用于指示气味源方向的传感器组件的制作方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本实用新型涉及一种气体检测传感器，适用于进行气味源方向的判定和指示气体探测装置。
【背景技术】
[0002]有毒有害气体泄漏会带来巨大的危害，历史上在国内外出现过多次大型有毒有害气体泄漏事故，造成了严重的影响，因此气味源检测，特别是有毒、可燃气体的泄漏源检测在环境监测、大型工厂仓库保安、有毒有害气体泄漏检测、火源检测等方面有着重要意义。
[0003]目前市面上的手持可燃/有毒气体探测仪均是基于简单的浓度检测，在显示屏上用数字的方式显示当前位置的浓度信息{专利CN200810059559.6}，使用者可能需要经过多次试探才能找到气味源的大致方向。总体而言寻找气味源的效率比较低。
[0004]气味源检测的另一个主要的研宄方向是利用机器人进行主动嗅觉查找{孟庆浩，and李飞.〃主动嗅觉研宄现状.〃机器人28.1 (2006):89-96.}。但是一般的移动机器人的体积硕大，移动速度较慢，而且对所处环境的要求较高，在面对复杂的环境和地形时，为了避障，其行进的效率会大大降低。基于上述诸多限制，使得目前的移动机器人主动嗅觉在实际生产生活中的应用范围大大受限。
[0005]Ishida提出了一种气味罗盘来指示气味源方向{Ishida, Hiroshi, TakamichiNakamotoj and Toyosaka Moriizum1."Study of odor compass."Multisensor Fus1nand Integrat1n for Intelligent Systems,1996.1EEE/SICE/RSJ Internat1nalConference on.1EEE, 1996.}，该气味罗盘使用风扇和旋转的挡板来判断气味源的方向，该气味罗盘使用了旋转部件和较多的机械部件，难以做到小型化，同时也存在易老化易损坏的问题。
[0006]主动嗅觉算法中往往需要风向信息，传统做法是使用风向仪。目前市面上使用较多的风向仪有超声波风速风向仪和机械式风向标等。超声波风速风向仪的精度较高，而且无移动部件，但是价格较昂贵，而且体积和重量都比较大，不适宜用在手持设备上。机械式风向标的成本相对较低廉，但是由于其存在旋转机械部件，长期使用时会存在老化、灵敏度降低的问题。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型提供了一种用于便携式气味源方向指示装置的传感器组件，设计了一种将多个气体传感器连通的气室，利用通过综合多个气体传感器测得的浓度信息可以估计出气味源方向，避免了传统气味罗盘中的机械旋转操作。本实用新型的传感器组件必须在有风环境中使用。本实用新型的技术方案如下:
[0008]一种用于指示气味源方向的气体探测装置的传感器组件，包括至少3个气体传感器，所述的传感器组件分为上层部分和下层部分，在上层部分对称分布有用于放置气体传感器的至少3个空心桶(1，2，3)，相邻的两个空心桶之间设置有立板(25)，立板(25)向下伸展，在每个立板(25)的向下伸展部分的两侧分别固定有气体挡板(11，12)，由各个立板(25)以及位于底部的底板(26)围成的空间被称为中空气室(16)，在每个空心桶内放置一个相同的头部向下的气体传感器，空心桶(1，2，3)的上部是密封的；由相对的两个气体挡板(7，12)和中空气室(16)形成一个导气道。
[0009]本实用新型具有以下有益效果及优点:本实用新型不仅能够提供被检测点气体浓度信息，而且能够提供气体来源方向的信息，配合其他部件构成的气体探测装置，使人可以更快地找到气味源；利用本实用新型的传感器组件构成的气体探测装置相对传统的基于机器人的主动嗅觉装置，大大减小了重量和体积，其便携性使得它更加适用于进行现场测试。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的传感器组件的空间结构示意图。
[0011]图2为本实用新型的传感器组件的导气道示意图。
[0012]图3为采用本实用新型的传感器组件的气体探测装置的外观示意图。
[0013]图4为采用本实用新型的传感器组件的气体探测装置的系统框图。
【具体实施方式】
[0014]本实用新型的传感器组件由多个气体传感器和拥有特殊结构的导气通道组成。气体传感器需要为相同型号，实际中根据待检测气体进行选型。该导气通道由一个正多边形的中空气室和挡板组成，在气室的每个顶点处有开口，在开口内放置一个气体传感器，气体传感器的顶部与气室内壁处于同一平面内，以此保证气体的流通不受阻挡。挡板位于气室开口的外侧，以限制气体进入时的流向。当一个气味包穿过该传感器组件时，该部件可以检测到气体的流向和气味包的浓度大小、持续时间等信息。
[0015]本实用新型基于气味包的思想来探测气体，即认为流动的气体是由一组相对独立的气味包组成。且传感器组件的体积和气体传感器的距离很小，认为气味包在气室中的流动方向几乎不变。传感器组件不断地检测气体浓度，浓度的变化可以用来判断是否有气味包从中流过，每当气体浓度的上升幅度达到一定阈值即判定为一个气味包。采用本实用新型的气体探测装置，还引导包括处理器，电子罗盘、惯性测量单元MU、显示单元等。每流过一个气味包，传感器组件采集的信息被送入处理器，与处理器相连的还有电子罗盘和惯性测量单元，可以记录下该气味包的浓度、持续时间、方向等信息。若判断某个气体传感器气体浓度首先升高，设该气体传感器为第一气体传感器，再根据同一时刻其他气体传感器采集的气体浓度的高低，判断气味源的方向:若同一时刻其他气体传感器中仅有一个气体传感器采集到气体，设此气体传感器为第二气体传感器，则判定气味源的方向为从第二气体传感器的方位到第一气体传感器的方位；若同一时刻其他气体传感器中有多个气体传感器采集到气体，根据气体浓度排序这些传感器，并设中间浓度的气体传感器方位为第二气体传感器方位(若为偶数个气体传感器，则取中间两气体传感器位置的中点)，则判定气味源的方向为从第二气体传感器的方位到第一气体传感器的方位。进行一次有效检测的步骤是:
[0016][I]气味包与传感器组件上的某一个传感器发生接触，并开始进入气室。记录下该传感器接触到气味包的时间和气体浓度；
[0017][2]气味包流经气室；
[0018][3]气味包与另外的传感器中的某些传感器发生接触。记录下这些气体传感器接触到气味包的时间和气体浓度；
[0019][4]首个接触到气味包的传感器可以大致代表气味的来源方向，因此首先可以将气味来源方向大致确定在该传感器对应的方向；
[0020][5]将每个传感器对应的方向等分成若干个子方向，通过比较其他传感器检测到气味包的相对大小，进一步将气味方向确定在某个子方向上。方向估计的精度与传感器个数有关，个数越多精度越高。
[0021]下面结合实施例及其附图详细叙述本实用新型。实施例是以本实用新型所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请的权利要求保护范围不受限于下述实施例的描述。
[0022]本实用新型涉及的传感器组件由三个气体传感器和导气通道组成(一般视图参见图1，俯视图参见图2)。
[0023]该传感器组件由上下两层组成，上层主要包括三个空心桶状结构，用于放置气体传感器。下层主要包括中空气室和三对挡板。图中部件1、2、3为气体传感器放置处，部件16为中空气室，部件13、14、15为气室的三个开口，传感器放置的方向是头部朝下，以便与导气道中流过的气味包进行充分接触。同时传感器放置处1、2、3部分的高度经过计算，使得传感器头部与气室16的顶部齐平，使气体流动不受传感器的扰动。部件4、5、6为螺丝孔固定架，用螺丝将该部件整体固定在PCB电路板上。部件7?12为气体挡板，其中部件7和部件12限制了从开口 13流入导气道的气体的流向，部件8和部件9限制了开口 14的气流流入方向，部件10和部件11限制了开口 15的气流流入方向。以上3组挡板将气体的流入方向各自限制在了 120度范围内。为了使气体传感器与来自不同方向的气体均能充分接触，传感器的头部被放置在13、14、15三个开口的中部。三个传感器呈等边三角形布局，任意两个传感器中心点之间的距离是15mm。由于传感器距离很小，近似认为气体经过这些传感器时的方向恒定。
[0024]正常使用时，该传感器组件呈水平放置，气体水平地从导气道流过。假设气体从开口 13流入(参见图2)，那么气体将首先与传感器I接触，然后流经中空气室16，最后从开口 14和开口 15流出并与传感器2或传感器3接触。当气流方向不同时，气体从开口 14和开口 15流出的量会有所不同，继而导致两个传感器检测到气体浓度不同。可以基于此来估计气味源的方向。
[0025]采用本实用新型的传感器组件的气体探测装置的整体结构和布局如图3所示(俯视图)。其中部件17为上述传感器组件，部件18为IXD显示屏，部件19为核心控制板。整体尺寸不超过140mmX80mmX40mm，以便进行手持检测。使用时手持本实用新型的后部(图3标号20所示处)，尽量保持装置水平并保持传感器组件的气道开口处不被手或其他物体遮挡。系统框图参见图4。处理器接收三个气体传感器的数据和MU模块以及电子罗盘的数据，综合处理后在LCD屏上以图形化方式显示出来。本实用新型使用的气体传感器是mics-5521 (实际使用时可更换为其他对待检测气体敏感的传感器)，该传感器的阻值与其敏感气体的浓度成负相关，经过一些外围电路后，得到一个电压值作为输出量。该电压值也与其敏感气体的浓度成负相关，即空气中敏感气体的浓度越高，输出电压越低。本实用新型中三个气体传感器的输出电压直接连接到处理器的三个ADC接口上。
【主权项】
1.一种用于指示气味源方向的传感器组件，包括至少3个气体传感器，所述的传感器组件分为上层部分和下层部分，其特征在于，在上层部分对称分布有用于放置气体传感器的至少3个空心桶(1，2，3)，相邻的两个空心桶之间设置有立板(25)，立板(25)向下伸展，在每个立板(25)的向下伸展部分的两侧分别固定有气体挡板(11，12)，由各个立板(25)以及位于底部的底板(26)围成的空间被称为中空气室(16)，在每个空心桶内放置一个相同的头部向下的气体传感器，空心桶(1，2，3)的上部是密封的；由相对的两个气体挡板(7，12)和中空气室(16)形成一个导气道。
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于指示气味源方向的传感器组件，包括至少3个气体传感器，所述的核心传感器部件分为上层部分和下层部分，其特征在于，在上层部分对称分布有用于放置气体传感器的至少3个空心桶，相邻的两个空心桶之间设置有立板(25)，立板(25)向下伸展，在每个立板(25)的向下伸展部分的两侧分别固定有气体挡板(11，12)，由各个立板(25)以及位于底部的底板(26)围成的空间被称为中空气室(16)，在每个空心桶内放置一个相同的头部向下的气体传感器，空心桶的上部是密封的。本实用新型不仅能够提供被检测点气体浓度信息，而且能够用于提供判断气体来源方向的信息。
【IPC分类】G01N33-00, G01D21-02
【公开号】CN204269627
【申请号】CN201420645734
【发明人】孟庆浩, 魏宇腾, 曾明
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月15日
【申请日】2014年10月31日
文档序号 :
【 8562402 】
技术研发人员：孟庆浩,魏宇腾,曾明
技术所有人：天津大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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技术研发人员：孟庆浩,魏宇腾,曾明
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