氫氣檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測領(lǐng)域，具體涉及氫氣檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氫氣是世界上己知的最輕的氣體，無色無味且不易容于水，在常溫下，氫氣的化學(xué)性質(zhì)是穩(wěn)定的，但是在點燃或加熱的條件下，氫氣很容易和多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)過程中有大量熱放出，是相同條件下汽油的三倍?？諝饫锘烊霘錃獾捏w積達(dá)到總體積的4%?74.2%，加熱或點燃時就會發(fā)生爆炸，在加工車間封閉的環(huán)境下，若不能及時檢測出氫氣的存在，一旦發(fā)生意外，就會給公司和員工帶來人身財產(chǎn)的損害。
[0003]現(xiàn)有的檢測氫氣的系統(tǒng)中，通常中使用半導(dǎo)體型氫氣傳感器，在氫氣傳感器表面涂抹一層對氫氣敏感的薄膜材料，當(dāng)氫氣傳感器的表面氧化物吸附氫氣后，導(dǎo)電率將會發(fā)生改變，通過導(dǎo)電率的變化來檢測出氫氣的濃度，其缺點在于檢測性能差、選擇性差、穩(wěn)定性低，受環(huán)境溫度影響大，靈敏度低始終是困擾氫氣檢測系統(tǒng)的主要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種氫氣檢測系統(tǒng)，解決現(xiàn)有氫氣檢測系統(tǒng)存在的靈敏度低的問題。
[0005 ]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述問題:
[0006]氫氣檢測系統(tǒng)，由接收端和至少一個檢測端組成;所述檢測端由氫氣濃度檢測模塊、檢測端微處理器模塊和檢測端無線傳輸模塊組成;所述接收端包括接收端無線傳輸模塊、接收端微處理器模塊和報警模塊；
[0007]所述氫氣濃度檢測模塊的輸出端與檢測端微處理器模塊相連;所述檢測端無線傳輸模塊與檢測端微處理器模塊相連;所述接收端無線傳輸模塊與檢測端無線傳輸模塊相連，所述接收端無線傳輸模塊與接收端微處理器模塊相連;所述報警模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連。
[0008]上述方案中，所述接收端進(jìn)一步包括顯示模塊，所述顯示模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點與效果是:
[0010]1、采用超聲諧振腔傳感器檢測氫氣濃度，利用氫氣進(jìn)入諧振腔，利用聲波傳導(dǎo)速度發(fā)生變化導(dǎo)致諧振頻率的變化的特性，獲取氫氣濃度，靈敏度高；
[0011]2、在各檢測端和接收端設(shè)置無線傳輸模塊，實現(xiàn)氫氣的遙測，能實現(xiàn)多地點的氫氣檢測。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。
[0014]氫氣檢測系統(tǒng)，由接收端和至少一個檢測端組成;檢測端由氫氣濃度檢測模塊、檢測端微處理器模塊和檢測端無線傳輸模塊組成;接收端由接收端無線傳輸模塊、接收端微處理器模塊、報警模塊和顯示模塊組成;氫氣濃度檢測模塊的輸出端與檢測端微處理器模塊相連;檢測端無線傳輸模塊與檢測端微處理器模塊相連;接收端無線傳輸模塊與檢測端無線傳輸模塊相連，接收端無線傳輸模塊與接收端微處理器模塊相連;報警模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連;顯示模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連，如圖1所示。
[0015]不同氣體有著不同的分子量，因此，不同氣體在聲波傳遞速度和質(zhì)量密度上有所不同，一般來說分子量比較小的氣體反而具有較高的聲速。氫氣濃度檢測模塊為超聲諧振腔傳感器，超聲諧振腔傳感器上兩個圓片型的壓電薄片分別放置在一個圓柱型小空腔內(nèi)部的上下兩側(cè)，其中電極采用平行場激勵，電極面朝空腔內(nèi)部。其中在圓柱型腔體的側(cè)面分別開有兩個小孔，用于氣體進(jìn)出，并保持諧振腔內(nèi)的氣體壓強(qiáng)恒定。一個壓電薄層在提供的一定振幅和頻率的交流電壓信號下產(chǎn)生振動，迫使腔體中的空氣開始振動。振動中，空氣會處于持續(xù)的聲波諧振狀態(tài)，空腔另一端的第二個壓電元件作為感應(yīng)元件，監(jiān)測諧振頻率的變化。在超聲諧振傳感器中，一旦有氫氣進(jìn)入諧振腔，聲波傳導(dǎo)速度發(fā)生變化，就會在激勵與接收信號之間產(chǎn)生相移，使諧振頻率發(fā)生改變通過測量器件的諧振頻率可以得到氫氣濃度的變化。多數(shù)壓電片均制成圓片形，從換能的角度考慮，壓電材料的壓電耦合系數(shù)要高，則能量轉(zhuǎn)換效率高，能量損失少;與傳感器設(shè)計密切相關(guān)的參數(shù)是壓電材料的溫度系數(shù)。壓電材料的溫度系數(shù)小，頻率的溫漂小，消除了由于環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生的測量誤差，進(jìn)而保持高的頻率穩(wěn)定性和靈敏度。
[0016]檢測端微處理器模塊和接收端微處理器模塊選用高性能、大容量、微型化、低功耗、低成本的處理器，用于測量氫氣濃度的石英傳感晶振的振蕩頻率較高，為10MHz，可借助D觸發(fā)器產(chǎn)生頻率信號和參考頻率信號的差值頻率，低頻率的信號可直接由處理器測量。
[0017]綜合無線收發(fā)芯片在通信距離、通信可靠性、功耗和抗干擾能力方面的要求以及考慮到整個系統(tǒng)的成本，本發(fā)明的檢測端無線傳輸模塊和接收端無線傳輸模塊選用nRF401無線收發(fā)芯片。nRF401是一個工作在433MHz ISM頻段的無線收發(fā)芯片，它采用的是FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)。天線接□設(shè)計為差分天線，選用成本較低的PCB天線。其中PWR.UP管腳為間歇供電，占空比2%，周期200ms，nRF401在待機(jī)模式下工作電壓很低。nRF401中的鎖相環(huán)電路包括一個鑒相器、一個鑒頻器、一個外部環(huán)路濾波器和一個壓控振蕩器。nRF401使用了改進(jìn)的colpitts振蕩器結(jié)構(gòu)和一個外部諧振電路。內(nèi)部偏置電流網(wǎng)絡(luò)調(diào)整VCO的信號幅度，外部諧振槽路具有很寬的Q值范圍。nRF401的外圍電路很簡單，包括天線匹配網(wǎng)絡(luò)和瑣相環(huán)電路。
[0018]報警模塊采用語音芯片，采用PM50語音芯片來驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲，用PM50語音芯片的HVM輸出模式直接來驅(qū)動8Q，0.5W的揚(yáng)聲器，具有使用簡便、使用壽命長、FLASHRAM結(jié)構(gòu)，可以反復(fù)擦寫錄入，壽命在I萬次以上、工作電壓3—6V，靜態(tài)電流luA，工作電流50mA、直接驅(qū)動8歐姆0.5W的喇叭、語音錄制可分I8段或128段、自定義端口、自帶可以功能自定的八個輸入端口，九個輸出端口、支持在線編程、外圍電路簡單、只需一個振蕩電阻和一個電源濾波電容就可以讓其工作。
[0019]接收端微處理器模塊將接收到的氫氣濃度碼轉(zhuǎn)換成對應(yīng)濃度后，在顯示模塊顯示，顯示模塊為液晶顯示屏。TS1620液晶顯示芯片，它有兩個8位寄存器:指令寄存器與數(shù)據(jù)寄存器，指令寄存器積存清除顯示、光標(biāo)移位等命令的指令碼，也可寄存DDRAM和字符發(fā)生器RAM的地址，單片機(jī)向LCD寫數(shù)據(jù)時，寫入的數(shù)據(jù)首先寄存在DR中，數(shù)據(jù)傳送在單片機(jī)執(zhí)行讀DR內(nèi)容指令后完成。TS1620具有一個忙信號標(biāo)志位，當(dāng)BF置為1時，LCD正在進(jìn)行內(nèi)部操作，不會接受任何命令。
[0020]本發(fā)明的工作過程為:在各檢測端，當(dāng)有氫氣進(jìn)入被測環(huán)境時，由超聲諧振腔傳感器將檢測濃度以頻率變化的形式輸出至檢測端微處理器模塊，檢測端微處理器模塊運(yùn)用現(xiàn)有的解碼技術(shù)將頻率解碼成濃度，并輸入至檢測端無線傳輸模塊，在接收端微處理器模塊的控制下，接收端無線傳輸模塊接收濃度信號，并通過顯示模塊顯示出濃度，并在濃度超過預(yù)設(shè)閾值時，啟動報警模塊。
【主權(quán)項】
1.氫氣檢測系統(tǒng)，其特征在于: 由接收端和至少一個檢測端組成;所述檢測端由氫氣濃度檢測模塊、檢測端微處理器模塊和檢測端無線傳輸模塊組成;所述接收端包括接收端無線傳輸模塊、接收端微處理器模塊和報警模塊； 所述氫氣濃度檢測模塊的輸出端與檢測端微處理器模塊相連;所述檢測端無線傳輸模塊與檢測端微處理器模塊相連;所述接收端無線傳輸模塊與檢測端無線傳輸模塊相連，所述接收端無線傳輸模塊與接收端微處理器模塊相連;所述報警模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1氫氣檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述接收端進(jìn)一步包括顯示模塊，所述顯示模塊的輸入端與接收端微處理器模塊相連。
【專利摘要】本發(fā)明公開了氫氣檢測系統(tǒng)，采用超聲諧振腔傳感器檢測氫氣濃度，利用氫氣進(jìn)入諧振腔，利用聲波傳導(dǎo)速度發(fā)生變化導(dǎo)致諧振頻率的變化的特性，獲取氫氣濃度，靈敏度高；在各檢測端和接收端設(shè)置無線傳輸模塊，實現(xiàn)氫氣的遙測，能實現(xiàn)多地點的氫氣檢測。
【IPC分類】G01N29/036
【公開號】CN105445367
【申請?zhí)枴緾N201511021770
【發(fā)明人】秦年科, 李勇昌, 鄒鋒, 蔣振榮, 王常毅, 鄒波
【申請人】桂林斯壯微電子有限責(zé)任公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月30日