一种光学式气体探测器及其工作方法与流程

1.本发明涉及气体检测技术领域，特别是涉及一种光学式气体探测器及其工作方法。


背景技术：

2.光学式气体探测器是基于光学原理进行气体浓度检测的探测器，其包括光线气体传感器、紫外线气体传感器等，具有精度高、选择性好、可靠性高、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小及寿命长等显著优点。光学式气体探测器的核心部件为气体传感器，其在使用过程中，气体传感器利用不同气体对光的吸收程度的不同，通过测量光线被吸收的能量大小，来检测气体的浓度。
3.但是，在使用现有技术过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
4.现有技术中的光学式气体探测器在使用过程中，通常需要用户手动读取气体浓度检测数据，无法进行在线监测，存在维护成本高的问题；同时，当前光学式气体探测器通常仅设置一组探测模组，光源老化衰减，会导致气体浓度检测精度较低，甚至出现无法检测的故障。


技术实现要素：

5.为了至少在一定程度上解决上述技术问题，本发明提供了一种光学式气体探测器及其工作方法。
6.本发明采用的技术方案是：
7.一种光学式气体探测器，包括主控模块，以及分别与所述主控模块通信连接的第一探测模组、第二探测模组、无线通信模块和数据存储模块，所述第一探测模组对应的第一检测空间与所述第二探测模组对应的第二检测空间隔离设置，所述第一检测空间用于容纳待测气体；其中，所述第一探测模组包括分别与所述主控模块通信连接的第一光源发射模块和第一光线接收模块，所述第一光源发射模块发出的光线穿射至第一检测空间后被所述第一光线接收模块接收，所述第二探测模组包括分别与所述主控模块通信连接的第二光源发射模块和第二光线接收模块，所述第二光源发射模块发出的光线穿射至第二检测空间后被所述第二光线接收模块接收。
8.本发明可实现对气体浓度的在线监测，同时监测精度高。具体地，本发明在使用过程中，主控模块可基于第一探测模组中的第一光线接收模块输送的信号进行气体浓度检测，得到待测气体浓度后可将待测气体浓度数据通过无线通信模块无线传送至预设的服务器，以便于用户实现对气体浓度的在线监测，利于减小维护成本；此外，本发明在实施过程中，所述第二探测模组可用作检测参考，其中的第二光源发射模块发出的光线不与待测气体发生作用，直接照射到第二光线接收模块，形成一条独立的光路，起到滤除温度、湿度、粉尘等环境因素对测量精度影响的作用；所述第一探测模组用作测量待测气体，其中的第一光源发射模块射出的光可投射至第一检测空间内与其中的待测气体作用，并形成一条独立
的光路，直至被第一光线接收模块接收，由于第二探测模组的设置，可利于提高气体浓度的检测精度。
9.在一个可能的设计中，所述光学式气体探测器还包括ota升级模块，所述ota升级模块与所述主控模块通信连接。
10.在一个可能的设计中，所述光学式气体探测器还包括加热模块和温湿度检测模块，所述加热模块用于对所述第一检测空间与所述第二检测空间进行加热，所述温湿度检测模块与所述主控模块通信连接，所述温湿度检测模块用于测量所述第一检测空间与所述第二检测空间内的温湿度数据，并将其发送至所述主控模块。
11.在一个可能的设计中，所述第一光源发射模块和所述第二光源发射模块均包括光线发射器、光源驱动模块、极性电容、第一电阻、n型mos管和第二电阻，所述的光源驱动模块型号为tmi8118，所述光源驱动模块的1脚和6脚分别与所述光线发射器的两端连接，所述光源驱动模块的2脚通过第一电阻接地，所述光源驱动模块的2脚还分别与所述主控模块及n型mos管的漏极电连接，所述n型mos管的源极接地，所述n型mos管的栅极与所述主控模块电连接，所述n型mos管的栅极还通过第二电阻接地，所述光源驱动模块的5脚分别与所述极性电容的正极及电源输出端电连接，所述极性电容的负极接地，所述光源驱动模块的3脚和4脚均与主控模块电连接。
12.在一个可能的设计中，所述第一光线接收模块和所述第二光线接收模块均包括依次连接的光线接收器、第一信号放大模块和第二信号放大模块，所述第二信号放大模块的输出端与所述主控模块电连接。
13.在一个可能的设计中，所述光学式气体探测器还包括底座和设置在底座顶部的防尘罩，所述防尘罩连通设置有进气孔和出气孔，所述底座和防尘罩之间设置有挡板，所述挡板将所述底座和所述防尘罩隔离设置，其中，位于所述挡板上部且位于所述防尘罩内的空间构成所述第一检测空间，位于所述挡板下部且位于所述底座内的空间构成所述第二检测空间。
14.在一个可能的设计中，所述挡板采用透光板，所述第一探测模组和所述第二探测模组均设置在底座内，且所述第一探测模组中的第一光源发射模块和第一光线接收模块均朝向挡板设置，所述防尘罩远离所述挡板的一端设置有反射镜，以便于所述第一光源发射模块发出的光线穿射至所述第一检测空间后被所述反射镜反射至所述第一光线接收模块，所述第二光源发射模块和所述第二光线接收模块相对设置。
15.一种光学式气体探测器的工作方法，包括标定方法，所述标定方法包括：
16.在无被测气体的情况下，获取温度为t0时，所述第一光线接收模块输送的信号da0以及所述第二光线接收模块输送的信号db0，然后将气体浓度0、温度t0、信号da0和信号db0作为第一标定数据存储至所述数据存储模块；
17.在被测气体的浓度为n1的情况下，获取温度为t0时，所述第一光线接收模块输送的信号da1以及所述第二光线接收模块输送的信号db1，然后将气体浓度n1、温度t0、信号da1和信号db1作为第二标定数据存储至所述数据存储模块；
18.在被测气体的浓度为n1的情况下，获取温度为t1时，所述第一光线接收模块输送的信号da2以及所述第二光线接收模块输送的信号db2，然后将气体浓度n1、温度t1、信号da2和信号db2作为第三标定数据存储至所述数据存储模块。
19.在一个可能的设计中，在所述标定方法后，所述光学式气体探测器的工作方法还包括气体浓度检测方法，所述气体浓度检测方法包括：
20.实时接收温度数据tx，以及由所述第一光线接收模块输送的信号dax以及所述第二光线接收模块输送的信号dbx，然后根据温度数据tx、信号dax、信号dbx所述第一标定数据、所述第二标定数据和所述第三标定数据，得到当前气体浓度；其中，当前气体浓度为：
21.nx＝n1/(d1-d0)*(dx-d0)+n1/(d2-d0)*(tx-t0)；
22.其中，d0＝da0-db0，d1＝da1-db1，d2＝da1-db2。
23.在一个可能的设计中，得到当前气体浓度后，所述光学式气体探测器的工作方法还包括浓度预警方法，所述浓度预警方法包括：
24.判断当前气体浓度是否在预定浓度范围内，如否，则通过所述无线通信模块向预设的服务器发送报警信号。
附图说明
25.图1是光学式气体探测器的控制框图；
26.图2是光学式气体探测器中主控模块的电路原理图；
27.图3是光学式气体探测器中第一光源发射模块或第二光源发射模块的电路原理图；
28.图4是光学式气体探测器中第一光线接收模块或第二光线接收模块的电路原理图；
29.图5是光学式气体探测器中无线通信模块的电路原理图；
30.图6是光学式气体探测器中数据存储模块的电路原理图；
31.图7是光学式气体探测器中rs485通信模块的电路原理图；
32.图8是光学式气体探测器中hart通信模块的电路原理图；
33.图9是光学式气体探测器中加热模块的电路原理图；
34.图10是光学式气体探测器中温湿度检测模块的电路原理图；
35.图11是光学式气体探测器中电源模块的电路原理图；
36.图12是光学式气体探测器的外部结构示意图；
37.图13是图12的a-a向结构示意图；
38.图14是图12所示结构去除防尘罩后的结构示意图；
39.图15是图14的侧视图。
具体实施方式
40.下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。
41.应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元，并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
42.应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存
在a和b三种情况。
43.应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。
44.应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
45.实施例1：
46.本实施例提供一种光学式气体探测器，如图1至12所示，包括主控模块，以及分别与所述主控模块通信连接的第一探测模组、第二探测模组、无线通信模块和数据存储模块，所述第一探测模组对应的第一检测空间与所述第二探测模组对应的第二检测空间隔离设置，所述第一检测空间用于容纳待测气体；其中，所述第一探测模组包括分别与所述主控模块通信连接的第一光源发射模块6和第一光线接收模块7，所述第一光源发射模块6发出的光线穿射至第一检测空间后被所述第一光线接收模块7接收，所述第二探测模组包括分别与所述主控模块通信连接的第二光源发射模块8和第二光线接收模块9，所述第二光源发射模块8发出的光线穿射至第二检测空间后被所述第二光线接收模块9接收。
47.本实施例可实现对气体浓度的在线监测，同时监测精度高。具体地，本实施例在使用过程中，主控模块可基于第一探测模组中的第一光线接收模块7输送的信号进行气体浓度检测，得到待测气体浓度后可将待测气体浓度数据通过无线通信模块无线传送至预设的服务器，以便于用户实现对气体浓度的在线监测，利于减小维护成本；此外，本实施例在实施过程中，所述第二探测模组可用作检测参考，其中的第二光源发射模块8发出的红外光、紫外光等光线不与待测气体发生作用，直接照射到第二光线接收模块9，形成一条独立的光路，起到滤除温度、湿度、粉尘等环境因素对测量精度影响的作用；所述第一探测模组用作测量待测气体，其中的第一光源发射模块6射出的光可投射至第一检测空间内与其中的待测气体作用，并形成一条独立的光路，直至被第一光线接收模块7接收，由于第二探测模组的设置，可利于提高气体浓度的检测精度。
48.现有技术中，通常需要用户定期进行基准值的标定，否则检测值容易出现较大偏差，测量精度低，导致误报。为解决该技术问题，本实施例进一步作出以下改进：所述光学式气体探测器还包括ota升级模块，所述ota升级模块与所述主控模块通信连接。
49.本实施例还可进行在线调试及标定，本实施例可基于ota(over the air，空中下载，指一种远程无线升级技术)技术远程升级，远程标定，远程定位，定位准确，响应时间短。具体地，本实施例中，ota升级模块可与无线通信模块配合，实现光学式气体探测器的固件的远程升级，确保光学式气体探测器满足不同应用场景，不同时期的功能需求。具体地，本实施例中，ota升级模块包括网络配置单元和更新单元，其中，网络配置单元用于配置无线通信模块连接至所述预设网络，更新单元用于完成软件升级。远程进行软件升级时，光学式气体探测器中的主控模块通过无线通信模块自动从预设的服务器下载ota升级包并安装ota升级包，完成ota升级，无需用户手动操作。
50.本实施例中，服务器可远程连接多个气体探测器，服务器可根据每个光学式气体
探测器所上报的浓度、温度及湿度等数据，以及附近的其它气体探测器的浓度数据，综合判断气体探测器内元器件的参数变化情况，并通过下发指令的方式进行对气体探测器进行零点的校准，确保使用过程中气体探测器的检测精度。
51.本实施例中，所述光学式气体探测器还包括本地通信模块，所述本地通信模块包括rs485通信模块和hart通信模块，所述rs485通信模块和所述hart通信模块均与所述主控模块通信连接。
52.本实施例中，所述rs485通信模块采用max485型rs485芯片及其外围电路，所述hart通信模块采用a5191hrtpg型调制解调器及其外围电路。
53.本实施例中，所述光学式气体探测器还包括加热模块和温湿度检测模块，所述加热模块用于对所述第一检测空间与所述第二检测空间进行加热，所述温湿度检测模块与所述主控模块通信连接，所述温湿度检测模块用于测量所述第一检测空间与所述第二检测空间内的温湿度数据，并将其发送至所述主控模块。
54.本实施例中，所述第一光源发射模块6和所述第二光源发射模块8均包括光线发射器l1、光源驱动模块ic3、极性电容c13、第一电阻r15、n型mos管q1和第二电阻r16，所述的光源驱动模块ic3型号为tmi8118，所述光源驱动模块ic3的1脚和6脚分别与所述光线发射器l1的两端连接，所述光源驱动模块ic3的2脚通过第一电阻r15接地，所述光源驱动模块ic3的2脚还分别与所述主控模块及n型mos管q1的漏极电连接，所述n型mos管q1的源极接地，所述n型mos管q1的栅极与所述主控模块电连接，所述n型mos管q1的栅极还通过第二电阻r16接地，所述光源驱动模块ic3的5脚分别与所述极性电容c13的正极及电源输出端电连接，所述极性电容c13的负极接地，所述光源驱动模块ic3的3脚和4脚均与主控模块电连接。
55.本实施例中，所述第一光线接收模块7和所述第二光线接收模块9均包括依次连接的光线接收器tr1、第一信号放大模块和第二信号放大模块，所述第二信号放大模块的输出端与所述主控模块电连接。本实施例中，第一信号放大模块和第二信号放大模块均采用运算放大器，以实现对光线接收器tr1输入信号的放大处理。
56.如图12至15所示，本实施例中，所述光学式气体探测器还包括底座1和设置在底座1顶部的防尘罩2，所述防尘罩2连通设置有进气孔3和出气孔4，所述底座1和防尘罩2之间设置有挡板5，所述挡板5将所述底座1和所述防尘罩2隔离设置，其中，位于所述挡板5上部且位于所述防尘罩2内的空间构成所述第一检测空间，位于所述挡板5下部且位于所述底座1内的空间构成所述第二检测空间。
57.本实施例中，挡板5通过支撑柱与底座1连接，由此实现挡板5的固定，同时便于增加第二检测空间的大小。
58.本实施例中，所述挡板5采用透光板，所述第一探测模组和所述第二探测模组均设置在底座1内，且所述第一探测模组中的第一光源发射模块6和第一光线接收模块7均朝向挡板5设置，所述防尘罩2远离所述挡板5的一端设置有反射镜10，以便于所述第一光源发射模块6发出的光线穿射至所述第一检测空间后被所述反射镜10反射至所述第一光线接收模块7，所述第二光源发射模块8和所述第二光线接收模块9相对设置。
59.本实施例中，所述反射镜10采用凹面反射镜10，通过反射镜10的设置，可使得所述第一光源发射模块6发射出的光线经过凹面反光镜的反射后被第一光线接收模块7接收，由此可便于将第一光源发射模块6和第一光线接收模块7同时安装于底座1内，由此避免待测
气体污染第一光源发射模块6和第一光线接收模块7，利于提高本实施例的整体寿命，同时，反射镜10的设置，还可便于增加光路行程，有利于提高分辨率。
60.本实施例中，挡板5和反射镜10均分别通过支架与防尘罩2连接，且挡板5与支架之间以及反射镜10与支架之间均设置有密封圈，以实现第一检测空间和第二检测空间之间的隔离。
61.还应当理解的是，本实施例中，主控模块、无线通信模块、数据存储模块和本地通信模块等模块以及用于向所有模块供电的电源模块均安装于设置在底座1内的pcb板11内，且本地通信模块及电源输入接口等均可设置在预设于底座1上的线束通孔处，此处不予赘述。
62.实施例2：
63.本实施例提供一种基于实施例1中任一项所述的光学式气体探测器的工作方法，包括标定方法，所述标定方法包括：
64.在无被测气体的情况下，获取温度为t0时，所述第一光线接收模块7输送的信号da0以及所述第二光线接收模块9输送的信号db0，然后将气体浓度0、温度t0、信号da0和信号db0作为第一标定数据存储至所述数据存储模块；
65.在被测气体的浓度为n1的情况下，获取温度为t0时，所述第一光线接收模块7输送的信号da1以及所述第二光线接收模块9输送的信号db1，然后将气体浓度n1、温度t0、信号da1和信号db1作为第二标定数据存储至所述数据存储模块；
66.在被测气体的浓度为n1的情况下，获取温度为t1时，所述第一光线接收模块7输送的信号da2以及所述第二光线接收模块9输送的信号db2，然后将气体浓度n1、温度t1、信号da2和信号db2作为第三标定数据存储至所述数据存储模块。
67.本实施例中，在所述标定方法后，所述光学式气体探测器的工作方法还包括气体浓度检测方法，所述气体浓度检测方法包括：
68.实时接收温度数据tx，以及由所述第一光线接收模块7输送的信号dax以及所述第二光线接收模块9输送的信号dbx，然后根据温度数据tx、信号dax、信号dbx所述第一标定数据、所述第二标定数据和所述第三标定数据，得到当前气体浓度；其中，当前气体浓度为：
69.nx＝n1/(d1-d0)*(dx-d0)+n1/(d2-d0)*(tx-t0)；
70.其中，d0＝da0-db0，d1＝da1-db1，d2＝da1-db2。
71.本实施例中，得到当前气体浓度后，所述光学式气体探测器的工作方法还包括浓度预警方法，所述浓度预警方法包括：
72.判断当前气体浓度是否在预定浓度范围内，如否，则通过所述无线通信模块向预设的服务器发送报警信号。
73.还需要说明的是，当使用本地通信模块中的rs485通信模块时，上位机可按rs485协议以数据流的方式从rs485通信模块获取当前气体浓度、探测器温度、故障码等信息，上位机设定阀值，当前气体浓度越过阀值即报警；当使用hart通信模块时，上位机可按hart通信协议以数据流的形式，获取当前气体浓度、当前探测器的温度、故障码等信息，以电流大小4-20ma范围定义气体浓度值，当前气体浓度越过阀值即报警。
74.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施
例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
75.最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。