專利名稱:用于指示氣味源方向的傳感器組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于指示氣味源方向的傳感器組件，包括至少3個氣體傳感器，所述的核心傳感器部件分為上層部分和下層部分，其特征在于，在上層部分對稱分布有用于放置氣體傳感器的至少3個空心桶，相鄰的兩個空心桶之間設置有立板(25)，立板(25)向下伸展，在每個立板(25)的向下伸展部分的兩側分別固定有氣體擋板(11，12)，由各個立板(25)以及位于底部的底板(26)圍成的空間被稱為中空氣室(16)，在每個空心桶內放置一個相同的頭部向下的氣體傳感器，空心桶的上部是密封的。本實用新型不僅能夠提供被檢測點氣體濃度信息，而且能夠用于提供判斷氣體來源方向的信息。
【專利說明】用于指示氣味源方向的傳感器組件
所屬【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種氣體檢測傳感器，適用于進行氣味源方向的判定和指示氣體探測裝置。

【背景技術】
[0002]有毒有害氣體泄漏會帶來巨大的危害，歷史上在國內外出現(xiàn)過多次大型有毒有害氣體泄漏事故，造成了嚴重的影響，因此氣味源檢測，特別是有毒、可燃氣體的泄漏源檢測在環(huán)境監(jiān)測、大型工廠倉庫保安、有毒有害氣體泄漏檢測、火源檢測等方面有著重要意義。
[0003]目前市面上的手持可燃/有毒氣體探測儀均是基于簡單的濃度檢測，在顯示屏上用數字的方式顯示當前位置的濃度信息{專利CN200810059559.6}，使用者可能需要經過多次試探才能找到氣味源的大致方向?？傮w而言尋找氣味源的效率比較低。
[0004]氣味源檢測的另一個主要的研宄方向是利用機器人進行主動嗅覺查找{孟慶浩，and李飛.〃主動嗅覺研宄現(xiàn)狀.〃機器人28.1 (2006):89-96.}。但是一般的移動機器人的體積碩大，移動速度較慢，而且對所處環(huán)境的要求較高，在面對復雜的環(huán)境和地形時，為了避障，其行進的效率會大大降低。基于上述諸多限制，使得目前的移動機器人主動嗅覺在實際生產生活中的應用范圍大大受限。
[0005]Ishida提出了一種氣味羅盤來指示氣味源方向{Ishida, Hiroshi, TakamichiNakamotoj and Toyosaka Moriizum1."Study of odor compass."Multisensor Fus1nand Integrat1n for Intelligent Systems,1996.1EEE/SICE/RSJ Internat1nalConference on.1EEE, 1996.}，該氣味羅盤使用風扇和旋轉的擋板來判斷氣味源的方向，該氣味羅盤使用了旋轉部件和較多的機械部件，難以做到小型化，同時也存在易老化易損壞的問題。
[0006]主動嗅覺算法中往往需要風向信息，傳統(tǒng)做法是使用風向儀。目前市面上使用較多的風向儀有超聲波風速風向儀和機械式風向標等。超聲波風速風向儀的精度較高，而且無移動部件，但是價格較昂貴，而且體積和重量都比較大，不適宜用在手持設備上。機械式風向標的成本相對較低廉，但是由于其存在旋轉機械部件，長期使用時會存在老化、靈敏度降低的問題。
實用新型內容
[0007]本實用新型提供了一種用于便攜式氣味源方向指示裝置的傳感器組件，設計了一種將多個氣體傳感器連通的氣室，利用通過綜合多個氣體傳感器測得的濃度信息可以估計出氣味源方向，避免了傳統(tǒng)氣味羅盤中的機械旋轉操作。本實用新型的傳感器組件必須在有風環(huán)境中使用。本實用新型的技術方案如下:
[0008]一種用于指示氣味源方向的氣體探測裝置的傳感器組件，包括至少3個氣體傳感器，所述的傳感器組件分為上層部分和下層部分，在上層部分對稱分布有用于放置氣體傳感器的至少3個空心桶(1，2，3)，相鄰的兩個空心桶之間設置有立板(25)，立板(25)向下伸展，在每個立板(25)的向下伸展部分的兩側分別固定有氣體擋板(11，12)，由各個立板(25)以及位于底部的底板(26)圍成的空間被稱為中空氣室(16)，在每個空心桶內放置一個相同的頭部向下的氣體傳感器，空心桶(1，2，3)的上部是密封的；由相對的兩個氣體擋板(7，12)和中空氣室(16)形成一個導氣道。
[0009]本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點:本實用新型不僅能夠提供被檢測點氣體濃度信息，而且能夠提供氣體來源方向的信息，配合其他部件構成的氣體探測裝置，使人可以更快地找到氣味源；利用本實用新型的傳感器組件構成的氣體探測裝置相對傳統(tǒng)的基于機器人的主動嗅覺裝置，大大減小了重量和體積，其便攜性使得它更加適用于進行現(xiàn)場測試。

【附圖說明】

[0010]圖1為本實用新型的傳感器組件的空間結構示意圖。
[0011]圖2為本實用新型的傳感器組件的導氣道示意圖。
[0012]圖3為采用本實用新型的傳感器組件的氣體探測裝置的外觀示意圖。
[0013]圖4為采用本實用新型的傳感器組件的氣體探測裝置的系統(tǒng)框圖。

【具體實施方式】
[0014]本實用新型的傳感器組件由多個氣體傳感器和擁有特殊結構的導氣通道組成。氣體傳感器需要為相同型號，實際中根據待檢測氣體進行選型。該導氣通道由一個正多邊形的中空氣室和擋板組成，在氣室的每個頂點處有開口，在開口內放置一個氣體傳感器，氣體傳感器的頂部與氣室內壁處于同一平面內，以此保證氣體的流通不受阻擋。擋板位于氣室開口的外側，以限制氣體進入時的流向。當一個氣味包穿過該傳感器組件時，該部件可以檢測到氣體的流向和氣味包的濃度大小、持續(xù)時間等信息。
[0015]本實用新型基于氣味包的思想來探測氣體，即認為流動的氣體是由一組相對獨立的氣味包組成。且傳感器組件的體積和氣體傳感器的距離很小，認為氣味包在氣室中的流動方向幾乎不變。傳感器組件不斷地檢測氣體濃度，濃度的變化可以用來判斷是否有氣味包從中流過，每當氣體濃度的上升幅度達到一定閾值即判定為一個氣味包。采用本實用新型的氣體探測裝置，還引導包括處理器，電子羅盤、慣性測量單元MU、顯示單元等。每流過一個氣味包，傳感器組件采集的信息被送入處理器，與處理器相連的還有電子羅盤和慣性測量單元，可以記錄下該氣味包的濃度、持續(xù)時間、方向等信息。若判斷某個氣體傳感器氣體濃度首先升高，設該氣體傳感器為第一氣體傳感器，再根據同一時刻其他氣體傳感器采集的氣體濃度的高低，判斷氣味源的方向:若同一時刻其他氣體傳感器中僅有一個氣體傳感器采集到氣體，設此氣體傳感器為第二氣體傳感器，則判定氣味源的方向為從第二氣體傳感器的方位到第一氣體傳感器的方位；若同一時刻其他氣體傳感器中有多個氣體傳感器采集到氣體，根據氣體濃度排序這些傳感器，并設中間濃度的氣體傳感器方位為第二氣體傳感器方位(若為偶數個氣體傳感器，則取中間兩氣體傳感器位置的中點)，則判定氣味源的方向為從第二氣體傳感器的方位到第一氣體傳感器的方位。進行一次有效檢測的步驟是:
[0016][I]氣味包與傳感器組件上的某一個傳感器發(fā)生接觸，并開始進入氣室。記錄下該傳感器接觸到氣味包的時間和氣體濃度；
[0017][2]氣味包流經氣室；
[0018][3]氣味包與另外的傳感器中的某些傳感器發(fā)生接觸。記錄下這些氣體傳感器接觸到氣味包的時間和氣體濃度；
[0019][4]首個接觸到氣味包的傳感器可以大致代表氣味的來源方向，因此首先可以將氣味來源方向大致確定在該傳感器對應的方向；
[0020][5]將每個傳感器對應的方向等分成若干個子方向，通過比較其他傳感器檢測到氣味包的相對大小，進一步將氣味方向確定在某個子方向上。方向估計的精度與傳感器個數有關，個數越多精度越高。
[0021]下面結合實施例及其附圖詳細敘述本實用新型。實施例是以本實用新型所述技術方案為前提進行的具體實施，給出了詳細的實施方式和過程。但本申請的權利要求保護范圍不受限于下述實施例的描述。
[0022]本實用新型涉及的傳感器組件由三個氣體傳感器和導氣通道組成(一般視圖參見圖1，俯視圖參見圖2)。
[0023]該傳感器組件由上下兩層組成，上層主要包括三個空心桶狀結構，用于放置氣體傳感器。下層主要包括中空氣室和三對擋板。圖中部件1、2、3為氣體傳感器放置處，部件16為中空氣室，部件13、14、15為氣室的三個開口，傳感器放置的方向是頭部朝下，以便與導氣道中流過的氣味包進行充分接觸。同時傳感器放置處1、2、3部分的高度經過計算，使得傳感器頭部與氣室16的頂部齊平，使氣體流動不受傳感器的擾動。部件4、5、6為螺絲孔固定架，用螺絲將該部件整體固定在PCB電路板上。部件7?12為氣體擋板，其中部件7和部件12限制了從開口 13流入導氣道的氣體的流向，部件8和部件9限制了開口 14的氣流流入方向，部件10和部件11限制了開口 15的氣流流入方向。以上3組擋板將氣體的流入方向各自限制在了 120度范圍內。為了使氣體傳感器與來自不同方向的氣體均能充分接觸，傳感器的頭部被放置在13、14、15三個開口的中部。三個傳感器呈等邊三角形布局，任意兩個傳感器中心點之間的距離是15mm。由于傳感器距離很小，近似認為氣體經過這些傳感器時的方向恒定。
[0024]正常使用時，該傳感器組件呈水平放置，氣體水平地從導氣道流過。假設氣體從開口 13流入(參見圖2)，那么氣體將首先與傳感器I接觸，然后流經中空氣室16，最后從開口 14和開口 15流出并與傳感器2或傳感器3接觸。當氣流方向不同時，氣體從開口 14和開口 15流出的量會有所不同，繼而導致兩個傳感器檢測到氣體濃度不同?？梢曰诖藖砉烙嫐馕对吹姆较颉?br> [0025]采用本實用新型的傳感器組件的氣體探測裝置的整體結構和布局如圖3所示(俯視圖)。其中部件17為上述傳感器組件，部件18為IXD顯示屏，部件19為核心控制板。整體尺寸不超過140mmX80mmX40mm，以便進行手持檢測。使用時手持本實用新型的后部(圖3標號20所示處)，盡量保持裝置水平并保持傳感器組件的氣道開口處不被手或其他物體遮擋。系統(tǒng)框圖參見圖4。處理器接收三個氣體傳感器的數據和MU模塊以及電子羅盤的數據，綜合處理后在LCD屏上以圖形化方式顯示出來。本實用新型使用的氣體傳感器是mics-5521 (實際使用時可更換為其他對待檢測氣體敏感的傳感器)，該傳感器的阻值與其敏感氣體的濃度成負相關，經過一些外圍電路后，得到一個電壓值作為輸出量。該電壓值也與其敏感氣體的濃度成負相關，即空氣中敏感氣體的濃度越高，輸出電壓越低。本實用新型中三個氣體傳感器的輸出電壓直接連接到處理器的三個ADC接口上。
【權利要求】
1.一種用于指示氣味源方向的傳感器組件，包括至少3個氣體傳感器，所述的傳感器組件分為上層部分和下層部分，其特征在于，在上層部分對稱分布有用于放置氣體傳感器的至少3個空心桶(1，2，3)，相鄰的兩個空心桶之間設置有立板(25)，立板(25)向下伸展，在每個立板(25)的向下伸展部分的兩側分別固定有氣體擋板(11，12)，由各個立板(25)以及位于底部的底板(26)圍成的空間被稱為中空氣室(16)，在每個空心桶內放置一個相同的頭部向下的氣體傳感器，空心桶(1，2，3)的上部是密封的；由相對的兩個氣體擋板(7，12)和中空氣室(16)形成一個導氣道。
【文檔編號】G01N33-00GK204269627SQ201420645734
【發(fā)明者】孟慶浩, 魏宇騰, 曾明 [申請人]天津大學