；温度传感器放置于传感器外壳内并与主控板相连；传感器外壳的顶端设置有进气口与出气口 ；进气口与出气口分别通过管路与设置在壳体顶端的进气孔2与出气孔I相连通；LCD显示屏以及电池分别通过连接线3与主控板电路连接。
[0022]如图2所示，电池7正极连接至DC 9V接口，电池负极连接GND接口，开关10连接kaiguan，温度传感器6连接Ql接口，超声波传感器5的左振荡片连接2#,超声波传感器5的右振荡片连接1#，IXD连接线3连接J2接口同时连接至5位段码IXD9，出气孔I用硅胶管连接至超声波传感器5的出气口，进气孔2用硅胶管连接至超声波传感器5的进气口。
[0023]图2中，Ul表示的是AVR系列的微处理器，U2表示的低功耗运算放大器，U3表示的是“与”门电路，U4表示的是ME6201系列高输入电压LDO线性稳压器。J3接口作为串口通信接口可以提供检测到的氧浓度数据，J2接口连接5位段码IXD可直接显示所测量得到的氧浓度数据，并可提供电池电量低报警信息。
[0024]整个设备的运行原理如下:
[0025]当开关10闭合导通后，电池随即将电量供应给整个电路，液晶屏被点亮，程序初始化完毕，进气孔2接入氧气，CPU先读取一次温度数据作为参考，同时超声波传感器右振荡片经过驱动发射出25KHz的超声波信号，CPU开始计时，超声波信号会通过不同浓度状态下的超声波传感器内腔体，等到超声波传感器左振荡片接收到了该信号后通过电容C9和电感L4、L5进入U2的运算放大电路，放大电路将该信号放大后再次送入U2的电压比较器电路中，电阻R9和RlO分压产生比较器参考电压，而送入比较器的超声波信号以参考电压为门限值，高于门限值为高电平，低于门限值的为低电平，最终完成对该信号的方波整形，整形后的方波信号通过U3的门电路提取出脉冲信号，进而该脉冲信号送入CPU后产生中断信号，CPU记录该发射到接收的时间，将该时间参数和温度参数经过函数运算，即可算出此时对应的及时氧气浓度，然后以此方法循环探测，将得到的氧气浓度值加权对比后送给LCD显不O
[0026]在此探测过程中，如果加权对比计算出的浓度值连续I分钟内小于程序设定值，判定为无氧气输入，将会对CTO执行休眠指令，所有外设器件均停止工作，将耗电量降至300uA，极大程度减少电池电量损耗，满足低功耗要求。同时，SO封装的运算放大器在运行时电量也只有600uA，电流消耗也是极低的。而选用TQFP封装的CPU、SO封装的运算放大器和门电路集成芯片都很大程度上减少了电路板的体积，节约了很多空间。
[0027]另外，电阻RX —端接入电池正极，RY 一端接地，RX和RY的分压信号直接输入给CPU进行判断，通过CPU的AD转化，计算出分电压数值与程序内部设定值做比较，保证U4的供电电压在DC6.5V以上，同时也就保证了整个设备的DC5V正常供电。当分压下降至设定值以下后，电池电量已经无法保证设备的测量准确性，故判定为低电量，同时送出“L0”字样给LCD显示提醒用户更换电池。
[0028]以上说明书中描述的只是本实用新型的【具体实施方式】，各种举例说明不对本实用新型的实质内容构成限制，所属【技术领域】的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的【具体实施方式】做修改或变形，而不背离实用新型的实质和范围。
【权利要求】
1.一种超声波氧浓度手持测试仪，包括外部的壳体，其特征在于:所述的壳体内设置有超声波传感器、主控板、LCD显示屏以及电池；所述的超声波传感器由超声波振荡片、传感器外壳以及温度传感器组成；所述的超声波震荡片分别设置在传感器外壳的两端，并且超声波振荡片的金属探针与主控板想连接；所述的温度传感器放置于传感器外壳内并与主控板相连；所述的传感器外壳的顶端设置有进气口与出气口 ；所述的进气口与出气口分别通过管路与设置在壳体顶端的进气孔与出气孔相连通；所述的IXD显示屏以及电池分别通过连接线与主控板电路连接。
2.如权利要求1所述的超声波氧浓度手持测试仪，其特征在于:所述的LCD显示屏为5位段码IXD显示屏；所述的电池为9V叠层碱性电池。
3.如权利要求1所述的超声波氧浓度手持测试仪，其特征在于:所述的温度传感器设置在超声波传感器的中部。
4.如权利要求1所述的超声波氧浓度手持测试仪，其特征在于:所述的主控板上设置有串口通信接口。
5.如权利要求1所述的超声波氧浓度手持测试仪，其特征在于:所述的壳体表面设置有开关；所述的开关通过连接线与主控板电路连接。
【文档编号】G01N29/024GK204065022SQ201420460786
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】史磊, 孙保安 申请人:保定迈卓医疗器械有限公司