高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供的高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器，包括采集電路和放大電路；采集電路包括氧氣敏感元件和轉(zhuǎn)換電阻；氧氣敏感元件具有感應(yīng)電極、參考電極、負(fù)電極；氧氣敏感元件用于將檢測(cè)到的氧氣濃度轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；轉(zhuǎn)換電阻的兩端并聯(lián)在氧氣敏感元件的感應(yīng)電極和負(fù)電極，轉(zhuǎn)換電阻用于將氧氣敏感元件輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出；氧氣敏感元件的感應(yīng)電極與放大電路的輸入端連接，放大電路用于將采集電路輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大輸出，作為所述礦用氧氣傳感器的輸出。該礦用氧氣傳感器采用了專(zhuān)門(mén)的微弱電流信號(hào)采集電路以及放大電路，減小了采集的誤差，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及煤礦安全檢測(cè)器件領(lǐng)域，尤其涉及高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]煤礦井內(nèi)的空氣是利用機(jī)械或自然通風(fēng)動(dòng)力，使得地面空氣進(jìn)入井下，并在井巷中作定向和定量地流動(dòng)。煤礦井內(nèi)的空氣主要供井內(nèi)的礦工正常呼吸，煤礦井下氧氣濃度直接關(guān)系到礦工的生命安全，因此，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦井內(nèi)空氣的氧氣濃度值，當(dāng)其氧氣濃度值低于一定閥值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。而礦用氧氣傳感器在氧氣檢測(cè)過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用。
[0003]現(xiàn)有的礦用氧氣傳感器主要通過(guò)搭建純硬件電路采集煤礦井內(nèi)的氧氣濃度，由于硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，其自身就存在很大的誤差，抗干擾能力較差，因此，采用現(xiàn)有的礦用氧氣傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)煤礦井內(nèi)空氣的氧氣濃度值，誤差較大，穩(wěn)定性差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本實(shí)用新型所解決的問(wèn)題在于，提供一種抗干擾能力強(qiáng)，誤差小，穩(wěn)定性好的礦用氧氣傳感器。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器，包括采集電路和放大電路；采集電路包括氧氣敏感元件和轉(zhuǎn)換電阻；氧氣敏感元件具有感應(yīng)電極以及負(fù)電極；氧氣敏感元件用于將檢測(cè)到的氧氣濃度轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；轉(zhuǎn)換電阻的兩端并聯(lián)在氧氣敏感元件的感應(yīng)電極和負(fù)電極，轉(zhuǎn)換電阻用于將氧氣敏感元件輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出；氧氣敏感元件的感應(yīng)電極與放大電路的輸入端連接，放大電路用于將采集電路輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大輸出，作為所述礦用氧氣傳感器的輸出。
[0007]進(jìn)一步，所述放大電路為電阻并聯(lián)負(fù)反饋放大電路，包括第一運(yùn)算放大器，連接在第一運(yùn)算放大器反向輸入端的輸入電阻，與輸入電阻和第一運(yùn)算放大器并聯(lián)的反饋電阻；第一運(yùn)算放大器同向輸入端通過(guò)平衡電阻連接至第一運(yùn)算放大器的參考電源；第一運(yùn)算放大器的輸出端為放大電路的輸出端，輸入電阻的輸入端為放大電路的輸入端；放大電路的輸入端通過(guò)串聯(lián)一放大電阻連接至氧氣敏感元件的感應(yīng)電極。
[0008]進(jìn)一步，所述輸入電阻的阻值為1K歐姆，所述反饋電阻的阻值為1K歐姆，所述平衡電阻的阻值為1K歐姆，所述放大電阻的阻值為IK歐姆。
[0009]進(jìn)一步，還包括有電壓跟隨電路，電壓跟隨電路包括第二運(yùn)算放大器，第二運(yùn)算放大器的同向輸入端連接有匹配電阻，第二運(yùn)算放大器的反向輸入端與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，第二運(yùn)算放大器的輸出端為電壓跟隨電路的輸出端，連接至所述氧氣敏感元件的負(fù)電極。
[0010]進(jìn)一步，所述匹配電阻的阻值為1K歐姆。
[0011]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]1、本實(shí)用新型的礦用氧氣傳感器，采用氧氣敏感元件進(jìn)行采集，氧氣敏感元件能夠連續(xù)自動(dòng)地將井下氧氣濃度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，并由轉(zhuǎn)換電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后輸出給放大電路進(jìn)行放大，作為礦用氧氣傳感器的最終輸出。該礦用氧氣傳感器采用了專(zhuān)門(mén)的微弱電流信號(hào)采集電路以及放大電路，減小了采集的誤差，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。
[0013]2、本實(shí)用新型的礦用氧氣傳感器，采用電阻并聯(lián)負(fù)反饋放大電路進(jìn)行放大，并增加有放大電阻，能夠?qū)⒀鯕饷舾性敵龅娜蹼娏餍盘?hào)通過(guò)采集放大為可分辨的模擬電壓信號(hào)，增加信號(hào)采集的準(zhǔn)確性。
[0014]3、本實(shí)用新型的礦用氧氣傳感器，還設(shè)有電壓跟隨電路，能夠?qū)⒀鯕饷舾性呢?fù)電極的電壓抬高，使得氧氣敏感元件輸出的弱電流信號(hào)能被運(yùn)放識(shí)別，而不至于運(yùn)放將其判定為噪聲。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為實(shí)施例中提供的礦用氧氣傳感器的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0017]實(shí)施例:
[0018]高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器，如圖1所示，包括采集電路和放大電路；采集電路包括氧氣敏感元件Yjl和轉(zhuǎn)換電阻R2 ;氧氣敏感元件YJl具有感應(yīng)電極S和負(fù)電極C ;氧氣敏感元件YJl用于將檢測(cè)到的氧氣濃度轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；轉(zhuǎn)換電阻R2的兩端并聯(lián)在氧氣敏感元件YJl的感應(yīng)電極S和負(fù)電極C，轉(zhuǎn)換電阻R2用于將氧氣敏感元件YJl輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出；氧氣敏感元件YJl的感應(yīng)電極S與放大電路的輸入端連接，放大電路用于將采集電路輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大輸出，作為所述礦用氧氣傳感器的輸出Yout。
[0019]具體實(shí)施時(shí)，氧氣敏感元件還有參考電極R，用于給氧氣敏感元件提供參考電源，使用時(shí)，參考電極可以懸空不連接。氧氣敏感元件優(yōu)選為40XV型號(hào)，具有輸出穩(wěn)定，且線性度好的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)換電阻的阻值范圍可以在0~1K內(nèi)，優(yōu)選為100歐姆，這樣保證了采集電路輸出的電壓信號(hào)為小于運(yùn)放供電電壓，使得運(yùn)放可以正常采集放大數(shù)據(jù)。
[0020]所述放大電路為電阻并聯(lián)負(fù)反饋放大電路，包括第一運(yùn)算放大器1C1B，連接在第一運(yùn)算放大器IClB反向輸入端的輸入電阻R5，與輸入電阻R5和第一運(yùn)算放大器IClB并聯(lián)的反饋電阻R4 ;第一運(yùn)算放大器同向輸入端通過(guò)平衡電阻R7連接至第一運(yùn)算放大器的參考電源VS ;第一運(yùn)算放大器IClB的輸出端為放大電路的輸出端，輸入電阻R5的輸入端為放大電路的輸入端；放大電路的輸入端通過(guò)串聯(lián)一放大電阻R3連接至氧氣敏感元件的感應(yīng)電極。
[0021]具體實(shí)施時(shí)，VS是提供給運(yùn)放的參考電壓，目的是抬高傳感器氧氣敏感元件零點(diǎn)輸出。第一運(yùn)算放大器的型號(hào)可選用0Ρ2177，具有低失調(diào)電壓、低溫票、低偏置電流、低噪聲、高共模抑制比的優(yōu)點(diǎn)。放大電路中還可以連接有濾波電容(如C3、C4)，用于濾波，第一運(yùn)算放大器的輸出端還可連接限流電阻R6。
[0022]所述輸入電阻R5的阻值為1K歐姆。所述反饋電阻R4的阻值為1K歐姆。所述平衡電阻R7的阻值為1K歐姆。所述放大電阻R3的阻值為IK歐姆。這樣，該放大電路的放大倍數(shù)為10 (10*1=10)，由反饋電阻阻值和放大電阻阻值的乘積確定。R5、R4、R7、R3的電阻值大小是根據(jù)氧氣敏感元件輸出電流大小和運(yùn)放供電電壓大小共同決定的。是可以調(diào)節(jié)的。
[0023]還包括有電壓跟隨電路，電壓跟隨電路包括第二運(yùn)算放大器1C1A，第二運(yùn)算放大器IClA的同向輸入端連接有匹配電阻R1，第二運(yùn)算放大器IClA的反向輸入端與第二運(yùn)算放大器IClA的輸出端連接，第二運(yùn)算放大器IClA的輸出端為電壓跟隨電路的輸出端，連接至所述氧氣敏感元件的負(fù)電極。具體實(shí)施時(shí)，電壓跟隨電路中還可以連接有濾波電容(如C1、C2)。圖中，AVGND為礦用氧氣傳感器的虛擬地線，+3.3為正的3.3V電源，-3.3為負(fù)的3.3V電源。
[0024]所述匹配電阻R3的阻值為1K歐姆。
[0025]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器，其特征在于，包括采集電路和放大電路；采集電路包括氧氣敏感元件和轉(zhuǎn)換電阻；氧氣敏感元件具有感應(yīng)電極以及負(fù)電極；氧氣敏感元件用于將檢測(cè)到的氧氣濃度轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；轉(zhuǎn)換電阻的兩端并聯(lián)在氧氣敏感元件的感應(yīng)電極和負(fù)電極，轉(zhuǎn)換電阻用于將氧氣敏感元件輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出；氧氣敏感元件的感應(yīng)電極與放大電路的輸入端連接，放大電路用于將采集電路輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大輸出，作為所述礦用氧氣傳感器的輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器，其特征在于，所述放大電路為電阻并聯(lián)負(fù)反饋放大電路，包括第一運(yùn)算放大器，連接在第一運(yùn)算放大器反向輸入端的輸入電阻，與輸入電阻和第一運(yùn)算放大器并聯(lián)的反饋電阻；第一運(yùn)算放大器同向輸入端通過(guò)平衡電阻連接至第一運(yùn)算放大器的參考電源；第一運(yùn)算放大器的輸出端為放大電路的輸出端，輸入電阻的輸入端為放大電路的輸入端；放大電路的輸入端通過(guò)串聯(lián)一放大電阻連接至氧氣敏感元件的感應(yīng)電極。
3.如權(quán)利要求2所述的高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器，其特征在于，所述輸入電阻的阻值為1K歐姆，所述反饋電阻的阻值為1K歐姆，所述平衡電阻的阻值為1K歐姆，所述放大電阻的阻值為IK歐姆。
4.如權(quán)利要求2所述的高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器，其特征在于，還包括有電壓跟隨電路，電壓跟隨電路包括第二運(yùn)算放大器，第二運(yùn)算放大器的同向輸入端連接有匹配電阻，第二運(yùn)算放大器的反向輸入端與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，第二運(yùn)算放大器的輸出端為電壓跟隨電路的輸出端，連接至所述氧氣敏感元件的負(fù)電極。
5.如權(quán)利要求4所述的高穩(wěn)定性的礦用氧氣傳感器，其特征在于，所述匹配電阻的阻值為1K歐姆。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK204241403SQ201420809179
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】程紹緣, 全太鋒, 李煒, 李薇 申請(qǐng)人:重慶梅安森科技股份有限公司