專利名稱：磁動式測氧儀的信號探測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及測氧儀，特別是其信號探測裝置。 現有技術磁動式測氧儀以氣體磁性為原理，利用了氧氣的順磁性且磁 化率大，氮氣是抗磁性物質的特性，對氣體中的氧含量進行測量，它具有基 本不受混合氣體中非測量組份變化的影響，反應速度快，穩定性好，測量范 圍寬等優點。磁動式測氧儀主要包括測量池和數據釆集處理系統。測量池是測定氧含 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懸掛在有一定梯度的非均勻強磁場中，啞鈴球系 統在梯度的非均勻磁場中受力矩作用而旋轉一定的角度，當一光束照射在平 面鏡上時，平面鏡將光束反射到光電探測器上。當被測氣樣充滿氣室后，兩 磁極間的磁感應強度隨被測氣樣的氧含量不同而發生變化。充氮椏鈴球所受 到的磁場的斥力也隨之變化，啞鈴球的旋轉角度也就不同，則反射光束的光 斑在光電探測器上的位置也不同，從而可探測到氧氣的不同含量。由于氣體磁化率非常微弱，測量池中極鈴球鉑絲系統所受力矩很小，因 此，在不同氧含量情況下，啞鈴球扭轉的角度變化也很小，要直接測量啞鈴 球扭轉的角度是很困難的。為了測量這一微小轉角，在艦鈴球的連桿中間貼 有反射鏡，采用了光杠桿對啞鈴球扭轉的角度信號進行放大。在一定距離處 探測反射光點信號。過去傳統的光電探測器是磁場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裝置再將信號輸入數據處理系統后將反射鏡轉動角度變 化以含氧量讀數在顯示器中顯示。由于每個光電池只能探測光強大小，不能 探測光斑的位置，因此利用了兩個完全相同的光電池并排放置，接收反射光 斑。根據氣體中氧含量的不同，光斑在兩個光電池照射的位置不同，對兩個 光電池輸出的差動信號進行模擬處理，這是一種模擬方式。其不足之處在于 兩光電池位置安裝調試困難，電路設計復雜，且儀器的分辨率難于提高。實用新型內容本實用新型為克服上述缺陷，提供一種磁動式測氧儀的 信號探測裝置。本實用新型的方案是對應于反射鏡接收反射光相應位置接收信號的裝 置是線陣CCD。本實用新型的優點在于采用線陣CCD裝置比模擬信號方式具有可靠、抗 干擾、精確度高、分辨率高、安裝方便等優點。靈敏度可從0.1%增大到0. 04% 以上；測量精度可從0.2%增大到0.1%以上。附圉說明圖l為測量池結構示意圖。圖2為CCD線陣相對位置圖。 圖3為數據處理系統方框圖。具體實爐方式本信號探測裝置，包括反射鏡(2)、光源(5)、狹縫(4)、 凸透鏡(3)，接收信號裝置、數據處理系統。對應于反射鏡(2)的反射光信 號位置的接收裝置是線陣CCD (1)。當光源(5)通過狹縫(4)及凸透鏡(3)將光束射到反射鏡(2)后， 隨啞鈴球偏轉的反射鏡(2)將此光束反射聚焦到線陣CCD (1)上，對線陣 CCD (1)接收的光斑信號取前后沿像元的中點為有效像元值，即前后沿數據 平均值為釆樣的光點像元值進行模式運算，再將各氧含量的線陣CCD (1)像 元值轉換成氧百分含量在顯示器上顯示其讀數。
采用線陣CCD (1)對比光電池其優點主要在于像素小而密集排列，其位 置測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 量大，允許光斑移動范圍寬,可方便安裝線陣CCD的位置，并通過調節其與測 量池的距離增大儀器的分辨率。這是光電池采光無法實現的。線陣CCD (1) 信號數據處理系統采用以下辦法處理① 采樣比較器對線陣CCD (1)輸出的模擬信號整形成方波，簡化電路；② 應用CPLD可編程邏輯電路設計線陣CCD (1)時序電路和接口電路， 提高數據采樣效率；③ 取光點的前后沿數據的中點(前后沿數據平均值)為采樣的光點像元 值，以減小因入射光強變化，背景光變化引入的誤差；④ 對數據多次采樣取平均值，提高數據的有效位數和穩定性；⑤ 對不同的溫度、氧含量進行定標，并進行插值，減小溫度和非線性對 精確度的影響。因而其線路結構如圖3所示線陣CCD(1)依次連接運算放大器、比較 器、EPM7064S、 8052單片機、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產生驅動信號，線陣CCD (1)檢測到的位置信號經運放和比較器電路后整形成方波信號觸發 EPM7064，它向CPU申請中斷并送出數據。8052單片機接收數據，并進行相 應處理將結果由LED顯示出來。
權利要求1、磁動式測氧儀的信號探測裝置，包括反射鏡(2)、光源(5)、狹縫(4)、凸透鏡(3)，接收信號裝置、數據處理系統，其特征在于接收反射鏡(2)反射光信號的裝置是線陣CCD(1)。
2、 根據權利要求1所述的磁動式測氧儀的信號探測裝置，其特 征在于數據處理系統是線陣CCD (1)依次連接運算放大器、比較器、 EPM7064S、 8052單片機、LED顯示器，EPM7064S另一接口回接線陣 CCD (1)。
專利摘要磁動式測氧儀的信號探測裝置，涉及測氧儀，特別是其信號探測裝置。包括反射鏡、光源、狹縫、凸透鏡，接收信號裝置、數量處理系統。其特征在于接收反射鏡反射光的信號裝置是線陣CCD。采用線陣CCD裝置比模擬信號方式具有可靠、抗干擾、精確度高、靈敏度高、安裝方便等優點。靈敏度可從0.1％增大到0.04％以上；測量精度可從0.2％增大到0.1％以上。
文檔編號G01N27/74GK201016933SQ20072000647
公開日2008年2月6日 申請日期2007年3月9日 優先權日2007年3月9日
發明者劉德功, 張武威, 蔡少川, 賴森財, 魏茂金, 黃思俞 申請人:三明學院