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淺談一種新型非消耗的光學(xué)原理氧傳感器
賽肯測(cè)控?2019-7-18
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?? ? ? 這種傳感器的誕生源于市場(chǎng)上對(duì)非消耗和完全符合RoHs標(biāo)準(zhǔn)的傳感器有需求。所以這種傳感器的誕生是為了取代市場(chǎng)上電化學(xué)原理和其他含鉛等重金屬消耗性的傳感器。
? ? ? ?當(dāng)前客戶廣泛應(yīng)用的擴(kuò)散型電化學(xué)原理的類似電池一樣的氣體傳感器，其中一些含有有害物質(zhì)，如鉛等。盡管不符合RoHs標(biāo)準(zhǔn)，它們?nèi)匀槐辉试S出售。但是這種情形不可能永遠(yuǎn)持續(xù)下去，隨著電子技術(shù)等新技術(shù)的產(chǎn)生，另外相關(guān)法律法規(guī)的要求，含有鉛等有害元素的傳感器將陸續(xù)被禁用或淘汰，不能被繼續(xù)生產(chǎn)制造。另外這些傳感器會(huì)隨著時(shí)間的推移而耗盡，因此它們只會(huì)像電池一樣被消耗，并產(chǎn)生工業(yè)電子垃圾。
? ? ? ?在應(yīng)用實(shí)踐中，其中一個(gè)問(wèn)題可能會(huì)一直困擾我們，那就是測(cè)量環(huán)境中氧氣含量越多，氧傳感器消耗得越快，當(dāng)你使用一個(gè)新購(gòu)買的氧電池傳感器時(shí)，它們的使用壽命我們并不知道是多久，任何人也無(wú)法預(yù)料它什么時(shí)候需消耗盡需要及時(shí)更換。因?yàn)槲覀儾恢浪鼘⒃谑裁喘h(huán)境中應(yīng)用。（這里我們僅只氧氣量而言。）
? ? ? 因此開(kāi)發(fā)光學(xué)原理氧傳感器，它基于光學(xué)熒光淬滅①。在這里有一個(gè)發(fā)出高能量藍(lán)光脈沖的藍(lán)色LED。藍(lán)色的燈光照射到熒光材料上，熒光材料發(fā)出熒光并發(fā)出橙色光。它產(chǎn)生的光量隨著時(shí)間的推移而衰減......它會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)衰減。幾微秒的量級(jí)。并且，在高氧濃度的情況下，衰減速率非?？欤诘脱鯘舛鹊那闆r下，則速度較慢。
? ? ? ?板載微控制器測(cè)量波形衰減所需的時(shí)間，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，然后根據(jù)該值計(jì)算出氧氣值。傳感器出廠前被校準(zhǔn)。
? ? ? ?傳感器不同于電化學(xué)和電流型傳感器，有3個(gè)引腳，不需要供電。此原理傳感器需要電源，兩個(gè)引腳需要5伏電源。另外兩個(gè)引腳是通信引腳。因此，這兩個(gè)管腳不僅是產(chǎn)生被信號(hào)調(diào)節(jié)和放大并且溫度補(bǔ)償?shù)哪M輸出。
? ? ? 傳感器具有完全補(bǔ)償?shù)耐耆?zhǔn)輸出。通過(guò)這兩個(gè)引腳傳送氧氣數(shù)值。選擇使其成為RS232 TTL電平兼容接口，因?yàn)樗浅蔀橥ㄟ^(guò)微型USART連接微控制器的一種非常簡(jiǎn)單的方法。
? ? ? ?因此，5伏特給2個(gè)引腳供電，3.3伏標(biāo)稱TTL信號(hào)直接送入您的微控制器。最大5伏電壓，但大多數(shù)微控制器是3.3V。與其他類似風(fēng)格和尺寸的傳感器不同，您不需要任何外部電路。只需微控制器，現(xiàn)在每個(gè)產(chǎn)品都有一個(gè)微控制器。所以真正消除了額外電路的成本。
? ? ? ?例如連接，只需將其連接到USB接口，USB轉(zhuǎn)RS232接口?？梢钥吹剿_(kāi)始產(chǎn)生氧氣值，數(shù)值是20.67%。在大多數(shù)正常室內(nèi)環(huán)境中，氧氣通常為20.7％。不是20.95%,20.95%或大多數(shù)人想到的21％。空氣中的氧氣含量，(基于干燥空氣),當(dāng)然有時(shí)候一些濕度使氧氣值被稀釋。所以20.7%非常典型?；诖水?dāng)然還可以測(cè)到氧氣壓力。是208.4 mBar，傳感器內(nèi)的溫度是25°C（室溫條件），大氣壓值是1009 mBar，里面還有壓力傳感器。
? ? ? ?使用壓力值和氧氣壓力來(lái)計(jì)算氧氣濃度，得到氧氣含量是20.62%。數(shù)值有時(shí)候會(huì)有所下降，可能是因?yàn)槲覀兒粑隽艘稽c(diǎn)二氧化碳。如果我們對(duì)其吹氣把更多的二氧化碳加到它上面。可以看到氧氣示值經(jīng)下降到19.5％以下并且它會(huì)繼續(xù)下去，停止吹氣，然后它再次開(kāi)始上升，因?yàn)樾迈r空氣正在擴(kuò)散回傳感器。氣體通過(guò)這種多孔PTFE疏水膜進(jìn)入，這樣可以將物質(zhì)從傳感器中過(guò)濾掉，特別是水分和灰塵。由于這個(gè)原因，響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較慢，當(dāng)然我只是輕輕地呼吸，但是如果要以更高的流速引導(dǎo)氣體，那么響應(yīng)時(shí)間會(huì)更快。氣體可以通過(guò)前面進(jìn)入，但它也可以通過(guò)殼體和蓋子之間的間隙進(jìn)入，因?yàn)檫@不是氣密密封。對(duì)于許多只需要測(cè)量傳感器周圍環(huán)境中氧氣濃度的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這很好。
? ? ? ?此原理氧傳感器的誕生，提供了一種新的測(cè)量和監(jiān)測(cè)氧氣含量或氧分壓并同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和大氣壓值的多參數(shù)方案選擇。更適合用于室內(nèi)高原、高空缺氧環(huán)境監(jiān)測(cè)。高原列車供氧、高原氧氣環(huán)境改善、醫(yī)療氧倉(cāng)、密閉艙體監(jiān)測(cè)、醫(yī)院、學(xué)校、科研院所、實(shí)驗(yàn)室等，深度開(kāi)發(fā)為萬(wàn)物互聯(lián)提供前沿神經(jīng)。
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注解：
①熒光淬滅是指熒光物質(zhì)分子與溶劑分子之間發(fā)生淬滅，熒光猝滅分為靜態(tài)淬滅和動(dòng)態(tài)淬滅。詳細(xì)原理請(qǐng)查閱相關(guān)資料。
