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專利名稱：個體空氣采樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種超低功耗、超長時間采樣的個體空氣采樣器。
背景技術(shù)：
個體空氣采樣器主要用于事故應(yīng)急監(jiān)測現(xiàn)場、環(huán)境和勞動保護作業(yè)場所周圍環(huán)境空氣中有害物質(zhì)的采集工作。在應(yīng)急監(jiān)測時由現(xiàn)場監(jiān)測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)，而在勞動作業(yè)場所由工人佩戴，在工作的全過程采集對人體有害的物質(zhì)。通過對吸收管中污染物質(zhì)含量的分析，用于判斷進行采樣的場所污染程度，評價對人體傷害的可能。我國現(xiàn)在執(zhí)行的是8小時工作制，為了能把工作時間都納入監(jiān)測，同時為了配合應(yīng)急監(jiān)測工作的突發(fā)性、連續(xù)性等特點，國家要求個體空氣采樣器的連續(xù)采樣時間應(yīng)不少于8小時，連續(xù)采樣時間需要有足夠的余量，采樣器的連續(xù)采樣時間應(yīng)大于12小時。但事實上工作過程中存在著很多不定因素，比如國內(nèi)的生產(chǎn)廠家對電機很重視，但對泵頭的選擇和泵頭與電機的匹配不是很重視，所以造成采樣效率低，功耗高的現(xiàn)狀，又比如國內(nèi)廠家和部分國外廠家所采用的流量調(diào)節(jié)辦法是開始采樣時，直接開啟氣泵，采樣流量為最大，而采樣實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現(xiàn)的，這實際是在造成氣泵電機的堵轉(zhuǎn)，使功耗進一步升高，目前國內(nèi)其他廠家的個體空氣采樣器連續(xù)采樣工作時間只有2～3小時，而國外大多只能勉強滿足8小時連續(xù)采樣。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本實用新型提供一種超低功耗、超長時間采樣的個體空氣采樣器。
本實用新型的上述技術(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，均由氣管連接成一體，所述數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計輸出的信號通過A/D采樣流量信號轉(zhuǎn)換，把流量信號變換成數(shù)字量信號進入主控制電路，提供給主控制電路的PID控制算法進行計算，得到的控制參數(shù)再對氣泵進行脈寬調(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。
本實用新型在一次充電完畢后，可以連續(xù)采樣18個小時以上，能夠滿足多數(shù)情況的采樣工作需要。


附圖1是本實用新型的一種工作原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
實施例參看圖1，本實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，均由氣管連接成一體，所述數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計輸出的信號通過A/D采樣流量信號轉(zhuǎn)換，把流量信號變換成數(shù)字量信號進入主控制電路，提供給主控制電路的PID控制算法進行計算，得到的控制參數(shù)再對氣泵進行脈寬調(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(按照國家標(biāo)準(zhǔn)制作)，主控制電路通過嵌入式軟件來實現(xiàn)定時、定流量工作，使吸收管采集到所需的樣品。人機界面提供使用人員提供液晶顯示查看運行狀況數(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，確保數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計所輸出的信號穩(wěn)定，通過A/D轉(zhuǎn)換，把流量信號變成數(shù)字量信號，用于液晶顯示，同時提供給PID控制算法進行計算，得到的控制參數(shù)對氣泵進行PWM(脈寬調(diào)制)控制，調(diào)節(jié)采氣流量為采樣設(shè)定流量。為了保證電機在低速階段轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，避免氣泵的氣體流量波動，控制頻率為200Hz。
本實用新型通過電路和嵌入式軟件的精心設(shè)計，能確保采樣器在一次充電完畢后，最大連續(xù)采樣時間超過18小時，可以應(yīng)對絕大多數(shù)情況下的采樣工作需要。在硬件上，摒棄國內(nèi)廠家大多采用的高功耗分立元件為主的設(shè)計思路，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，而不使用國內(nèi)常用的高耗能數(shù)碼管來顯示數(shù)據(jù)，同時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。為此對采樣泵就提出很高的要求，即要滿足流量的要求，同時又要體積功耗和工作電壓要盡可能低，但又要進行平衡選擇。氣泵主要由電機和泵頭組成，在設(shè)計中氣泵電機的電感要盡可能小，電感量應(yīng)小于1mH，電路才能作為電阻型電路設(shè)計，這樣可以降低對氣泵工作電壓和電流的限制，滿足本安防爆的設(shè)計要求。氣泵的泵頭應(yīng)有足夠的高效率，同時能與電機相匹配，這樣才能滿足工作需要。
在嵌入式軟件設(shè)計中，從平時和采樣時的最大耗能元件著手降低功耗。在平時耗能最大的是嵌入式主芯片，軟件中設(shè)置成長時間無工作任務(wù)時，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功耗大大降低。
本實用新型在硬件中采用數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計，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)，對氣泵電機進行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，采樣流量儀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)采樣時間得到了很大的延長。
最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實施例僅是本實用新型較有代表性的例子。顯然，本實用新型不限于上述實施例，還可以有許多變形。凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本實用新型的保護范圍。
以下是國內(nèi)廠家、國外廠家和本公司產(chǎn)品的比較

*國外部分生產(chǎn)廠家產(chǎn)品采用數(shù)字式流量計**只有采用數(shù)字式流量計的廠家產(chǎn)品才能自動控制氣體采樣流量
權(quán)利要求1.一種個體空氣采樣器，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，均由氣管連接成一體，其特征在于所述數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計輸出的信號通過A/D采樣流量信號轉(zhuǎn)換，把流量信號變換成數(shù)字量信號進入主控制電路，提供給主控制電路的PID控制算法進行計算，得到的控制參數(shù)再對氣泵進行脈寬調(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所述的一種個體空氣采樣器，其特征在于所述主控制電路通過人機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。
專利摘要本實用新型公開了一種超低功耗、超長時間采樣的個體空氣采樣器。本實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，均由氣管連接成一體，數(shù)字式質(zhì)量氣體流量計輸出的信號通過A/D采樣流量信號轉(zhuǎn)換，把流量信號變換成數(shù)字量信號進入主控制電路，提供給主控制電路的PID控制算法進行計算，得到的控制參數(shù)再對氣泵進行脈寬調(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。本實用新型在一次充電完畢后，可以連續(xù)采樣18個小時以上，能夠滿足多數(shù)情況的采樣工作需要。
文檔編號G01N1/20GK2831082SQ20052001347
公開日2006年10月25日 申請日期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 申請人:潘志東