CN110118860A - 用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器及方法，解决现有技术使用单传感器检测可燃气体及蒸汽时，无法智能监控，且单传感器通常受量程、线性度、寿命等影响，不能很好的发挥其安全监督作用的问题。本发明采用半导体气体传感器和催化燃烧式气体传感器交叉使用检测可燃气体及蒸汽，半导气体传感器用于检测低量程可燃气体及蒸汽，当环境中的可燃气体及蒸汽浓度超过半导体气体传感器检测的阈值时，启动催化燃烧式气体传感器电压输出并计算浓度，作为探测器最终浓度输出。本发明可实现探测器故障检测，延长使用寿命，充分发挥半导体气体传感器和催化燃烧式气体传感器的优点，从而大大降低用户的维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器及方法。
背景技术
可燃气体及蒸汽的检测方式主要为半导体气体传感器、催化燃烧式气体传感器、以及红外传感器。半导体气体传感器不具有本质的选择性，通常用于定性检测待测环境中的可燃气体及蒸汽，结构简单、成本低廉，电压与气体浓度呈非线性变化关系，随着浓度增大灵敏度下降，在较高浓度下几乎饱和，因此一般用于低浓度的检测。催化燃烧式气体传感器线性度好、响应快、指数可靠、价格便宜，不会与其他非可燃性气体发生交叉感染，但大部分有机蒸汽对传感器都有中毒作用。红外传感器利用不同可燃气体的红外线吸收光谱的波长不同以及吸收差异，基于Lambert-Beer定律可准确检测被测气体，灵敏度高，但价格贵、不能同时检测多种气体。
在实际应用中，使用单传感器检测可燃气体及蒸汽时，只能人为通过确定浓度气体验证传感器是否正常工作，无法智能监控，且单传感器通常受量程、线性度、寿命(大部分有机蒸汽能使催化传感器中毒)等影响，不能很好的发挥其安全监督的作用。因此，设计用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器及方法，使用半导体传感器和催化传感器联合检测，实现传感器在高低浓度下均体现较好的线性度、提高抗中毒性、延长寿命，同时增加故障检测功能，实现智能化监控，保障工作人员安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器及方法，解决现有技术使用单传感器检测可燃气体及蒸汽时，只能通过人为确定气体浓度验证传感器是否正常工作，无法智能监控，且单传感器通常受量程、线性度、寿命等影响，不能很好的发挥其安全监督作用的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器，包括设液晶操控面板的双传感器联合探测器主体，设于所述双传感器联合探测器主体内用于检测环境中低量程可燃气体及蒸汽浓度的半导体气体传感器，设于所述双传感器联合探测器主体内用于检测环境中高量程可燃气体及蒸汽浓度的催化燃烧式气体传感器，以及设于所述双传感器联合探测器主体内并设有AD采样口和比较器的单片机，所述单片机通过其AD采样口分别与所述半导体气体传感器和所述催化燃烧式气体传感器连接，所述单片机与所述液晶操控面板连接，所述液晶操控面板实现操作员与单片机之间的人机交互、以及检测参数的显示。
进一步地，所述半导体气体传感器和所述催化燃烧式气体传感器在所述单片机的控制下对环境中可燃气体及蒸汽进行交叉检测。
用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器的探测方法，包括以下步骤：
步骤1、单片机给出半导体气体传感器起始检测信号，半导体气体传感器开始对环境中气体进行可燃气体及蒸汽浓度检测，得到可燃气体及蒸汽浓度C1，并将所检测到的可燃气体及蒸汽浓度C1传送至单片机；
步骤2、单片机设置有浓度阀值C，单片机将接收到的可燃气体及蒸汽浓度C1与浓度阀值C进行比较，若C1小于C，则将该可燃气体及蒸汽浓度C1做为最终检测结果外输至液晶操控面板，同时循环步骤1和步骤2；若可燃气体及蒸汽浓度C1大于浓度阀值C，则执行下一步；
步骤3、单片机给出催化燃烧式气体传感器检测信号，催化燃烧式气体传感器开始对环境中气体进行可燃气体及蒸汽浓度检测，得到可燃气体及蒸汽浓度C2，并将所检测到的可燃气体及蒸汽浓度C2传送至单片机；
步骤4、单片机将接收到的可燃气体及蒸汽浓度C2与浓度阀值C进行比较，若C2大于C，则将该可燃气体及蒸汽浓度C2做为最终检测结果外输至液晶操控面板，同时循环步骤3和步骤4；若可燃气体及蒸汽浓度C2小于浓度阀值C，则执行步骤1。
进一步地，在所述步骤1中，在半导体气体传感器开始对环境中气体进行可燃气体及蒸汽浓度检测时，若双传感器联合检测装置的液晶操控面板显示E02，则表示半导体气体传感器故障，探测检测终止。
进一步地，在所述步骤3中，在催化燃烧式气体传感器开始对环境中气体进行可燃气体及蒸汽浓度检测时，若双传感器联合检测装置的液晶操控面板显示E02，则表示催化燃烧式气体传感器故障，探测检测终止。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，可实现探测器故障检测，延长使用寿命，充分发挥半导体气体传感器和催化燃烧式气体传感器的优点，从而大大降低用户的维护成本。采用双传感器联合交叉检测，两种传感器交替使用，使之都工作在最优浓度检测范围内，可以延长探测器使用时间，同时增加故障检测功能，实现智能监控，大大降低用户的维护成本。使用本探测方法可解决探测器输出线性度，同时可延长探测器5-8年的使用寿命。
附图说明
图1为本发明用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器的工作原理示意图。
图2为本发明探测方法的流程框图。
图3为本发明半导体气体传感器信号处理电路的电路原理图。
图4为本发明催化燃烧式气体传感器信号处理电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1、3、4所示，本发明提供的用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器，包括设液晶操控面板的双传感器联合探测器主体，设于所述双传感器联合探测器主体内用于检测环境中低量程可燃气体及蒸汽浓度的半导体气体传感器，设于所述双传感器联合探测器主体内用于检测环境中高量程可燃气体及蒸汽浓度的催化燃烧式气体传感器，以及设于所述双传感器联合探测器主体内并设有AD采样口和比较器的单片机，所述单片机通过其AD采样口分别与所述半导体气体传感器和所述催化燃烧式气体传感器连接，所述单片机与所述液晶操控面板连接，所述液晶操控面板实现操作员与单片机之间的人机交互、以及检测参数的显示。所述半导体气体传感器和所述催化燃烧式气体传感器在所述单片机的控制下对环境中可燃气体及蒸汽进行交叉检测。
如图2所示，本发明提供的用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器的探测方法，包括以下步骤：
步骤1、单片机给出半导体气体传感器起始检测信号，半导体气体传感器开始对环境中气体进行可燃气体及蒸汽浓度检测，得到可燃气体及蒸汽浓度C1，并将所检测到的可燃气体及蒸汽浓度C1传送至单片机；过程中，若双传感器联合检测装置的液晶操控面板显示E02，则表示半导体气体传感器故障，探测检测终止。
步骤2、单片机设置有浓度阀值C，单片机将接收到的可燃气体及蒸汽浓度C1与浓度阀值C进行比较，若C1小于C，则将该可燃气体及蒸汽浓度C1做为最终检测结果外输至液晶操控面板，同时循环步骤1和步骤2；若可燃气体及蒸汽浓度C1大于浓度阀值C，则执行步骤3。
步骤3、单片机给出催化燃烧式气体传感器检测信号，催化燃烧式气体传感器开始对环境中气体进行可燃气体及蒸汽浓度检测，得到可燃气体及蒸汽浓度C2，并将所检测到的可燃气体及蒸汽浓度C2传送至单片机；过程中，若双传感器联合检测装置的液晶操控面板显示E02，则表示催化燃烧式气体传感器故障，探测检测终止。
步骤4、单片机将接收到的可燃气体及蒸汽浓度C2与浓度阀值C进行比较，若C2大于C，则将该可燃气体及蒸汽浓度C2做为最终检测结果外输至液晶操控面板，同时循环步骤3和步骤4；若可燃气体及蒸汽浓度C2小于浓度阀值C，则执行步骤1。
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，可实现探测器故障检测，延长使用寿命，充分发挥半导体气体传感器和催化燃烧式气体传感器的优点，从而大大降低用户的维护成本。采用双传感器联合交叉检测，两种传感器交替使用，使之都工作在最优浓度检测范围内，可以延长探测器使用时间，同时增加故障检测功能，实现智能监控，大大降低用户的维护成本。使用本探测方法可解决探测器输出线性度，同时可延长探测器5-8年的使用寿命。
本发明采用半导体气体传感器和催化燃烧式气体传感器交叉使用检测可燃气体及蒸汽。半导气体传感器用于检测低量程可燃气体及蒸汽，并作为启动催化燃烧式气体传感器浓度显示依据，当环境中的可燃气体及蒸汽浓度超过半导体气体传感器检测的阈值时，启动催化燃烧式气体传感器电压输出并计算浓度，作为探测器最终浓度输出。如果启动催化燃烧式气体传感器，探测器显示E02故障状态，则催化传感器已经中毒或已达到寿命使用年限；如果启动半导体气体传感器探测器显示E02故障状态，则半导体气体传感器已经中毒或已达到寿命使用年限。该联合检测技术方案，可实现探测器故障检测，延长使用寿命，充分发挥半导体气体传感器和催化燃烧式气体传感器的优点，从而大大降低用户的维护成本。
本发明半导体气体传感器工作原理是当环境中存在可燃气体及蒸汽时，传感器的电导率随空气中可燃气体及蒸汽浓度的增加而增大，在输出端加上负载电阻，通过测试电阻两端电压变化来判断环境中是否含有可燃气体及蒸汽。而催化燃烧式气体传感器根据催化燃烧效应的原理，结合惠斯通电桥结构，由检测元件和补偿元件配对组成电桥的一个臂，当环境中泄露出可燃气体及蒸汽时，检测元件电阻升高，电桥失去平衡，桥路输出电压变化，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大，而补偿元件起参比及温湿度补偿作用。
本发明半导体气体传感器工作时需要对其加热端和工作端电压进行监控用于判断传感器是否处于正常状态，因此AD_STATE输出电压用于判断传感器加热是否完好，AD_SIGNAL输出电压用于判断是否启动催化燃烧式气体传感器电压输出，如果半导体气体传感器输出电压(浓度)大于或等于设定阈值C，则通过单片机AD控制启动催化燃烧式气体传感器，否则将半导体气体传感器输出作为探测器输出；如果探测器显示E02，则表明催化燃烧式气体传感器故障，否则将催化传感器的输出作为探测器输出；如果探测器输出电压(浓度)大于或等于设定阈值C，则催化传感器继续检测环境中气体浓度，否则启动半导体气体传感器；如果探测器显示E02，则半导体气体传感器故障，否则半导体气体传感器检测环境中可燃气体或蒸汽浓度，并作为探测器浓度输出，后续检测依次循环，如图2所示。
本发明半导体气体传感器连接有半导体气体传感器信号处理电路，半导体气体传感器信号处理电路的电路原理如图3所示，半导体气体传感器信号处理电路的AD_STATE端和AD_SIGNAL端分别与单片机的AD采样口连接。
本发明催化燃烧式气体传感器连接有催化燃烧式气体传感器信号处理电路，催化燃烧式气体传感器信号处理电路的电路原理如图4所示，催化燃烧式气体传感器信号处理电路的催化信号输出端AD_SIGNAL与单片机的AD采样口连接。
本发明半导体AD_STATE端、AD_SIGNAL端以及催化信号输出端AD_SIGNAL分别连接单片机的AD采样口，通过单片机控制以及算法处理，将电压信号转换成浓度上传到探测器显示器。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器，其特征在于，包括设液晶操控面板的双传感器联合探测器主体，设于所述双传感器联合探测器主体内用于检测环境中低量程可燃气体及蒸汽浓度的半导体气体传感器，设于所述双传感器联合探测器主体内用于检测环境中高量程可燃气体及蒸汽浓度的催化燃烧式气体传感器，以及设于所述双传感器联合探测器主体内并设有AD采样口和比较器的单片机，所述单片机通过其AD采样口分别与所述半导体气体传感器和所述催化燃烧式气体传感器连接，所述单片机与所述液晶操控面板连接，所述液晶操控面板实现操作员与单片机之间的人机交互、以及检测参数的显示。
2.根据权利要求1所述的用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器，其特征在于，所述半导体气体传感器和所述催化燃烧式气体传感器在所述单片机的控制下对环境中可燃气体及蒸汽进行交叉检测。
3.权利要求1或2所述用于检测可燃气体及蒸汽的双传感器联合探测器的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、单片机给出半导体气体传感器起始检测信号，半导体气体传感器开始对环境中气体进行可燃气体及蒸汽浓度检测，得到可燃气体及蒸汽浓度C1，并将所检测到的可燃气体及蒸汽浓度C1传送至单片机；
步骤2、单片机设置有浓度阀值C，单片机将接收到的可燃气体及蒸汽浓度C1与浓度阀值C进行比较，若C1小于C，则将该可燃气体及蒸汽浓度C1做为最终检测结果外输至液晶操控面板，同时循环步骤1和步骤2；若可燃气体及蒸汽浓度C1大于浓度阀值C，则执行下一步；
步骤3、单片机给出催化燃烧式气体传感器检测信号，催化燃烧式气体传感器开始对环境中气体进行可燃气体及蒸汽浓度检测，得到可燃气体及蒸汽浓度C2，并将所检测到的可燃气体及蒸汽浓度C2传送至单片机；
步骤4、单片机将接收到的可燃气体及蒸汽浓度C2与浓度阀值C进行比较，若C2大于C，则将该可燃气体及蒸汽浓度C2做为最终检测结果外输至液晶操控面板，同时循环步骤3和步骤4；若可燃气体及蒸汽浓度C2小于浓度阀值C，则执行步骤1。
4.根据权利要求3所述的探测方法，其特征在于，在所述步骤1中，在半导体气体传感器开始对环境中气体进行可燃气体及蒸汽浓度检测时，若双传感器联合检测装置的液晶操控面板显示E02，则表示半导体气体传感器故障，探测检测终止。
5.根据权利要求4所述的探测方法，其特征在于，在所述步骤3中，在催化燃烧式气体传感器开始对环境中气体进行可燃气体及蒸汽浓度检测时，若双传感器联合检测装置的液晶操控面板显示E02，则表示催化燃烧式气体传感器故障，探测检测终止。
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