[发明专利]一种医用雾化器盐雾浓度检测传感器及检测方法有效
申请号: | 201510205148.3 | 申请日: | 2015-04-27 |
公开(公告)号: | CN104833621B | 公开(公告)日: | 2018-04-03 |
发明(设计)人: | 张西良;马昌媛;赵麟;周建忠;李伯全;焦刚;王辉 | 申请(专利权)人: | 江苏大学 |
主分类号: | G01N15/06 | 分类号: | G01N15/06 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 212013 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 医用 雾化器 浓度 检测 传感器 方法 | ||
1.一种医用雾化器盐雾浓度检测传感器,其特征在于,包括壳体(5)、前向小角散射光路和信号调理检测电路(3),所述前向小角散射光路和信号调理检测电路(3)均位于所述壳体(5)内部;
所述壳体(5)两端分别设有盐雾入口(7)和盐雾出口(8),所述壳体(5)内部设有气流通道(9),所述气流通道(9)的两端分别与所述盐雾入口(7)和所述盐雾出口(8)相连通,所述壳体(5)上设有传感器接线口(10);所述壳体(5)为方体;所述盐雾入口(7)、所述盐雾出口(8)和所述气流通道(9)均为圆柱形;所述盐雾入口(7)和所述盐雾出口(8)均设有螺纹;
所述前向小角散射光路包括半导体激光器(1)、硅光电池(4)和采光透镜(2);所述半导体激光器(1)位于所述气流通道(9)的一侧,所述采光透镜(2)和所述硅光电池(4)位于所述气流通道(9)另一侧,所述硅光电池(4)的光接收端位于所述采光透镜(2)的后方焦点位置;所述气流通道(9)内部涂有黑色吸光材料;
所述气流通道内径d1在10~100mm之间,所述半导体激光器(1)发出激光与气流通道(9)气流方向的夹角α为30°~60°,所述采光透镜(2)与所述激光的第一个反射点a的横向距离范围为0.2d1/tanα~0.6d1/tanα;
所述信号调理检测电路(3)的输入端连接所述硅光电池(4)的输出端,所述信号调理检测电路(3)的输出端作为医用雾化器盐雾浓度检测传感器的输出端,所述信号调理检测电路(3)用于将硅光电池(4)输出的电流信号进行处理后输出模拟电压。
2.根据权利要求1所述的医用雾化器盐雾浓度检测传感器,其特征在于,所述信号调理检测电路(3)包括运算放大器A0、A1,电阻R1、R2、Rf、Rf2,电容Cf、Cf2;所述电阻Rf和电容Cf并联后分别连接运算放大器A0的负端和输出端,所述电阻R1的两端分别连接运算放大器A0的输出端和运算放大器A1的正端,所述电阻R2的一端连接运算放大器A0的正端并接地、所述电阻R2的另一端连接运算放大器A1负端,所述电阻Rf2和电容Cf2并联后的两端分别连接运算放大器A1的负端和输出端;所述运算放大器A0的负端和正端作为所述信号调理检测电路(3)的输入端,所述运算放大器A1的输出端作为所述信号调理检测电路(3)的输出端。
3.根据权利要求2所述的医用雾化器盐雾浓度检测传感器,其特征在于,所述运算放大器A0、A1均采用AD820,所述电阻Rf2大小可调。
4.根据权利要求1所述的医用雾化器盐雾浓度检测传感器,其特征在于,所述半导体激光器(1)发出激光的波长为760nm、功耗为50mw,所述硅光电池(4)采用2CR24。
5.根据权利要求1至4任一项所述的医用雾化器盐雾浓度检测传感器的盐雾浓度检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
a.半导体激光器(1)作为光源发出激光照射在待测盐雾上,产生Mie散射;
b.利用采光透镜(2)汇聚散射光至硅光电池(4);
c.硅光电池(4)将接收到的光信号转换为电流ISC;
d.采用信号调理检测电路(3)将硅光电池(4)的电流ISC转换为模拟电压信号UO;
e.利用模拟电压信号UO与盐雾浓度之间的函数关系计算得到待测盐雾浓度。
6.根据权利要求5所述的盐雾浓度检测方法,其特征在于,
所述步骤a还包括:计算盐雾颗粒物的个数浓度N和质量浓度C之间的关系为:
其中,ρ为盐雾颗粒物的密度,d为盐雾颗粒物的直径;
所述步骤b还包括:计算硅电池(4)接收到的散射光通量Ф:
φ=N×K
其中,K为转换系数;
所述步骤c还包括:计算电流ISC与步骤b中光通量Ф的关系式为:
ISC=Seφ
其中,Se为硅光电池(4)的光电灵敏度;
所述步骤d还包括:计算模拟电压信号UO与电流ISC之间的关系式为:
UO=-A×Rf×ISC
其中,
所述步骤e还包括:利用步骤a~d的关系式计算得到盐雾质量浓度C与输出模拟电压信号UO之间的函数关系为:
其中
对盐雾颗粒物密度ρ、颗粒物直径d、硅光电池的光电灵敏度Se,转换系数K、电阻R2、Rf以及Rf2进行检测或实验标定,通过测量电压UO的值按照步骤e的关系式即可得到待测盐雾质量浓度C。
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