專利名稱：磁動(dòng)式測(cè)氧儀的信號(hào)探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及測(cè)氧儀，特別是其信號(hào)探測(cè)裝置。 現(xiàn)有技術(shù)磁動(dòng)式測(cè)氧儀以氣體磁性為原理，利用了氧氣的順磁性且磁 化率大，氮?dú)馐强勾判晕镔|(zhì)的特性，對(duì)氣體中的氧含量進(jìn)行測(cè)量，它具有基 本不受混合氣體中非測(cè)量組份變化的影響，反應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，測(cè)量范 圍寬等優(yōu)點(diǎn)。磁動(dòng)式測(cè)氧儀主要包括測(cè)量池和數(shù)據(jù)釆集處理系統(tǒng)。測(cè)量池是測(cè)定氧含 量的傳感部件，由鉑絲、小反射鏡、玻璃啞鈴球、磁極組成。其基本原理是 充氮哩鈴球鉑絲反射鏡系統(tǒng)懸掛在有一定梯度的非均勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，啞鈴球系 統(tǒng)在梯度的非均勻磁場(chǎng)中受力矩作用而旋轉(zhuǎn)一定的角度，當(dāng)一光束照射在平 面鏡上時(shí)，平面鏡將光束反射到光電探測(cè)器上。當(dāng)被測(cè)氣樣充滿氣室后，兩 磁極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨被測(cè)氣樣的氧含量不同而發(fā)生變化。充氮椏鈴球所受 到的磁場(chǎng)的斥力也隨之變化，啞鈴球的旋轉(zhuǎn)角度也就不同，則反射光束的光 斑在光電探測(cè)器上的位置也不同，從而可探測(cè)到氧氣的不同含量。由于氣體磁化率非常微弱，測(cè)量池中極鈴球鉑絲系統(tǒng)所受力矩很小，因 此，在不同氧含量情況下，啞鈴球扭轉(zhuǎn)的角度變化也很小，要直接測(cè)量啞鈴 球扭轉(zhuǎn)的角度是很困難的。為了測(cè)量這一微小轉(zhuǎn)角，在艦鈴球的連桿中間貼 有反射鏡，采用了光杠桿對(duì)啞鈴球扭轉(zhuǎn)的角度信號(hào)進(jìn)行放大。在一定距離處 探測(cè)反射光點(diǎn)信號(hào)。過(guò)去傳統(tǒng)的光電探測(cè)器是磁場(chǎng)中鉑絲懸吊著充氮玻璃觀鈴球，啞鈴球中 部安裝著反射鑣，光源通過(guò)狹縫、凸透鏡、反射鏡后光線反射到光電池表面，
光電池作為接收信號(hào)裝置再將信號(hào)輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后將反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度變 化以含氧量讀數(shù)在顯示器中顯示。由于每個(gè)光電池只能探測(cè)光強(qiáng)大小，不能 探測(cè)光斑的位置，因此利用了兩個(gè)完全相同的光電池并排放置，接收反射光 斑。根據(jù)氣體中氧含量的不同，光斑在兩個(gè)光電池照射的位置不同，對(duì)兩個(gè) 光電池輸出的差動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模擬處理，這是一種模擬方式。其不足之處在于 兩光電池位置安裝調(diào)試?yán)щy，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，且儀器的分辨率難于提高。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為克服上述缺陷，提供一種磁動(dòng)式測(cè)氧儀的 信號(hào)探測(cè)裝置。本實(shí)用新型的方案是對(duì)應(yīng)于反射鏡接收反射光相應(yīng)位置接收信號(hào)的裝 置是線陣CCD。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于采用線陣CCD裝置比模擬信號(hào)方式具有可靠、抗 干擾、精確度高、分辨率高、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。靈敏度可從0.1%增大到0. 04% 以上；測(cè)量精度可從0.2%增大到0.1%以上。附圉說(shuō)明圖l為測(cè)量池結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為CCD線陣相對(duì)位置圖。 圖3為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)方框圖。具體實(shí)爐方式本信號(hào)探測(cè)裝置，包括反射鏡(2)、光源(5)、狹縫(4)、 凸透鏡(3)，接收信號(hào)裝置、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。對(duì)應(yīng)于反射鏡(2)的反射光信 號(hào)位置的接收裝置是線陣CCD (1)。當(dāng)光源(5)通過(guò)狹縫(4)及凸透鏡(3)將光束射到反射鏡(2)后， 隨啞鈴球偏轉(zhuǎn)的反射鏡(2)將此光束反射聚焦到線陣CCD (1)上，對(duì)線陣 CCD (1)接收的光斑信號(hào)取前后沿像元的中點(diǎn)為有效像元值，即前后沿?cái)?shù)據(jù) 平均值為釆樣的光點(diǎn)像元值進(jìn)行模式運(yùn)算，再將各氧含量的線陣CCD (1)像 元值轉(zhuǎn)換成氧百分含量在顯示器上顯示其讀數(shù)。
采用線陣CCD (1)對(duì)比光電池其優(yōu)點(diǎn)主要在于像素小而密集排列，其位 置測(cè)量誤差則僅為兩像素間隔(7pm)，精確度也越高；且受光有效像素的數(shù) 量大，允許光斑移動(dòng)范圍寬,可方便安裝線陣CCD的位置，并通過(guò)調(diào)節(jié)其與測(cè) 量池的距離增大儀器的分辨率。這是光電池采光無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。線陣CCD (1) 信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用以下辦法處理① 采樣比較器對(duì)線陣CCD (1)輸出的模擬信號(hào)整形成方波，簡(jiǎn)化電路；② 應(yīng)用CPLD可編程邏輯電路設(shè)計(jì)線陣CCD (1)時(shí)序電路和接口電路， 提高數(shù)據(jù)采樣效率；③ 取光點(diǎn)的前后沿?cái)?shù)據(jù)的中點(diǎn)(前后沿?cái)?shù)據(jù)平均值)為采樣的光點(diǎn)像元 值，以減小因入射光強(qiáng)變化，背景光變化引入的誤差；④ 對(duì)數(shù)據(jù)多次采樣取平均值，提高數(shù)據(jù)的有效位數(shù)和穩(wěn)定性；⑤ 對(duì)不同的溫度、氧含量進(jìn)行定標(biāo)，并進(jìn)行插值，減小溫度和非線性對(duì) 精確度的影響。因而其線路結(jié)構(gòu)如圖3所示線陣CCD(1)依次連接運(yùn)算放大器、比較 器、EPM7064S、 8052單片機(jī)、LED顯示器。EPM7064S另一接口回接線陣CCD (1)，線陣CCD(l)(電荷耦合器件)由EPM7064S產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，線陣CCD (1)檢測(cè)到的位置信號(hào)經(jīng)運(yùn)放和比較器電路后整形成方波信號(hào)觸發(fā) EPM7064，它向CPU申請(qǐng)中斷并送出數(shù)據(jù)。8052單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相 應(yīng)處理將結(jié)果由LED顯示出來(lái)。
權(quán)利要求1、磁動(dòng)式測(cè)氧儀的信號(hào)探測(cè)裝置，包括反射鏡(2)、光源(5)、狹縫(4)、凸透鏡(3)，接收信號(hào)裝置、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于接收反射鏡(2)反射光信號(hào)的裝置是線陣CCD(1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁動(dòng)式測(cè)氧儀的信號(hào)探測(cè)裝置，其特 征在于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是線陣CCD (1)依次連接運(yùn)算放大器、比較器、 EPM7064S、 8052單片機(jī)、LED顯示器，EPM7064S另一接口回接線陣 CCD (1)。
專利摘要磁動(dòng)式測(cè)氧儀的信號(hào)探測(cè)裝置，涉及測(cè)氧儀，特別是其信號(hào)探測(cè)裝置。包括反射鏡、光源、狹縫、凸透鏡，接收信號(hào)裝置、數(shù)量處理系統(tǒng)。其特征在于接收反射鏡反射光的信號(hào)裝置是線陣CCD。采用線陣CCD裝置比模擬信號(hào)方式具有可靠、抗干擾、精確度高、靈敏度高、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。靈敏度可從0.1％增大到0.04％以上；測(cè)量精度可從0.2％增大到0.1％以上。
文檔編號(hào)G01N27/74GK201016933SQ20072000647
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者劉德功, 張武威, 蔡少川, 賴森財(cái), 魏茂金, 黃思俞 申請(qǐng)人:三明學(xué)院