專利名稱：：一種智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)裝置及方法，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的氣體傳感器及其更換和檢修，屬于智能型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，隨著自動(dòng)化資本投資的增加、能源需求上升、設(shè)備利用率的提高，配備有微處理器的儀表設(shè)備——智能型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲得了廣泛應(yīng)用。但是，如何確保這些能夠自動(dòng)適應(yīng)工況變化的智能設(shè)備保持在安全的條件下運(yùn)行，那就是健康智能化預(yù)測(cè)技術(shù)所探究的內(nèi)容。多年來，許多安全設(shè)備生產(chǎn)廠家都開發(fā)了能通知設(shè)備操作者設(shè)備即將發(fā)生故障的儀表，例如對(duì)催化傳感器剩余壽命的指示。近年來隨著數(shù)字通訊協(xié)議技術(shù)的發(fā)展，操作者能夠更有效地使用智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)時(shí)獲得測(cè)量數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)趨勢(shì)進(jìn)行分析，也可輸入設(shè)備管理程序，以獲得最佳維護(hù)周期方面的更好的信息。預(yù)測(cè)維護(hù)的核心是智能診斷，針對(duì)各種不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其智能診斷的方法和裝置也大相徑庭。現(xiàn)有技術(shù)中，用于監(jiān)測(cè)可燃?xì)怏w、蒸汽等的狀態(tài)的氣體傳感器應(yīng)用很廣，其中包括以微處理器為基礎(chǔ)的智能氣體傳感器，但直至目前，氣體傳感器的剩余壽命的預(yù)測(cè)和更換周期的確定，還沒有合適的方法和裝置可供使用。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)裝置及方法。采用的技術(shù)方案如下一種智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)裝置，包括傳感信號(hào)提取單元、信號(hào)處理與放大單元、滿量程調(diào)整單元、剩余壽命測(cè)定單元；傳感信號(hào)提取單元與信號(hào)處理與放大單元相連接，信號(hào)處理與放大單元與滿量程調(diào)整單元相連接，滿量程調(diào)整單元與剩余壽命測(cè)定單元電連接或通信連接。優(yōu)選地，傳感信號(hào)提取單元包括傳感信號(hào)輸入端口和電橋測(cè)量電路；電橋測(cè)量電路為包括兩對(duì)電阻的惠斯頓電橋測(cè)量電路，其中一對(duì)電阻的阻值相等，另一對(duì)電阻的阻值大致相同，且其中一電阻的阻值可作適當(dāng)調(diào)整。優(yōu)選地，信號(hào)處理與放大單元采用以精密儀用放大器為主體的差分放大電路，其信號(hào)輸入的兩端分別接到傳感信號(hào)提取單元的兩輸出端，精密儀用放大器為INA129。優(yōu)選地，滿量程調(diào)整單元采用數(shù)字電位器；其形成的有效電阻與信號(hào)處理與放大單元中的增益電阻并聯(lián)，數(shù)字電位器為AD5162BRZ10。優(yōu)選地，剩余壽命測(cè)定單元包括微處理器和寄存器，其根據(jù)滿量程調(diào)整單元的調(diào)節(jié)情況進(jìn)行計(jì)算，并得出氣體傳感器的剩余壽命。優(yōu)選地，該預(yù)測(cè)裝置既能與氣體傳感器一體形成，也能以獨(dú)立的方式存在。采用上述的預(yù)測(cè)裝置進(jìn)行的智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟先區(qū)分該氣體傳感器的探頭是否為新探頭，若是，執(zhí)行下面的步驟l;反之，執(zhí)行下面的步驟2;步驟1:向傳感探頭通入標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)氣體；調(diào)整滿量程調(diào)整單元，改變信號(hào)處理與放大單元的輸出電壓；持續(xù)滿量程調(diào)整單元，直至信號(hào)處理與放大單元的輸出電壓達(dá)到滿量程；記錄此時(shí)滿量程調(diào)整單元的調(diào)整情況；步驟2:向傳感探頭通入標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)氣體；調(diào)整滿量程調(diào)整單元，改變信號(hào)處理與放大單元的輸出電壓；持續(xù)滿量程調(diào)整單元，直至信號(hào)處理與放大單元的輸出電壓達(dá)到滿量程；記錄此時(shí)滿量程調(diào)整單元的調(diào)整情況；將得到的該舊探頭的滿量程調(diào)整單元的調(diào)整情況與預(yù)先記錄的新探頭的滿量程調(diào)整單元的調(diào)整情況進(jìn)行運(yùn)算比較；根據(jù)運(yùn)算比較的結(jié)果，得出該舊探頭與新探頭的對(duì)比關(guān)系，即該舊傳感器剩余的使用壽命。優(yōu)選地，調(diào)整滿量程調(diào)整單元是調(diào)整滿量程調(diào)整單元中的數(shù)字電位器的SPI接口設(shè)定值；記錄滿量程調(diào)整單元的調(diào)整情況是保存探頭的SPI接口設(shè)定值。優(yōu)選地，將得到的該舊探頭的滿量程調(diào)整單元的調(diào)整情況與寄存器中保存的新探頭的滿量程調(diào)整單元的調(diào)整情況進(jìn)行運(yùn)算比較是指，將得到的舊探頭的SPI接口設(shè)定值與預(yù)先記錄的新探頭的SPI接口設(shè)定值進(jìn)行除法運(yùn)算。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，在氣體傳感器的使用壽命不足而可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)生意外的異常情況發(fā)生之前，就實(shí)時(shí)預(yù)告工作人員該傳感器的使用壽命乃至發(fā)出警示，其顛覆了傳統(tǒng)的氣體傳感器的日常維護(hù)，可大大節(jié)省維護(hù)人員被動(dòng)的維工作和維護(hù)費(fèi)用。圖1本發(fā)明剩余壽命預(yù)測(cè)裝置的方框圖2為本發(fā)明剩余壽命預(yù)測(cè)裝置的硬件示意圖3為本發(fā)明剩余壽命預(yù)測(cè)裝置的硬件電路原理圖4為本發(fā)明所采用方法的流程框符號(hào)說明1傳感信號(hào)提取單元2信號(hào)處理與放大單元3滿量程調(diào)整單元4剩余壽命測(cè)定單元具體實(shí)施例方式如圖1所示，為一種智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)裝置。其中包括傳感信號(hào)提取單元l、信號(hào)處理與放大單元2、滿量程調(diào)整單元3、剩余壽命測(cè)定單元4等。傳感信號(hào)提取單元1與信號(hào)處理與放大單元2相連接，信號(hào)處理與放大單元2與滿量程調(diào)整單元3相連接，滿量程調(diào)整單元3與剩余壽命測(cè)定單元4電連接或通信連接。該預(yù)測(cè)裝置還可以包括剩余壽命指示單元(圖中未示出)，與剩余壽命測(cè)定單元4直接相連接、或者剩余壽命測(cè)定單元4經(jīng)過適當(dāng)處理電路后再與之相連接，用于對(duì)該智能氣體傳感器的剩余壽命進(jìn)行指示或提示，例如可以是顯示裝置、聲光提示裝置、語音裝置等。這類指示裝置在現(xiàn)有技術(shù)中很常見，在此不再贅述。如圖2所示，為本發(fā)明剩余壽命預(yù)測(cè)裝置的硬件示意圖。其中，傳感信號(hào)提取單元1采用電橋測(cè)量電路，例如惠斯頓電橋測(cè)量電路；信號(hào)處理與放大單元2采用以精密儀用放大器為主體的差分放大電路；滿量程調(diào)整單元3采用電位器，用于對(duì)差分放大電路的增益(亦即放大倍數(shù))進(jìn)行調(diào)整，以使差分放大電路的輸出可被調(diào)節(jié)到一定值；剩余壽命測(cè)定單元4(圖中未示出)包括微處理器和寄存器，其功能可通過微處理器結(jié)合軟件設(shè)置的方法來實(shí)現(xiàn)，用于根據(jù)電位器的調(diào)節(jié)位置進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，并得出該智能氣體傳感器的剩余壽命。如圖3所示，為本發(fā)明剩余壽命預(yù)測(cè)裝置的硬件電路圖。其中，傳感信號(hào)提取單元1包含有傳感信號(hào)輸入端口WHT、RED和BLK、以及主要由電阻R2、R6、R9、R10組成的惠斯頓電橋測(cè)量電路，其中R2和R6阻值相等，例如是3.57k，R9與10阻值大致相同，且R10阻值可作適當(dāng)調(diào)整；信號(hào)處理與放大單元2中的精密儀用放大器采用德州儀器的INA129芯片，其信號(hào)輸入的兩端分別接到傳感信號(hào)提取單元1的兩輸出端，增益電阻采用電阻R5，例如是15k;滿量程調(diào)整單元3采用數(shù)字電位器AD5162BRZ10，其連接方式見圖3，有效電阻(3、9腳之間)與精密儀用放大器的增益電阻R5并聯(lián)，從而通過軟件對(duì)數(shù)字電位器AD5162BRZ10的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)精密儀用放大器的增益的調(diào)節(jié)；剩余壽命測(cè)定單元4可通過微處理器結(jié)合軟件設(shè)置的方法來實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)方法在下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明。實(shí)施例1一種智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)裝置采用圖1的架構(gòu)、圖2的硬件以及圖3的詳細(xì)電路來構(gòu)成，運(yùn)行在某種氣體傳感器上，對(duì)于該傳感器進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，得出該傳感器的剩余壽命。其預(yù)測(cè)方法如圖4所示如果該氣體傳感器為新傳感器，傳感探頭為新探頭，則第l步向傳感探頭通入標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)氣體。由于此時(shí)的傳感器為全新的合格傳感器，因此傳感信號(hào)提取單元1從傳感信號(hào)輸入端口WHT、RED和BLK獲得額定的輸入信號(hào)，兩輸出端應(yīng)為一額定值，例如是100mV(如果有偏差，可通過可調(diào)電阻R10進(jìn)行調(diào)整)，該100mV差分信號(hào)輸入到信號(hào)處理與放大單元2中的精密儀用放大器INA129的輸入端，在INA129輸出端產(chǎn)生一輸出電壓。第2步調(diào)整數(shù)字電位器的SPI接口設(shè)定值，改變信號(hào)處理與放大單元2的輸出電壓。如果校驗(yàn)者希望信號(hào)處理與放大單元2的輸出電壓為AD參考電壓的滿量程，例如為4.1V，由于此時(shí)INA129的差分輸入為100mV，則INA129的放大倍數(shù)應(yīng)調(diào)整為G=4.1X1000/100=41，而根據(jù)其電路特性，G=l+49.4k/(R//15k)，其中R為數(shù)字電位器AD5162BRZ10的等效電阻(3、9腳之間)，因此，操作者可以通過調(diào)節(jié)數(shù)字電位器AD5162BRZ10，改變INA129的增益，從而使得INA129的輸出電壓達(dá)到要求值。第3步持續(xù)調(diào)整數(shù)字電位器的SPI接口設(shè)定值，直至AD滿量程輸出(用AD滿量程來表示剩余壽命為100%)。第4步保存此時(shí)該新探頭的SPI接口設(shè)定值到寄存器(即記錄下剩余壽命為100%時(shí)的SPI接口設(shè)定值)。實(shí)施例2如果該氣體傳感器為使用過的舊傳感器，傳感探頭為使用過的舊探頭，則第1步向舊探頭通入標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)氣體。傳感信號(hào)提取單元1從傳感信號(hào)輸入端口WHT、RED和BLK獲得額定的輸入信號(hào)，由于此時(shí)的傳感器為舊傳感器，兩輸出端的輸出值則不是原來的額定值，例如是80mV，該80mV差分信號(hào)輸入到信號(hào)處理與放大單元2中的精密儀用放大器INA129的輸入端，在INA129輸出端產(chǎn)生一輸出電壓。第2步調(diào)整數(shù)字電位器的SPI接口設(shè)定值，改變信號(hào)處理與放大單元2的輸出電壓。如果校驗(yàn)者希望信號(hào)處理與放大單元2的輸出電壓為AD參考電壓的滿量程，例如為4.1V，由于此時(shí)INA129的差分輸入例如為80mV，則INA129的放大倍數(shù)應(yīng)調(diào)整為G=4.1X1000/80=51.25，而根據(jù)其電路特性，G=l+49.4k/(R'〃15k)，其中R'為數(shù)字電位器AD5162BRZ10此時(shí)的等效電阻(3、9腳之間)(很顯然，R和R，阻值并不相等)，因此，操作者可以通過調(diào)節(jié)數(shù)字電位器AD5162BRZ10，改變INA129的增益，從而使得INA129的輸出電壓達(dá)到要求值。第3步持續(xù)調(diào)整數(shù)字電位器的SPI接口設(shè)定值，直至AD滿量程輸出(由于R和R'阻值并不相等，因此此時(shí)的舊探頭的SPI接口設(shè)定值并不等于寄存器中保存的新探頭的SPI接口設(shè)定值)。第4步將得到的舊探頭的SPI接口設(shè)定值與寄存器中保存的新探頭的SPI接口設(shè)定值進(jìn)行除法運(yùn)算。第5步根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果得到的比例值，得出該舊探頭與新探頭的對(duì)比關(guān)系，亦即該舊傳感器剩余的使用壽命。下表以示例的方式列舉了數(shù)字電位器的輸入輸出關(guān)系，其實(shí)質(zhì)上體現(xiàn)了兩次SPI接口設(shè)定值的商與壽命百分比的對(duì)應(yīng)關(guān)系。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>需要指出的是，SPI作為一種四線同步串行通信接口，MCU可通過SPI接口將設(shè)定值傳輸給數(shù)字電位器，控制電位器的輸出電阻，本文中所提及的SPI接口設(shè)定值，均是指在數(shù)字電位器中根據(jù)其SPI接口得到的設(shè)定值，其與數(shù)字電位器此時(shí)的有效電阻相對(duì)應(yīng)，實(shí)質(zhì)上反映了此時(shí)數(shù)字電位器的有效電阻值；本文在兩個(gè)實(shí)施例中所提及的標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)氣體，是指相同數(shù)量和性質(zhì)的校驗(yàn)氣體，其數(shù)量和性質(zhì)也可根據(jù)需要而定。前面的實(shí)施例中，傳感信號(hào)提取單元采用惠斯頓電橋測(cè)量電路，但本發(fā)明中的傳感信號(hào)提取單元并不局限于此，還可以采用其它的測(cè)量電路來實(shí)現(xiàn)，如敏感電阻、電偶等。前面的實(shí)施例中，信號(hào)處理與放大單元采用以精密儀用放大器為主體的差分放大電路，但本發(fā)明中的信號(hào)處理與放大單元并不局限于此，還可以采用其它的放大電路來實(shí)現(xiàn)，如其它高精度的運(yùn)算放大器。前面的實(shí)施例中，滿量程調(diào)整單元3采用數(shù)字電位器，但本發(fā)明中的滿量程調(diào)整單元3并不局限于此，還可采用其它的電阻調(diào)整件來實(shí)現(xiàn)，如可調(diào)電阻，通過將新探頭標(biāo)定時(shí)所調(diào)的電阻位標(biāo)為剩余壽命為100%，與實(shí)施例不同的是，操作者在對(duì)舊探頭進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，可通過所調(diào)整的電阻R的物理圈數(shù)來計(jì)算調(diào)整過的增益電阻值，從而計(jì)算該舊傳感器的剩余壽命。前面的實(shí)施例中，對(duì)該預(yù)測(cè)裝置的部分元器件的型號(hào)進(jìn)行了示例說明，但本發(fā)明中的各元器件并不局限于此，還可采用其它型號(hào)的元器件來實(shí)現(xiàn)。上面以舉例方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述具體實(shí)施例，凡基于本發(fā)明所做的任何改動(dòng)或變型均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。權(quán)利要求1.一種智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)裝置，其特征在于包括傳感信號(hào)提取單元(1)、信號(hào)處理與放大單元(2)、滿量程調(diào)整單元(3)、剩余壽命測(cè)定單元(4)；所述傳感信號(hào)提取單元(1)與信號(hào)處理與放大單元(2)相連接，信號(hào)處理與放大單元(2)與滿量程調(diào)整單元(3)相連接，滿量程調(diào)整單元(3)與剩余壽命測(cè)定單元(4)電連接或通信連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述傳感信號(hào)提取單元(1)包括傳感信號(hào)輸入端口和電橋測(cè)量電路；所述電橋測(cè)量電路為包括兩對(duì)電阻的惠斯頓電橋測(cè)量電路，其中一對(duì)電阻的阻值相等，另一對(duì)電阻的阻值大致相同，且其中一個(gè)電阻的阻值可作適當(dāng)調(diào)整。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理與放大單元(2)采用以精密儀用放大器為主體的差分放大電路，其信號(hào)輸入的兩端分別接到傳感信號(hào)提取單元(1)的兩輸出端。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述精密儀用放大器為INA129。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述滿量程調(diào)整單元(3)采用數(shù)字電位器；其形成的有效電阻與信號(hào)處理與放大單元(2)中的增益電阻并聯(lián)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于；所述數(shù)字電位器為AD5162BRZ10。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述剩余壽命測(cè)定單元(4)包括微處理器和寄存器，其根據(jù)滿量程調(diào)整單元(3)的調(diào)節(jié)情況進(jìn)行計(jì)算，并得出氣體傳感器的剩余壽命。8.—種采用如權(quán)利要求l-7所述的預(yù)測(cè)裝置進(jìn)行的智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟先區(qū)分該氣體傳感器的探頭是否為新探頭，若是，執(zhí)行下面的步驟l;反之，執(zhí)行下面的步驟2;步驟l:1.1向傳感探頭通入標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)氣體；1.2調(diào)整滿量程調(diào)整單元(3)，改變信號(hào)處理與放大單元(2)的輸出電壓；1.3持續(xù)調(diào)整滿量程調(diào)整單元(3)，直至信號(hào)處理與放大單元(2)的輸出電壓達(dá)到滿量程；1.4記錄此時(shí)滿量程調(diào)整單元(3)的調(diào)整情況；步驟2:2.1向傳感探頭通入標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)氣體；2.2調(diào)整滿量程調(diào)整單元(3),改變信號(hào)處理與放大單元(2)的輸出電壓；2.3持續(xù)調(diào)整滿量程調(diào)整單元(3)，直至信號(hào)處理與放大單元(2)的輸出電壓達(dá)到滿量程；2.4記錄此時(shí)滿量程調(diào)整單元(3)的調(diào)整情況；2.5將得到的該舊探頭的滿量程調(diào)整單元(3)的調(diào)整情況與預(yù)先記錄的新探頭的滿量程調(diào)整單元(3)的調(diào)整情況進(jìn)行運(yùn)算比較；2.6根據(jù)運(yùn)算比較的結(jié)果，得出該舊探頭與新探頭的對(duì)比關(guān)系，即該舊探頭對(duì)應(yīng)的該舊傳感器剩余的使用壽命。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述的調(diào)整滿量程調(diào)整單元(3)是調(diào)整滿量程調(diào)整單元(3)中的數(shù)字電位器的SPI接口設(shè)定值；所述的記錄滿量程調(diào)整單元(3)的調(diào)整情況是保存探頭的SPI接口設(shè)定值。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述的將得到的該舊探頭的滿量程調(diào)整單元(3)的調(diào)整情況與預(yù)先記錄的新探頭的滿量程調(diào)整單元(3)的調(diào)整情況進(jìn)行運(yùn)算比較是指，將得到的舊探頭的SPI接口設(shè)定值與寄存器中保存的新探頭的SPI接口設(shè)定值進(jìn)行除法運(yùn)算。全文摘要本發(fā)明涉及智能型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
，特指一種智能氣體傳感器剩余壽命預(yù)測(cè)裝置及方法，可用于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的氣體傳感器的剩余壽命、老化規(guī)律及質(zhì)量分析，從而進(jìn)行適時(shí)維護(hù)管理以免在使用中產(chǎn)生障礙。在每次儀器標(biāo)定時(shí)，通入標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)氣體，該裝置能夠探測(cè)出在輸出滿量程情況下的增益電阻值，并與新探頭的對(duì)應(yīng)增益電阻值相比較，從而獲得探頭乃至傳感器的剩余壽命。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是使用方便、準(zhǔn)確、可靠性高，提高了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)質(zhì)量，應(yīng)用市場(chǎng)大，經(jīng)濟(jì)效益高。文檔編號(hào)G01N27/04GK101666769SQ200910153438公開日2010年3月10日申請(qǐng)日期2009年10月12日優(yōu)先權(quán)日2009年10月12日發(fā)明者張曉明申請(qǐng)人:無錫格林通安全裝備有限公司