專利名稱：個(gè)體空氣采樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種超低功耗、超長(zhǎng)時(shí)間采樣的個(gè)體空氣采樣器。
背景技術(shù)：
個(gè)體空氣采樣器主要用于事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)、環(huán)境和勞動(dòng)保護(hù)作業(yè)場(chǎng)所周圍環(huán)境空氣中有害物質(zhì)的采集工作。在應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員把采樣器佩戴在身上，采集事故中泄漏的有毒有害物質(zhì)，而在勞動(dòng)作業(yè)場(chǎng)所由工人佩戴，在工作的全過程采集對(duì)人體有害的物質(zhì)。通過對(duì)吸收管中污染物質(zhì)含量的分析，用于判斷進(jìn)行采樣的場(chǎng)所污染程度，評(píng)價(jià)對(duì)人體傷害的可能。我國(guó)現(xiàn)在執(zhí)行的是8小時(shí)工作制，為了能把工作時(shí)間都納入監(jiān)測(cè)，同時(shí)為了配合應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的突發(fā)性、連續(xù)性等特點(diǎn)，國(guó)家要求個(gè)體空氣采樣器的連續(xù)采樣時(shí)間應(yīng)不少于8小時(shí)，連續(xù)采樣時(shí)間需要有足夠的余量，采樣器的連續(xù)采樣時(shí)間應(yīng)大于12小時(shí)。但事實(shí)上工作過程中存在著很多不定因素，比如國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家對(duì)電機(jī)很重視，但對(duì)泵頭的選擇和泵頭與電機(jī)的匹配不是很重視，所以造成采樣效率低，功耗高的現(xiàn)狀，又比如國(guó)內(nèi)廠家和部分國(guó)外廠家所采用的流量調(diào)節(jié)辦法是開始采樣時(shí)，直接開啟氣泵，采樣流量為最大，而采樣實(shí)際需要的流量往往小于最大流量，調(diào)節(jié)流量是通過人工調(diào)節(jié)旋紐，擠壓氣流管增加阻力來實(shí)現(xiàn)的，這實(shí)際是在造成氣泵電機(jī)的堵轉(zhuǎn)，使功耗進(jìn)一步升高，目前國(guó)內(nèi)其他廠家的個(gè)體空氣采樣器連續(xù)采樣工作時(shí)間只有2～3小時(shí)，而國(guó)外大多只能勉強(qiáng)滿足8小時(shí)連續(xù)采樣。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本實(shí)用新型提供一種超低功耗、超長(zhǎng)時(shí)間采樣的個(gè)體空氣采樣器。
本實(shí)用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種個(gè)體空氣采樣器，包括吸收管和排氣用的氣泵，在所述吸收管與氣泵之間順次設(shè)置有氣體緩沖室和數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計(jì)，均由氣管連接成一體，所述數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計(jì)輸出的信號(hào)通過A/D采樣流量信號(hào)轉(zhuǎn)換，把流量信號(hào)變換成數(shù)字量信號(hào)進(jìn)入主控制電路，提供給主控制電路的PID控制算法進(jìn)行計(jì)算，得到的控制參數(shù)再對(duì)氣泵進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)控制，一般的控制頻率為200Hz，調(diào)節(jié)采氣流量為采樣設(shè)定流量。主控制電路通過人機(jī)界面控制連接有液晶顯示和鍵盤，所述主控制電路的充電控制中設(shè)置有充電器的輸入端口和本安電池組的輸出端口。
本實(shí)用新型在一次充電完畢后，可以連續(xù)采樣18個(gè)小時(shí)以上，能夠滿足多數(shù)情況的采樣工作需要。


附圖1是本實(shí)用新型的一種工作原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
實(shí)施例參看圖1，本實(shí)用新型包括吸收管和排氣用的氣泵，在所述吸收管與氣泵之間順次設(shè)置有氣體緩沖室和數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計(jì)，均由氣管連接成一體，所述數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計(jì)輸出的信號(hào)通過A/D采樣流量信號(hào)轉(zhuǎn)換，把流量信號(hào)變換成數(shù)字量信號(hào)進(jìn)入主控制電路，提供給主控制電路的PID控制算法進(jìn)行計(jì)算，得到的控制參數(shù)再對(duì)氣泵進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)控制，調(diào)節(jié)采氣流量為采樣設(shè)定流量。主控制電路通過人機(jī)界面控制連接有液晶顯示和鍵盤，所述主控制電路的充電控制中設(shè)置有充電器的輸入端口和本安電池組的輸出端口。
吸收管是一次性活性炭管(按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制作)，主控制電路通過嵌入式軟件來實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定流量工作，使吸收管采集到所需的樣品。人機(jī)界面提供使用人員提供液晶顯示查看運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)，通過鍵盤輸入控制數(shù)據(jù)，在主控制電路中的嵌入式軟件中提供接口程序。氣路部分中，氣體緩沖室用來緩沖氣流，使氣流平穩(wěn)流動(dòng)，確保數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計(jì)所輸出的信號(hào)穩(wěn)定，通過A/D轉(zhuǎn)換，把流量信號(hào)變成數(shù)字量信號(hào)，用于液晶顯示，同時(shí)提供給PID控制算法進(jìn)行計(jì)算，得到的控制參數(shù)對(duì)氣泵進(jìn)行PWM(脈寬調(diào)制)控制，調(diào)節(jié)采氣流量為采樣設(shè)定流量。為了保證電機(jī)在低速階段轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，避免氣泵的氣體流量波動(dòng)，控制頻率為200Hz。
本實(shí)用新型通過電路和嵌入式軟件的精心設(shè)計(jì)，能確保采樣器在一次充電完畢后，最大連續(xù)采樣時(shí)間超過18小時(shí)，可以應(yīng)對(duì)絕大多數(shù)情況下的采樣工作需要。在硬件上，摒棄國(guó)內(nèi)廠家大多采用的高功耗分立元件為主的設(shè)計(jì)思路，采用超低功耗的嵌入式CPU為核心的系統(tǒng)，CPU的電壓僅為3V，正常工作電流為200μA，休眠時(shí)更是低至0.7μA。除此之外還特別采用許多低電壓元器件，使系統(tǒng)的功耗大大降低。顯示部分采用低功耗的液晶顯示屏，而不使用國(guó)內(nèi)常用的高耗能數(shù)碼管來顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)在外圍電路中大量使用高阻值的器件，使功耗控制在相當(dāng)?shù)偷乃健Ｌ貏e需要注意的是，在儀器采樣時(shí)氣泵最大消耗電流超過100mA，其功耗遠(yuǎn)超過采樣器其它部件，所以設(shè)計(jì)和選擇好氣泵成為至關(guān)重要的工作。采樣器流量范圍50～500ml/min，而且是在帶吸收前的情況下(帶負(fù)載)，保證其流量的穩(wěn)定。為此對(duì)采樣泵就提出很高的要求，即要滿足流量的要求，同時(shí)又要體積功耗和工作電壓要盡可能低，但又要進(jìn)行平衡選擇。氣泵主要由電機(jī)和泵頭組成，在設(shè)計(jì)中氣泵電機(jī)的電感要盡可能小，電感量應(yīng)小于1mH，電路才能作為電阻型電路設(shè)計(jì)，這樣可以降低對(duì)氣泵工作電壓和電流的限制，滿足本安防爆的設(shè)計(jì)要求。氣泵的泵頭應(yīng)有足夠的高效率，同時(shí)能與電機(jī)相匹配，這樣才能滿足工作需要。
在嵌入式軟件設(shè)計(jì)中，從平時(shí)和采樣時(shí)的最大耗能元件著手降低功耗。在平時(shí)耗能最大的是嵌入式主芯片，軟件中設(shè)置成長(zhǎng)時(shí)間無工作任務(wù)時(shí)，關(guān)閉顯示，把主芯片置于休眠狀態(tài)。這樣使采樣儀器的平時(shí)功耗大大降低。
本實(shí)用新型在硬件中采用數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計(jì)，通過A/D轉(zhuǎn)換和換算得到流量數(shù)值，采用PID算法得出的控制數(shù)，對(duì)氣泵電機(jī)進(jìn)行PWM脈寬調(diào)制調(diào)速，使其采樣流量與所需的流量值相吻合。這樣處理后，需要多大能量來得到相應(yīng)的采樣流量，采樣流量?jī)x器就輸出多大的功率，使采樣器能耗較其他廠家的同類型產(chǎn)品大大降低，同樣條件下連續(xù)采樣時(shí)間得到了很大的延長(zhǎng)。
最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅是本實(shí)用新型較有代表性的例子。顯然，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，還可以有許多變形。凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
以下是國(guó)內(nèi)廠家、國(guó)外廠家和本公司產(chǎn)品的比較

*國(guó)外部分生產(chǎn)廠家產(chǎn)品采用數(shù)字式流量計(jì)**只有采用數(shù)字式流量計(jì)的廠家產(chǎn)品才能自動(dòng)控制氣體采樣流量
權(quán)利要求1.一種個(gè)體空氣采樣器，包括吸收管和排氣用的氣泵，在所述吸收管與氣泵之間順次設(shè)置有氣體緩沖室和數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計(jì)，均由氣管連接成一體，其特征在于所述數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計(jì)輸出的信號(hào)通過A/D采樣流量信號(hào)轉(zhuǎn)換，把流量信號(hào)變換成數(shù)字量信號(hào)進(jìn)入主控制電路，提供給主控制電路的PID控制算法進(jìn)行計(jì)算，得到的控制參數(shù)再對(duì)氣泵進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)控制，調(diào)節(jié)采氣流量為采樣設(shè)定流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種個(gè)體空氣采樣器，其特征在于所述脈寬調(diào)制(PWM)的控制頻率為200Hz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種個(gè)體空氣采樣器，其特征在于所述主控制電路通過人機(jī)界面控制連接有液晶顯示和鍵盤，所述主控制電路的充電控制中設(shè)置有充電器的輸入端口和本安電池組的輸出端口。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種超低功耗、超長(zhǎng)時(shí)間采樣的個(gè)體空氣采樣器。本實(shí)用新型的吸收管與氣泵之間順次設(shè)置有氣體緩沖室和數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計(jì)，均由氣管連接成一體，數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計(jì)輸出的信號(hào)通過A/D采樣流量信號(hào)轉(zhuǎn)換，把流量信號(hào)變換成數(shù)字量信號(hào)進(jìn)入主控制電路，提供給主控制電路的PID控制算法進(jìn)行計(jì)算，得到的控制參數(shù)再對(duì)氣泵進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)控制，調(diào)節(jié)采氣流量為采樣設(shè)定流量。主控制電路通過人機(jī)界面控制連接有液晶顯示和鍵盤，所述主控制電路的充電控制中設(shè)置有充電器的輸入端口和本安電池組的輸出端口。本實(shí)用新型在一次充電完畢后，可以連續(xù)采樣18個(gè)小時(shí)以上，能夠滿足多數(shù)情況的采樣工作需要。
文檔編號(hào)G01N1/20GK2831082SQ20052001347
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者潘志東, 潘世勤 申請(qǐng)人:潘志東