智能气动传感器系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能气动传感器系统，包括：摩擦气动传感器，用于在气体流过时，输出反映气体流速大小的交流电信号；与摩擦气动传感器连接的信号采集单元，用于采集摩擦气动传感器输出的交流电信号并处理；与信号采集单元连接的信号控制单元，用于将信号采集单元处理后的电信号与预设阶梯范围进行比较，得到控制信号；与信号控制单元连接的触发电路，其具有多个负载档位，用于接收控制信号，并根据控制信号选择连通一个负载档位，启动该负载档位对应的功能。本实用新型提供的智能气动传感器系统通过对摩擦气动传感器输出的反映气体流速大小的交流电信号进行采集、分析处理，使得输出的控制信号更为准确、稳定，从而实现不同负载档位的功能。
【专利说明】
智能气动传感器系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及信号处理技术领域，更具体地说，涉及一种智能气动传感器系统。
【背景技术】
[0002]传感器可以将被检测的信息按照一定的规律变换成电信号或其它所需形式输出。现有技术中，传统的电容式气动传感器只能通过负压变化造成的电容值变化来监测是否有气流通过，而没有办法对不同流速的气体进行监测或根据监测结果作出不同的响应。且电容式气动传感器检测较为复杂，输出非线性，电容的灵敏度、测量精确度易受影响，不稳定，连接电路较复杂。
[0003]因此，现有技术中缺少一种能够准确、稳定的反映气体流速，并根据气体流速实现对应功能的智能气动传感器系统。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的发明目的是针对现有技术的缺陷，提出一种智能气动传感器系统，用以通过对摩擦气动传感器输出的反映气体流速大小的交流电信号进行采集、分析处理，使得输出的控制信号更为准确、稳定，从而实现不同负载档位的功能。
[0005]根据本实用新型的一个方面，提供了一种智能气动传感器系统，包括:摩擦气动传感器，与摩擦气动传感器连接的信号采集单元，与信号采集单元连接的信号控制单元，以及与信号控制单元连接的触发电路;摩擦气动传感器用于在气体流过时，输出反映气体流速大小的交流电信号；信号采集单元用于采集摩擦气动传感器输出的交流电信号并进行处理;信号控制单元用于将信号采集单元处理后的电信号与预设阶梯范围进行比较，得到控制信号;触发电路具有多个负载档位，触发电路用于接收控制信号，并根据控制信号选择连通一个负载档位，启动该负载档位对应的功能。
[0006]可选地，信号控制单元包括:电压信号控制单元，用于分析处理信号采集单元输出的电信号得到电压信号，将电压信号与预设阶梯电压范围进行比较，根据电压信号所属的预设阶梯电压范围得到该预设阶梯电压范围对应的控制信号。
[0007]可选地，信号控制单元包括:频率信号控制单元，用于分析处理信号采集单元输出的电信号得到频率信号，将频率信号与预设阶梯频率范围进行比较，根据频率信号所属的预设阶梯频率范围得到该预设阶梯频率范围对应的控制信号。
[0008]可选地，信号控制单元包括电压信号控制单元和频率信号控制单元，用于:分析处理信号采集单元输出的电信号得到电压信号和频率信号，将电压信号和频率信号与预设阶梯范围进行比较;其中，预设阶梯范围设定了预设阶梯电压范围和预设阶梯频率范围;根据电压信号所属的预设阶梯电压范围和频率信号所属的预设阶梯频率范围得到该预设阶梯范围对应的控制信号。
[0009]可选地，触发电路进一步用于:将控制信号与预设信号模式阈值进行比较，根据比较结果选择连通一个负载档位。
[0010]可选地，多个负载档位至少对应于:未触发、触发以及报警;其中，对应于触发的负载档位还包括:至少一个触发等级。
[0011]可选地，还包括:供电单元，其与信号采集单元、信号控制单元和触发电路连接，用于为信号采集单元、信号控制单元和触发电路提供电能。
[0012]可选地，供电单元与信号采集单元、信号控制单元和触发电路的集成为一片式结构或分立式结构。
[0013]根据本实用新型的另一个方面，本实用新型还提供了一种智能咪头，包括如上所述的智能气动传感器系统。
[0014]根据本实用新型的又一个方面，本实用新型还提供了一种药物雾化器，包括如上所述的智能气动传感器系统。
[0015]本实用新型提供的智能气动传感器系统，通过将摩擦气动传感器输出的反映气体流速大小的交流电信号与预设阶梯范围进行比较，得到控制信号，并根据控制信号可以选择连通对应的负载档位，启动对应的功能。本实用新型提供的智能气动传感器系统可以设定多个预设阶梯范围，设置多个负载档位，使得输出的控制信号更为准确、稳定。
【附图说明】
[0016]图1示出了本实用新型提供的智能气动传感器系统实施例的功能框图；
[0017]图2示出了图1中信号采集单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。
[0019]图1示出了本实用新型提供的智能气动传感器系统实施例的功能框图。如图1所示，该智能气动传感器系统包括:摩擦气动传感器100，与摩擦气动传感器100连接的信号采集单元200，与信号采集单元200连接的信号控制单元300，以及与信号控制单元300连接的触发电路400。
[0020]摩擦气动传感器100用于在气体流过时，输出反映气体流速大小的交流电信号。摩擦气动传感器利用摩擦发电机制备而成。摩擦气动传感器一般包括壳体以及位于壳体内部的摩擦发电部件(即摩擦发电机)，壳体上设有进气口和出气口，壳体内具有与进气口和出气口连通的气流通道。当气流通过进气口进入气流通道时，摩擦发电部件因气流作用产生摩擦输出交流电信号，输出的交流电信号通过摩擦气动传感器的输出端输出。本实用新型中的摩擦气动传感器可采用现有技术中的摩擦气动传感器，对其结构不再赘述。
[0021]当有气体通过摩擦气动传感器时，摩擦气动传感器会输出交流电信号。该交流电信号的电压大小和频率高低都与气体的流速成正比，同时，根据摩擦气动传感器直径的大小，其输出交流电信号范围从几百mV到几V不等。因此，通过摩擦气动传感器可以提供更多关于气体的信息，如通过是否有交流电信号输出可以判断是否有气体流过，通过交流电信号的大小和/或频率高低可以检测气体的流速。
[0022]信号采集单元200，其输入端与摩擦气动传感器100的输出端相连，用于采集摩擦气动传感器100输出的交流电信号并进行处理。具体地，如图2所示，信号采集单元200包括:整流电路210、滤波电路220、放大电路230和模数转换电路240。其中，整流电路210的输入端(即信号采集单元200的输入端)与摩擦气动传感器100的输出端相连，用于将摩擦气动传感器100输出的交流脉冲电信号转换为单相脉动的直流电信号;滤波电路220的输入端与整流电路210的输出端相连，用于滤除整流电路210输出的电信号中的干扰杂波;放大电路230的输入端与滤波电路220的输出端相连，用于放大滤波电路220输出的电信号;模数转换电路240的输入端与放大电路230的输出端相连，其输出端(即信号采集单元200的输出端)与信号控制单元300的输入端相连，用于将经过放大电路230放大后的模拟电信号转换为数字电信号，输出至信号控制单元300。应当注意的是，上述电路可以根据需要进行选择，若采集到的交流电信号足够大，也可省略放大电路，此处不做限定。此外，模数转换电路240也可设置于信号控制单元300中，此处不做限定。
[0023]信号控制单元300，其输入端与信号采集单元200的输出端相连，用于将信号采集单元200处理后的电信号与预设阶梯范围进行比较，得到控制信号。其中，预设阶梯范围可根据实际应用时，划分具体的数据值范围，如电压信号大小、频率信号高低等，且得到的控制信号也根据预设阶梯范围的不同而不同。
[0024]可选地，信号控制单元300包括:电压信号控制单元310，电压信号控制单元310的输入端(即信号控制单元300的输入端)与信号采集单元200的输出端相连，其输出端(即信号控制单元300的输出端)与触发电路400的输入端相连，用于分析处理信号采集单元200输出的电信号得到电压信号，将电压信号与预设阶梯电压范围进行比较，根据电压信号所属的预设阶梯电压范围得到该预设阶梯电压范围对应的控制信号，并将该控制信号输出至触发电路400。预设阶梯电压范围可按照电压信号大小进行划分。
[0025]可选地，信号控制单元300包括:频率信号控制单元320，频率信号控制单元320的输入端(即信号控制单元300的输入端)与信号采集单元200的输出端相连，其输出端(即信号控制单元300的输出端)与触发电路400的输入端相连，用于分析处理信号采集单元200输出的电信号得到频率信号，将频率信号与预设阶梯频率范围进行比较，根据频率信号所属的预设阶梯频率范围得到该预设阶梯频率范围对应的控制信号，并将该控制信号输出至触发电路400。预设阶梯频率范围可按照频率信号高低进行划分。
[0026]为了进一步提升智能气动传感器系统的准确性和稳定性，可同时对信号采集单元200输出的电信号的电压和频率两方面进行分析处理。即，信号控制单元300包括:电压信号控制单元310和频率信号控制单元320，电压信号控制单元310的输入端与频率信号控制单元320的输入端同时与信号采集单元200的输出端相连，电压信号控制单元310的输出端与频率信号控制单元320的输出端同时与触发电路400的输出端相连，用于分析处理信号采集单元200输出的电信号得到电压信号和频率信号，将电压信号和频率信号与预设阶梯范围进行比较;其中，预设阶梯范围设定了预设阶梯电压范围和预设阶梯频率范围;根据电压信号所属的预设阶梯电压范围和频率信号所属的预设阶梯频率范围得到该预设阶梯范围对应的控制信号，并将该控制信号输出至触发电路400。同时对电压和频率两方面进行分析处理使得整个智能气动传感器系统的准确度提高，误报率降低，使整个系统的稳定性提升。
[0027]触发电路400具有多个负载档位，多个负载档位的输入端(即触发电路400的输入端)同时与信号控制单元300的输出端相连，用于接收控制信号，并根据控制信号选择连通一个负载档位，从而启动该负载档位对应的功能。
[0028]触发电路400进一步用于:将控制信号与预设信号模式阈值进行比较，根据比较结果选择连通一个负载档位。对于多个负载档位，每个负载档位都有其对应的预设信号模式阈值，根据比较结果，选择触发电路400应该连通的负载档位，从而实现该负载档位对应的功能。
[0029]触发电路400中多个负载档位至少对应于:未触发、触发以及报警等几种情况。其中，对应于触发的负载档位还包括:至少一个触发等级。触发等级又可分为触发一级、触发二级、触发N级等，对应于不同的负载档位。
[0030]以电压信号为例，假如信号控制单元300中的预设阶梯电压范围包括五个电压阈值范围，第一电压阈值范围< OV，输出控制信号000，对应未触发负载档位;0.001V <第二电压阈值范围<2V，输出控制信号001，对应触发负载档位的触发一级；2V <第三电压阈值范围<4V，输出控制信号010，对应触发负载档位的触发二级;4V <第四电压阈值范围< 5V，输出控制信号011，对应触发负载档位的触发三级；第五电压阈值范围>5V，输出控制信号111，对应报警负载档位。若电压信号为0V，信号控制单元300会将该电压信号OV分别于与预设阶梯电压范围包括的五个电压阈值范围进行比较，得到该电压信号属于第一电压阈值范围，因此，输出控制信号000至触发电路400;触发电路400接收到该控制信号000后，将控制信号与触发电路400中的预设信号模式阈值进行比较，判断其与触发电路400中的未触发负载档位的预设信号模式阈值相同，进而连通该负载档位，实现该负载档位对应的功能。若电压信号为IV，信号控制单元300会将该电压信号IV分别于与预设阶梯电压范围包括的五个电压阈值范围进行比较，得到该电压信号属于第二电压阈值范围，因此，输出控制信号001至触发电路400;触发电路400接收到该控制信号001后，将控制信号与触发电路400中的预设信号模式阈值进行比较，判断其与触发电路400中的触发负载档位的触发一级的预设信号模式阈值相同，进而连通该负载档位，实现该负载档位对应的功能。若电压信号为6V，信号控制单元300会将该电压信号6V分别于与预设阶梯电压范围包括的五个电压阈值范围进行比较，得到该电压信号属于第五电压阈值范围，因此，输出控制信号111至触发电路400;触发电路400接收到该控制信号111后，将控制信号与触发电路400中的预设信号模式阈值进行比较，判断其与触发电路400中的报警负载档位的预设信号模式阈值相同，进而连通该负载档位，实现该负载档位对应的功能。以此类推，此处不再赘述。
[0031]以频率信号为例，假如信号控制单元300中的预设阶梯频率范围包括五个频率阈值范围，第一频率阈值范围<400Hz，输出控制信号000，对应未触发负载档位;400Hz <第二频率阈值范围<800Hz，输出控制信号001，对应触发负载档位的触发一级;800Hz <第三频率阈值范围< I 10Hz，输出控制信号010，对应触发负载档位的触发二级；IlOOHz《第四频率阈值范围S 1500Hz，输出控制信号011，对应触发负载档位的触发三级；第五频率阈值范围>1500Hz，输出控制信号111，对应报警负载档位。若频率信号为0Hz，信号控制单元300会将该频率信号OHz分别于与预设阶梯频率范围包括的五个频率阈值范围进行比较，得到该频率信号属于第一频率阈值范围，因此，输出控制信号000至触发电路400;触发电路400接收到该控制信号000后，将控制信号与触发电路400中的预设信号模式阈值进行比较，判断其与触发电路400中的未触发负载档位的预设信号模式阈值相同，进而连通该负载档位，实现该负载档位对应的功能。若频率信号为600Hz，信号控制单元300会将该频率信号600Hz分别于与预设阶梯频率范围包括的五个频率阈值范围进行比较，得到该电频率信号属于第二频率阈值范围，因此，输出控制信号OOI至触发电路400;触发电路400接收到该控制信号001后，将控制信号与触发电路400中的预设信号模式阈值进行比较，判断其与触发电路400中的触发负载档位的触发一级的预设信号模式阈值相同，进而连通该负载档位，实现该负载档位对应的功能。若频率信号为1700Hz，信号控制单元300会将该频率信号1700Hz分别于与预设阶梯频率范围包括的五个频率阈值范围进行比较，得到该频率信号属于第五频率阈值范围，因此，输出控制信号111至触发电路400;触发电路400接收到该控制信号111后，将控制信号与触发电路400中的预设信号模式阈值进行比较，判断其与触发电路400中的报警负载档位的预设信号模式阈值相同，进而连通该负载档位，实现该负载档位对应的功能。以此类推，此处不再赘述。
[0032]此外，若同时对信号采集单元200输出的电信号的电压和频率两方面进行分析处理，即以电压信号和频率信号为例，假如信号控制单元300中的预设阶梯范围包括五个阈值范围。第一电压阈值范围< OV，且第一频率阈值范围<400Hz，输出控制信号000，对应未触发负载档位;0.001V <第二电压阈值范围< 2V，且400Hz <第二频率阈值范围< 800Hz，输出控制信号001，对应触发负载档位的触发一级；2V <第三电压阈值范围<4V，且800Hz <第三频率阈值范围< I 10Hz，输出控制信号010，对应触发负载档位的触发二级；4V <第四电压阈值范围S5V，且1100Hz <第四频率阈值范围< 1500Hz，输出控制信号011，对应触发负载档位的触发三级;第五电压阈值范围> 5V，且第五频率阈值范围为> 1500Hz，输出控制信号111，对应报警负载档位。若电压信号为0V，频率信号为小于0Hz，信号控制单元300会将该电压信号OV分别于与预设阶梯电压范围包括的五个电压阈值范围进行比较和频率信号OHz分别于与预设阶梯频率范围包括的五个频率阈值范围进行比较，得到该电压信号属于第一电压阈值范围，频率信号属于第一频率阈值范围，因此，输出控制信号000至触发电路400;触发电路400接收到该控制信号000后，将控制信号与触发电路400中的预设信号模式阈值进行比较，判断其与触发电路400中的未触发负载档位的预设信号模式阈值相同，进而连通该负载档位，实现该负载档位对应的功能。若电压信号为IV，频率信号为小于600Hz，信号控制单元300会将该电压信号IV分别于与预设阶梯电压范围包括的五个电压阈值范围进行比较和频率信号600Hz分别于与预设阶梯频率范围包括的五个频率阈值范围进行比较，得到该电压信号属于第二电压阈值范围，频率信号属于第二频率阈值范围，因此，输出控制信号001至触发电路400;触发电路400接收到该控制信号001后，将控制信号与触发电路400中的预设信号模式阈值进行比较，判断其与触发电路400中的触发负载档位的触发一级的预设信号模式阈值相同，进而连通该负载档位，实现该负载档位对应的功能。以此类推，此处不再赘述。
[0033]应当注意的是，同时对信号采集单元200输出的电信号的电压和频率两方面进行分析处理，需要电压信号和频率信号都满足其设定的预设阶梯范围，才能输出对应的控制信号，若不满足其设定的预设阶梯范围，可输出控制信号000，判定为未触发负载档，或本领域技术人员设定的其它控制信号，此处不做限定。
[0034]如图1所示，本实用新型提供的智能气动传感器系统还包括:供电单元500，其输出端同时与信号采集单元200、信号控制单元300和触发电路400的电源输入端相连，用于为信号采集单元200、信号控制单元300和触发电路400提供电能。供电单元500可选用锂电池或可充电方式的充电模块，充电方式可采用USB充电方式、蓝牙或NFC无线充电方式等。
[0035]供电单元500与信号采集单元200、信号控制单元300和触发电路400的集成为一片式结构或分立式结构。
[0036]一片式结构是采用基于专用集成电路ASIC技术的芯片，将供电单元500与信号采集单元200、信号控制单元300和触发电路400集成在一个芯片中。与通用集成电路相比具有体积更小、重量更轻、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强及成本降低等优点。
[0037]分立式结构是通过选用微型单片机实现信号的采集、分析、处理，即信号采集单元200、信号控制单元300和触发电路400集成在微型单片机中，通过外加供电单元500实现整个新型智能气动传感器系统。
[0038]本实用新型提供的上述智能气动传感器系统可应用于智能咪头中，该智能咪头可应用于电子烟中。具体地，电子烟包括:烟筒主体和烟嘴，烟嘴设置在烟筒主体的一端;烟筒主体内部设置有使用上述智能气动传感器系统的智能咪头，还设置有电池组件、控制电路板和雾化器;烟筒主体上开设有进气孔;电池组件为控制电路板和雾化器供电，控制电路板与智能咪头、雾化器连接；智能咪头位于与进气孔、烟嘴相通的通气通道内，当气流通过进气孔进入通气通道内时，智能咪头因气流作用产生输出信号，并将根据该信号触发对应的工作信号来控制雾化器工作。应用该智能咪头的电子烟可以根据每口吸力不同控制雾化器以不同的功率工作，使出烟量随吸力变化，该电子烟更接近真实香烟。
[0039]本实用新型提供的上述智能气动传感器系统还可应用于药物雾化器中。药物雾化器将药物雾化成微小颗粒，通过呼吸吸入的方式进入呼吸道和肺部沉积，从而达到无痛、迅速、有效治疗的结果。使用该智能气动传感器系统的药物雾化器可以在雾化吸入时，根据吸力的不同，控制雾化器以不同的功率工作，使药物在雾化时随吸力而变化，从而充分发挥药物的利用率和疗效。
[0040]需要说明的是，上述智能气动传感器系统还可应用于其它与摩擦气动传感器产生信号相似的系统中，而不仅限于应用在智能咪头和药物雾化器中。
[0041]本实用新型提供的智能气动传感器系统，通过将摩擦气动传感器输出的反映气体流速大小的交流电信号与预设阶梯范围进行比较，得到控制信号，并根据控制信号可以选择连通对应的负载档位，启动对应的功能。本实用新型提供的智能气动传感器系统可以设定多个预设阶梯范围，设置多个负载档位，使得输出的控制信号更为准确、稳定。
[0042]本实用新型中所提到的各种模块均为由硬件实现的电路，虽然其中某些模块集成了软件，但本实用新型所要保护的是集成软件对应的功能的硬件电路，而不仅仅是软件本身。
[0043]最后，需要注意的是:以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种智能气动传感器系统，其特征在于，包括:摩擦气动传感器，与所述摩擦气动传感器连接的信号采集单元，与所述信号采集单元连接的信号控制单元，以及与所述信号控制单元连接的触发电路； 所述摩擦气动传感器用于在气体流过时，输出反映所述气体流速大小的交流电信号； 所述信号采集单元用于采集所述摩擦气动传感器输出的交流电信号并进行处理； 所述信号控制单元用于将所述信号采集单元处理后的电信号与预设阶梯范围进行比较，得到控制信号； 所述触发电路具有多个负载档位，所述触发电路用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号选择连通一个负载档位，从而启动该负载档位对应的功能。2.根据权利要求1所述的智能气动传感器系统，其特征在于，所述信号控制单元包括:电压信号控制单元，用于分析处理所述信号采集单元输出的电信号得到电压信号，将所述电压信号与预设阶梯电压范围进行比较，根据所述电压信号所属的预设阶梯电压范围得到该预设阶梯电压范围对应的控制信号。3.根据权利要求1所述的智能气动传感器系统，其特征在于，所述信号控制单元包括:频率信号控制单元，用于分析处理所述信号采集单元输出的电信号得到频率信号，将所述频率信号与预设阶梯频率范围进行比较，根据所述频率信号所属的预设阶梯频率范围得到该预设阶梯频率范围对应的控制信号。4.根据权利要求1所述的智能气动传感器系统，其特征在于，所述信号控制单元包括电压信号控制单元和频率信号控制单元，用于: 分析处理所述信号采集单元输出的电信号得到电压信号和频率信号，将所述电压信号和频率信号与所述预设阶梯范围进行比较;其中，所述预设阶梯范围设定了预设阶梯电压范围和预设阶梯频率范围； 根据所述电压信号所属的预设阶梯电压范围和频率信号所属的预设阶梯频率范围得到该预设阶梯范围对应的控制信号。5.根据权利要求1-4任一项所述的智能气动传感器系统，其特征在于，所述触发电路进一步用于:将所述控制信号与预设信号模式阈值进行比较，根据比较结果选择连通一个负载档位。6.根据权利要求5所述的智能气动传感器系统，其特征在于，所述多个负载档位至少对应于:未触发、触发以及报警； 其中，对应于触发的负载档位还包括:至少一个触发等级。7.根据权利要求1所述的智能气动传感器系统，其特征在于，还包括:供电单元，其与所述信号采集单元、所述信号控制单元和所述触发电路连接，用于为所述信号采集单元、所述信号控制单元和所述触发电路提供电能。8.根据权利要求7所述的智能气动传感器系统，其特征在于，所述供电单元与所述信号采集单元、所述信号控制单元和所述触发电路的集成为一片式结构或分立式结构。9.一种智能咪头，其特征在于，包括:如权利要求1-8任一项所述的智能气动传感器系统。10.一种药物雾化器，其特征在于，包括:如权利要求1-8任一项所述的智能气动传感器系统。
【文档编号】G01P5/08GK205563283SQ201620291760
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】孙利佳, 钟强, 刁海丰, 程驰, 孙晓雅, 赵颖, 赵豪, 徐传毅
【申请人】纳智源科技（唐山）有限责任公司