一种CO浓度检测装置及其检测方法与流程

本发明涉及CO浓度检测技术领域，尤其是一种CO浓度检测装置及其检测方法。

背景技术：

在标准状况下，一氧化碳为无色、无臭、无刺激性的气体。一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息，严重时死亡。一氧化碳对全身的组织细胞均有毒性作用，尤其对大脑皮质的影响最为严重。空气中的一氧化碳浓度达到50ppm时，健康成年人可以承受8小时；达到200ppm时，健康成年人2～3小时后，轻微头痛、乏力；达到400ppm时，健康成年人1～2小时内前额痛，3小时后威胁生命；到800ppm时，健康成年人45分钟内，眼花、恶心、痉挛，2小时内失去知觉，2～3小时内死亡；达到1600ppm时，健康成年人20分钟内头痛、眼花、恶心，1小时内死亡；达到3200ppm时，健康成年人5～10分钟内头痛、眼花、恶心，25～30分钟内死亡；达到6400ppm时，健康成年人1～2分钟内头痛、眼花、恶心，10～15分钟死亡；达到12800ppm时，健康成年人1～3分钟内死亡。

现有的CO气体检测系统仅仅是通过CO气体传感器进行直接测量和报警，由于CO气体传感器对检测环境的敏感度高，很容易受到干扰，导致直接用CO气体传感器的检测结果进行报警判定准确度低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种CO浓度检测装置及其检测方法，能够解决现有技术的不足，提高对于环境中CO浓度检测报警的准确度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种CO浓度检测装置，其特征在于：包括，

CO气体传感器，用于检测CO气体浓度；

采样机构，用于在检测区域内采集气体样本；

中央处理模块，用于对CO气体传感器输出的信号进行处理；

滤波模块，用于对CO气体传感器的输出信号进行滤波，并将滤波后的信号传输至中央处理模块；

通讯模块，用于将中央处理模块的处理结果进行输出；

报警模块，用于进行声光报警；

反馈模块，用于根据中央处理模块的处理结果对中央处理模块(3)发出反馈控制信号；

人机交互模块，用于对中央处理模块和反馈模块的运行参数进行显示和控制。

作为优选，所述采样机构包括机壳，机壳的进气口设置有滤网，机壳的进气口和出气口之间设置有气腔，气腔上方设置有采样腔，气腔内设置有搅拌叶片，采样腔内通过竖向滑轨设置有孔板，孔板通过电机带动上下移动。

作为优选，所述滤波模块的输入端通过第一电阻连接至第一运放的反相输入端，滤波模块的输入端通过第二电阻连接至第一运放的正相输入端，第一运放的正相输入端通过第一电容接地，第一运放的反相输入端通过第三电阻连接至第一三极管的基极，第一三极管的基极通过第二电容连接至第一三极管的集电极，第一三极管的发射极通过第四电阻接地，第一三极管的集电极通过第五电阻连接至第二三极管的基极，第一三极管的集电极通过第六电阻连接至第二三极管的集电极，第二三极管的发射极通过第三电容接地，第二三极管的集电极通过第七电阻连接至第一运放的输出端，第一运放的输出端通过第八电阻连接至第二运放的反相输入端，第二运放的正相输入端通过第九电阻接地，第二运放的反相输入端通过第十电阻连接至第二运放的输出端，第二运放的输出端通过第十一电阻连接至第一三极管的集电极，第二运放的反相输入端通过第十二电阻连接至滤波模块的输出端。

一种上述的CO浓度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

A、采样机构对检测空间内的气体样本进行采样，CO气体传感器对采样气体进行检测；

B、CO气体传感器将检测结果通过滤波模块发送至中央处理模块；

C、中央处理模块使用T₁和T₂两个时间段的检测数据进行拟合，若拟合后的数据的线性相关度低于阈值，则扩大检测时间段的时长进行再次拟合，若拟合后的数据的线性相关度仍低于阈值，则使用上一次得到的有效结果作为处理结果进行输出；若拟合后的数据的线性相关度大于等于阈值，则使用本次得到的处理结果作为有效结果输出；

D、反馈模块根据中央处理模块的输出结果和人机交互模块的设定对中央处理模块进行反馈控制。

作为优选，步骤D中，若中央处理模块输出结果为浓度超标报警，并且浓度值未降低，则反馈模块将中央处理模块的检测频率进行提高，中央处理模块检测频率的提高幅度与浓度超标时长成正比，其比例系数通过人机交互模块进行设定。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明对于外界干扰可以进行有效的过滤，降低由于外界环境因素的变化对于检测报警结果的干扰，检测可靠性高，报警准确及时，非常适合室内CO的检测。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的原理图。

图2是本发明一个具体实施方式中采样机构的结构图。

图3是本发明一个具体实施方式中滤波模块的结构图。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1-3，本发明的一个具体实施方式包括CO气体传感器1，用于检测CO气体浓度；

采样机构2，用于在检测区域内采集气体样本；

中央处理模块3，用于对CO气体传感器1输出的信号进行处理；

滤波模块4，用于对CO气体传感器1的输出信号进行滤波，并将滤波后的信号传输至中央处理模块3；

通讯模块5，用于将中央处理模块3的处理结果进行输出；

报警模块6，用于进行声光报警；

反馈模块8，用于根据中央处理模块3的处理结果对中央处理模块3发出反馈控制信号；

人机交互模块7，用于对中央处理模块3和反馈模块8的运行参数进行显示和控制。

采样机构2包括机壳9，机壳9的进气口11设置有滤网10，机壳的进气口11和出气口12之间设置有气腔13，气腔13上方设置有采样腔14，气腔13内设置有搅拌叶片15，采样腔14内通过竖向滑轨16设置有孔板17，孔板17通过电机18带动上下移动。

滤波模块4的输入端IN通过第一电阻R1连接至第一运放A1的反相输入端，滤波模块4的输入端IN通过第二电阻R2连接至第一运放A1的正相输入端，第一运放A1的正相输入端通过第一电容C1接地，第一运放A1的反相输入端通过第三电阻R3连接至第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的基极通过第二电容C2连接至第一三极管Q1的集电极，第一三极管Q1的发射极通过第四电阻R4接地，第一三极管Q1的集电极通过第五电阻R5连接至第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的集电极通过第六电阻R6连接至第二三极管Q2的集电极，第二三极管Q2的发射极通过第三电容C3接地，第二三极管Q2的集电极通过第七电阻R7连接至第一运放A1的输出端，第一运放A1的输出端通过第八电阻R8连接至第二运放A2的反相输入端，第二运放A2的正相输入端通过第九电阻R9接地，第二运放A2的反相输入端通过第十电阻R10连接至第二运放A2的输出端，第二运放A2的输出端通过第十一电阻R11连接至第一三极管Q1的集电极，第二运放A2的反相输入端通过第十二电阻R12连接至滤波模块4的输出端。

其中，第一电阻R1为2.5kΩ、第二电阻R2为3kΩ、第三电阻R3为12kΩ、第四电阻R4为7kΩ、第五电阻R5为1.5kΩ、第六电阻R6为2kΩ、第七电阻R7为4kΩ、第八电阻R8为4kΩ、第九电阻R9为7kΩ、第十电阻R10为8.5kΩ、第十一电阻R11为5kΩ、第十二电阻R12为2.5kΩ。第一电容C1为350μF、第二电容C2为600μF、第三电容C3为450μF。

一种上述的CO浓度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

A、采样机构2对检测空间内的气体样本进行采样，CO气体传感器1对采样气体进行检测；

B、CO气体传感器1将检测结果通过滤波模块4发送至中央处理模块3；

C、中央处理模块3使用T₁和T₂两个时间段的检测数据进行拟合，若拟合后的数据的线性相关度低于阈值，则扩大检测时间段的时长进行再次拟合，若拟合后的数据的线性相关度仍低于阈值，则使用上一次得到的有效结果作为处理结果进行输出；若拟合后的数据的线性相关度大于等于阈值，则使用本次得到的处理结果作为有效结果输出；

D、反馈模块8根据中央处理模块3的输出结果和人机交互模块7的设定对中央处理模块3进行反馈控制。

步骤D中，若中央处理模块3输出结果为浓度超标报警，并且浓度值未降低，则反馈模块8将中央处理模块3的检测频率进行提高，中央处理模块3检测频率的提高幅度与浓度超标时长成正比，其比例系数通过人机交互模块7进行设定。

T₁和T₂两个时间段在选取时，时长保持在5～6s，两个时间段保持有至少80％的重叠区域。

在中央处理模块3提高检测频率的同时，使孔板17向上移动，加快采样腔14内气体的循环速度。

现有技术的CO气体传感器是通过CO气体在电极上发生氧化或者还原反应，传感器通过检测反应过程中产生的电荷电位，对气体浓度进行判断。并通过设置化学过滤器对干扰气体进行去除，通过设置偏置电压使电化学反应活性较低的气体可以实现氧化或者还原反应，提高传感器的灵敏度。发明人通过对传感器检测原理的研究，通过增加比表面积来提高传感器的检测灵敏度，增加比表面积的方法是采用金刚石絮状网来实现，金刚石薄膜对CO分子敏感，利用金刚石多层多孔薄膜可以实现对CO的检测，具体做法是先在SiO₂基板上生长一层金刚石薄膜，然后在金刚石薄膜上面生长一层SiO₂，接着利用光刻胶覆盖，用光刻技术在SiO₂上面绘制微沟道，使用酸腐蚀法腐蚀掉一部分SiO₂，去掉部分SiO₂，在上面继续生长金刚石，然后重复生长SiO₂，光刻，再生长金刚石，如此生长多层。最后将金刚石薄膜放入酸中腐蚀掉SiO₂形成微沟道管道，最后在金刚石薄膜上接上欧姆电极。CO分子可以方便的进入微沟道，从而可以实现对CO的高精度测量。在生长时可掺入少量的硼。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。