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原文传递宽浓度多组分危险气体检测仪及其实现方法

专利名称：	宽浓度多组分危险气体检测仪及其实现方法
摘要：	本发明公开了宽浓度多组分危险气体检测仪及其实现方法，解决现有技术消防部队配备的气体检测仪经常出现检测结果假阴性、浓度超限和传感器中毒情况的问题。宽浓度多组分危险气体检测仪包括气体稀释采样接头、传感器集成模块、电化学传感器、ADC电路、MCU单片机、声光警报器、4按键键盘模块、LED显示模块、SD卡数据存储模块、电源控制及电量显示模块、高性能锂电池组、小型抽气泵、433M信号传输模块、以及远程指挥平台信号采集终端。本发明实现方法简单流畅高效，可有效防止电化学传感器中毒及误报，可检测气体种类多，气体检测浓度范围宽，检测结果精准。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	应急管理部四川消防研究所
发明人：	何瑾;郭海东;张寒;刘军军;周伦
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201910539143.2
公开号：	CN110186985A
代理机构：	成都众恒智合专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	陈春华
分类号：	G01N27/416(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	610000 四川省成都市金牛区金科南路69号
主权项：	1.宽浓度多组分危险气体检测仪，其特征在于，包括气体检测仪主体，设于所述气体检测仪主体内用于稀释待检测气体浓度以扩大气体检测浓度范围避免传感器中毒失效的气体稀释采样接头(3)，插接于所述气体检测仪主体上并与所述气体稀释采样接头(3)管道连接用于集成多个相互间不会串扰的电化学传感器(1)以进行气体检测的传感器集成模块(2)，设于所述气体检测仪主体内与所述电化学传感器(1)数量相同并分别与所述传感器集成模块(2)连接的ADC电路(4)，设于所述气体检测仪主体内与所有所述ADC电路(4)分别通过SPI总线连接的MCU单片机(5)，设于所述气体检测仪主体上并分别与所述MCU单片机(5)连接的声光警报器(6)、4按键键盘模(7)、以及LED显示模块(8)，设于所述气体检测仪主体内并与所述MCU单片机(5)数据交换的SD卡数据存储模块(9)，设于所述气体检测仪主体内并与所述MCU单片机通过电源控制及电量显示模块(10)连接的高性能锂电池组(11)，以及远程指挥平台信号采集终端(14)；所述气体稀释采样接头(3)与所述传感器集成模块(2)连接的管道上设有与所述MCU单片机连接的小型抽气泵(12)，所述MCU单片机(5)通过433M信号传输模块(13)与所述远程指挥平台信号采集终端(14)无线连接，所述MCU单片机(5)与所述传感器集成模块(2)连接。 2.根据权利要求1所述的宽浓度多组分危险气体检测仪，其特征在于，所述气体稀释采样接头(3)包括呈管状结构的壳体(32)，通过螺纹与壳体(32)顶部、底部连接的前盖(31)和后盖(33)，设置在前盖(31)上的进气口(39)，设置在后盖(33)上的出气口(314)，设置在壳体(32)内部且与壳体(32)同轴心的采样柱(311)，环绕在采样柱(311)外侧设置的用于形成干净空气的过滤模块(37)，可拆卸设置在壳体(32)内部上侧的用于将采样气分流至采样柱(311)和过滤模块(37)的第一多孔隔板(36)，设置在采样柱(311)上部用于滤除采样气中细小颗粒的多孔纤维柱(313)，设置在采样柱(311)下部且与多孔纤维柱(313)连接的样气采样孔(312)，以及设置在壳体(32)内部下侧的用于导通采样气与干净空气的第二多孔隔板(310)，所述出气口(314)通过管道与所述传感器集成模块(2)连接；所述前盖(31)与第一多孔隔板(36)形成的腔体中设置有用于滤除采样气中灰尘、油份颗粒物的粗滤模块(315)，所述粗滤模块(315)为烧结PP纤维滤芯，所述前盖(31)与第一多孔隔板(36)之间设置有压紧弹簧(35)，所述压紧弹簧(35)位于粗滤模块(315)与壳体(32)内侧壁形成的空隙中。 3.根据权利要求2所述的宽浓度多组分危险气体检测仪，其特征在于，所述第二多孔隔板(310)与后盖(33)形成的腔体中设置有用于检测接头工作情况的压力传感器(34)，所述过滤模块(37)包括从上至下依次设置且通过O型圈(38)密封连接的填充有高锰酸钾活性氧化铝柱与碱性煤质活性炭混合物的第一过滤模块(371)、填充有由无纺密纸制成的精滤滤芯的第二过滤模块(372)、填充有钯催化氧化铝颗粒的第三过滤模块(373)、填充有高碘值的椰壳活性炭颗粒的第四过滤模块(374)；所述第一过滤模块(371)为环状盒体，且盒体的上端面和下端面为多孔结构，所述第二过滤模块(372)、第三过滤模块(373)、第四过滤模块(374)的结构与第一过滤模块(371)相同；所述壳体(32)由透明材料制成、或者设有透明的观察带(316)。 4.根据权利要求3所述的宽浓度多组分危险气体检测仪，其特征在于，所述气体稀释采样接头(3)的使用方法包括以下步骤：步骤A、在样品气经过进气口进入壳体内部之后，经过粗滤模块滤除采样气中的灰尘、油份颗粒物，样品气在经过第一多孔隔板之后被分成两部分，一部分流入过滤模块中，另一部分流入采样柱中；步骤B、在过滤模块中，样品气在经过多级过滤之后，形成干净的空气进入第二多孔隔板与后盖形成的腔体中；步骤C、同时，进入采样柱中的样品气在多孔纤维柱中过滤掉细小的颗粒物，最后由样气采样孔进入第二多孔隔板与后盖形成的腔体中；步骤D、在该腔体中，空气与样品气按照一定比例混合，其中，稀释的比例根据样气采样孔的尺寸确定，达到稀释采样气的目的，最后将稀释后的采样气通过出气口排出。 5.根据权利要求4所述的宽浓度多组分危险气体检测仪，其特征在于，所述传感器集成模块(2)包括集成有八个电化学传感器(1)的电路板(22)，气路连通机构(23)，以及气体测量密封盒(24)；所述电路板(22)上集成有八个电化学传感器自动识别和失效性检测电路，八个所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路与八个所述电化学传感器(1)一一对应，每个所述电化学传感器(1)分别接入相对应的电化学传感器自动识别和失效性检测电路中；所述气路连通机构(23)设有进气管(25)、两个出气管(26)、以及八个单元气室(27)，所述进气管(25)通过管道分别与八个所述单元气室(27)相连通，每个所述出气管(26)分别通过管道与四个所述单元气室(27)相连通，八个所述单元气室(27)分别与八个所述电化学传感器(1)相对应，所述电路板(22)密封盖接在所述气路连通机构(23)上，并且每个所述电化学传感器(1)分别位于相对应的单元气室(27)内；所述气体测量盒(24)包括盒体(28)和盖接于所述盒体(28)上的盖体(29)，密封盖接有所述电路板(22)的所述气路连通机构(23)置于所述盒体(28)内，所述盒体(28)上设有与所述进气管(25)相对应的进气管孔(212)和与所述出气管(26)相对应的出气管孔(210)，所述盒体(28)上设有插线孔(211)，所述电路板(22)上设有分别与八个所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路相连接的插接端(215)，所述插接端(215)穿过所述插线孔(211)与所有所述ADC电路(4)连接，并且所述ADC电路(4)有八个，每一个所述ADC电路(4)通过所述插接端(215)分别与一个所述所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路相连接，所述进气管(25)穿过所述出气管孔(210)与所述出气口(314)相连通。 6.根据权利要求5所述的宽浓度多组分危险气体检测仪，其特征在于，所述电路板(22)和所述气路连通机构(23)之间通过螺栓固定连接，所述气路连通机构(23)和所述电路板(22)之间设有硅胶密封圈，并且所述电路板(22)和所述气路连通机构(23)通过所述硅胶密封圈相密封，所述气路连通机构(23)、所述盒体(28)和盖体(29)均采用树脂制成；所述盒体(28)的一侧设有插接凸起(213)，并且所述进气管孔(212)和所述插线孔(211)均开设有所述插接凸起(213)上，所述插接端(215)位于所述插接凸起(213)处，所述盒体(28)的底面设有插接燕尾槽(214)，所述气体检测仪主体上设有与所述插接燕尾槽(214)相配合的承插燕尾槽，所述气体测量盒(24)通过所述插接燕尾槽(214)插接至所述气体检测仪主体上，所述气体检测仪主体上设有插接口，所述出气口(314)和所有所述ADC电路(4)位于所述插接口内，所述气体测量盒(24)插接至所述气体检测仪主体上时，所述插接凸起(213)插接入所述插接口内，并且八个电化学传感器自动识别和失效性检测电路通过所述插接端(215)分别与八个所述ADC电路(4)相连接，八个电化学传感器自动识别和失效性检测电路通过所述插接端(215)还分别与所述MCU单片机(5)相连接，所述进气管(25)与所述出气口(314)相连通。 7.根据权利要求6所述的宽浓度多组分危险气体检测仪，其特征在于，所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路用于自动识别电化学传感器并对已识别的电化学传感器进行时效性检测；所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路包括设CE引脚接入端、RE引脚接入端和WE引脚接入端的电化学传感器接入端口，可编程可调电阻U1，MOS管Q1，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电容C1，电容C2，电容C3，电容C5，放大器OP1，自动增益调整电路，以及自动偏压产生电路，所述CE接入端、所述RE接入端和所述WE接入端分别用于接入电化学传感器的CE引脚、RE引脚和WE引脚；所述电化学传感器的三个引脚分别与所述CE引脚接入端、所述RE引脚接入端和所述WE引脚接入端连接；所述CE引脚接入端、所述电阻R1、以及所述放大器OP1的输出端依次串接，所述RE引脚接入端、所述电阻R2、所述电阻R3、以及所述放大器OP1的同向输入端依次串接，所述WE引脚接入端、所述可编程可调电阻U1、所述自动增益调整电路、所述电阻R4、所述电阻R5、以及所述放大器OP1的反向输入端依次串接；所述电容C1的两端分别与所述CE引脚接入端和所述RE引脚接入端连接，所述电容C3的两端分别与所述放大器OP1的同向输入端和所述放大器OP1的输出端连接；所述电容C5的一端与所述可编程可调电阻U1连接，其另一端接地；所述电容C2的一端连接在所述电阻R2和所述电阻R3之间，其另一端连接在所述电阻R1和所述放大器OP1的输出端之间；所述自动偏压产生电路与所述放大器OP1的反向输入端连接，所述自动偏压产生电路还接地，所述MOS管Q1的漏极D与所述WE引脚接入端连接，所述MOS管Q1的源极S与所述RE引脚接入端连接，所述MOS管Q1的栅极G和所述自动偏压产生电路分别与所述MCU单片机的一个引脚连接，所述MCU单片机的一个引脚连接在所述电阻R4和所述电阻R5之间，所述自动增益调整电路通过所述ADC电路与所述MCU单片机连接；所述自动增益调整电路包括放大器OP2、可编程可调电阻U3、可编程可调电阻U4、可编程可调电阻U5、以及电容C6，所述放大器OP2的反向输入端、所述可编程可调电阻U3、所述可编程可调电阻U4、所述可编程可调电阻U5、以及所述放大器OP2的输出端依次串接，所述电容C6的两端分别与所述放大器OP2的反向输入端和所述放大器OP2的输出端连接，所述放大器OP2的反向输入端与所述可编程可调电阻U1连接，所述放大器OP2的同向输入端与所述电阻R4连接，所述放大器OP2的输出端通过所述ADC电路与所述MCU单片机连接；所述自动偏压产生电路包括MOS管Q2、可编程可调电阻U2、可编程可调电阻U6、以及电容C4，所述MOS管Q2的漏极D、所述电容C4、所述可编程可调电阻U6、所述可编程可调电阻U2、以及所述MOS管Q2的源极S依次串接，所述MOS管Q2的漏极D与所述放大器OP1的反向输入端连接，所述MOS管Q2的栅极G与所述MCU单片机的一个引脚连接，所述电容C4和所述可编程可调电阻U6之间接地；所述可编程可调电阻U1为X9C102可编程电阻，其电阻值可调范围为0-1KΩ，所述可编程可调电阻U2、所述可编程可调电阻U3、所述可编程可调电阻U4、所述可编程可调电阻U5、以及所述可编程可调电阻U6均为X9C104可编程电阻，其电阻值可调范围为0-100KΩ；所述电阻R1的电阻值为1KΩ，所述电阻R2的电阻值为10KΩ，所述电阻R3的电阻值为10KΩ，所述电阻R4的电阻值为47.5KΩ，所述电阻R5的电阻值为27.4KΩ；所述电容C1为10nf电容，所述电容C2为10nf电容，所述电容C3为10nf电容，所述电容C4为10nf电容，所述电容C5为100nf电容。 8.根据权利要求7所述的宽浓度多组分危险气体检测仪，其特征在于，采用所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路对电化学传感器进行自动识别的方法包括以下步骤：步骤①、在存储器中存入消防用电化学传感器的官方信息，并建立电化学传感器数据库；步骤②、通过人工测试待识别电化学传感器，测出待识别电化学传感器在实际系统中的空载输出值、以及上电过程中输出曲线的特征值，并将所测得的空载输出值和特征值录入存储器；步骤③、将待识别电化学传感器接入电化学传感器自动识别和失效性检测电路，并给MCU单片机上电，MCU单片机从存储器读取待识别电化学传感器的空载输出值和特征值；步骤④、MCU单片机根据待识别电化学传感器的空载输出值和特征值，分别对电化学传感器自动识别和失效性检测电路进行正确配置；步骤⑤、MCU单片机通过电化学传感器自动识别和失效性检测电路给待识别电化学传感器上电，并通过ADC电路，监测待识别电化学传感器上电过程在各个时段的电压值，同时将所监测到的电压值与存储器内电化学传感器数据库中的电化学传感器进行匹配，从而对待识别电化学传感器进行自动识别。 9.根据权利要求8所述的宽浓度多组分危险气体检测仪，其特征在于，采用所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路对电化学传感器进行失效性检测的方法包括以下步骤：步骤Ⅰ、将待检测电化学传感器接入电化学传感器自动识别和失效性检测系统并启动该电化学传感器自动识别和失效性检测系统；步骤Ⅱ、初始化电化学传感器自动识别和失效性检测系统；步骤Ⅲ、初始化完成后，改变电化学传感器自动识别和失效性检测电路的参数，使待检测电化学传感器的偏压产生±1mv扰动；步骤Ⅳ、检测电化学传感器自动识别和失效性检测电路的输出电压是否随待检测电化学传感器偏压扰动而变化，若输出电压扰动幅度大，则待检测电化学传感器正常，若输出电压扰动幅度小、或者没有扰动，则待检测电化学传感器失效。 10.宽浓度多组分危险气体检测仪的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据事故现场情况，选择适宜的传感器模块，启动主机；步骤2、启动电化学传感器自动识别和失效性检测电路对电化学传感器进行自动识别，系统自动判定所使用的传感器模块及其工作状态；步骤2、对选定的电化学传感器采用电化学传感器自动识别和失效性检测电路进行实效性检测，选取可正常作业的电化学传感器，并将安装有电化学传感器的单元气室连成通路；步骤3、将气体稀释采样接头置于待检测危险气体中，同时启动小型抽气泵，将稀释后的危险气体泵至传感器集成模块的通路中；步骤4、MCU单片机每隔1秒钟启动通路中电化学传感器分别进行采样，并对采样获得的数据进行电化学气体传感器交叉灵敏度运算处理，运算处理的结果通过LED显示模块进行实时显示，同时对运算处理后的数据通过SD卡数据存储模块进行数据存储。
所属类别：	发明专利