ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Полезная модель относится к портативным газоанализаторам, предназначенным для автоматического измерения концентраций токсичных, отравляющих и взрывоопасных газов, присутствующих в окружающей атмосфере, в частности диоксида углерода, кислорода, оксида углерода, сероводорода и прочее.
В настоящее время активно разрабатываются портативные газоанализаторы, позволяющие провести экспресс-анализ окружающего воздуха или газовой среды во внелабораторных условиях.
Так известен портативный газоанализатор [RU 2408007], содержащий сенсорный модуль, выполненный на основе одного или нескольких пьезосенсоров, а также микроконтроллер (МК), предназначенный для обработки сигнала сенсорного модуля. Сигнал с выхода МК, соответствующий содержанию компонентов газовой смеси в анализируемой пробе, передается на цифровое табло. Все блоки газоанализатора смонтированы в едином компактном корпусе.
Однако рассматриваемый газоанализатор не содержит средства аварийной сигнализации, срабатывающего при превышении текущих значений концентраций компонентов анализируемой газовой среды их пороговых значений, что снижает информативность устройства.
Известен портативный газоанализатор [RU 127928], который выбран в качестве ближайшего аналога.
Данный газоанализатор содержит сенсорный модуль, обеспечивающий выработку выходного сигнала, пропорционального содержанию компонентов анализируемой газовой среды, а также микроконтроллер, подключенный к сенсорному модулю. Микроконтроллер включает блок обработки информации, вырабатывающий информационный выходной сигнал о текущих значениях концентрации компонентов анализируемой газовой среды и аварийный выходной сигнал, несущий информацию о превышении пороговых значений концентрации компонентов анализируемой газовой среды. Рассматриваемый газоанализатор также содержит подключенные к микроконтроллеру дисплей для отображения информации, средство аварийной сигнализации и клавиатуру, с помощью которой пользователь управляет работой устройства.
Сигналы, пропорциональные измеренному содержанию компонентов анализируемой газовой среды, с выхода сенсорного модуля непрерывно подаются в микроконтроллер. В микроконтроллере осуществляется обработка поступающей от сенсорного модуля информации и вычисляются текущие значения концентрации указанных компонентов, которые индицируются на дисплее. Кроме того, в микроконтроллере осуществляется сравнение текущих значений концентраций с пороговыми значениями и в случае их превышения вырабатывается аварийный сигнал, подаваемый в средство аварийной сигнализации, в качестве которого использованы светодиоды и звуковой излучатель.
Наличие средства аварийной сигнализации повышает информативность устройства.
Однако в рассматриваемом газоанализаторе все блоки работают непрерывно, активно потребляя электроэнергию, что приводит к относительно высоким энергозатратам и снижению времени автономной работы.
Проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является снижение энергопотребления и увеличение времени автономной работы.
Сущность полезной модели заключается в том, что в газоанализаторе, содержащем сенсорный модуль, обеспечивающий выработку выходного сигнала, пропорционального концентрациям компонентов анализируемой газовой среды, микроконтроллер, подключенный к сенсорному модулю, содержащий блок обработки информации, выполненный с возможностью выработки информационного выходного сигнала о текущих значениях концентраций компонентов анализируемой газовой среды и аварийного выходного сигнала, несущего информацию о превышении пороговых значений концентраций компонентов анализируемой газовой среды, а также подключенные к микроконтроллеру дисплей для отображения информации, средство аварийной сигнализации и клавиатуру, согласно полезной модели микроконтроллер снабжен блоком выработки тактовых импульсов, блоком опроса сенсорного модуля, вход которого связан с выходом сенсорного модуля, а выход связан с входом блока обработки информации, блоком управления режимом питания, а также блоком управления яркостью дисплея, вход которого связан с выходом блока обработки информации, а выход связан с входом дисплея, при этом блок опроса сенсорного модуля выполнен с обеспечением периодического пропускания выходного сигнала сенсорного модуля на вход блока обработки информации в течение времени, соответствующего длительности тактовых импульсов, блок управления режимом питания выполнен с обеспечением периодического отключения блока опроса сенсорного модуля и блока обработки информации от источника электропитания в течение времени, соответствующего паузе между тактовыми импульсами, а блок управления яркостью дисплея выполнен с обеспечением увеличения яркости светодиодов фоновой подсветки дисплея при поступлении на его вход управляющего сигнала, вырабатываемого блоком обработки информации.
В частном случае полезной модели длительность тактовых импульсов составляет от 10 до 40 мс, а их период составляет от 1,3 до 1,6.
Существенным отличием заявляемого устройства является наличие в составе микроконтроллера блока выработки тактовых импульсов, блока опроса сенсорного модуля, а также блока управления режимом питания.
Благодаря указанным блокам работа основных узлов микроконтроллера, сопровождающаяся активным потреблением электроэнергии, управляется тактовыми импульсами и осуществляется периодически в течение времени, соответствующего их длительности.
Кроме того, принципиально важным является наличие в составе микроконтроллера блока управления яркостью дисплея, благодаря которому регулируется яркость свечения светодиодов его фоновой подсветки, которая в обычном рабочем режиме поддерживается на невысоком уровне, что обуславливает снижение энергопотребления в указанном режиме, и увеличивается только по управляющему сигналу, вырабатываемому блоком обработки информации.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемой полезной модели, является минимизация энергопотребления, что приводит к снижению энергозатрат при эксплуатации газоанализатора и увеличению времени его автономной работы.
Целесообразным является, чтобы длительность тактовых импульсов составляла от 10 до 40 мс, а их период составлял от 1,3 до 1,6 с. Указанные параметры выбраны экспериментально и обеспечивают устойчивую работу устройства при достижении значительного энергосбережения и увеличения времени автономной работы.
На фигуре представлена блок схема заявляемого устройства.
Газоанализатор содержит сенсорный модуль 1, соединенный с микроконтроллером 2, а также подключенные к микроконтроллеру 2 дисплей 3, средство 4 аварийной сигнализации и клавиатуру 5.
Сенсорный модуль 1 выполнен на основе одного или нескольких сенсоров (в частности в количестве от 1 до 5), реагирующих на компоненты анализируемой газовой среды, и предназначен для выработки выходного сигнала, пропорционального измеренному содержанию указанных компонентов в анализируемом газе. В частности, сенсорный модуль 1 содержит оптические сенсоры для измерения содержания горючих газов и CO2 и электрохимические сенсоры для измерения содержания кислорода и отравляющих газов в анализируемой среде.
Микроконтроллер 2 включает блок 6 обработки информации, выполненный с возможностью вычисления текущих значений концентраций компонентов анализируемой газовой среды на основании сигнала, поступающего с выхода сенсорного модуля 1, и выработки информационного выходного сигнала 7 об указанных текущих значениях концентраций, передаваемого на дисплей 3. Микроконтроллер 2 также выполнен с возможностью сравнения текущих значений указанных концентраций с пороговыми значениями и выработки аварийного выходного сигнала 8, передаваемого в средство 4 аварийной сигнализации.
Средство 4 аварийной сигнализации, в частности, включает светодиодный индикатор световой сигнализации, звуковой излучатель и средство вибросигнализации, в качестве которого использован вибромотор (на чертеже не показаны).
Микроконтроллер 2, в частности, содержит аналого-цифровой преобразователь 9, используемый в случае, когда сенсорный модуль 1 содержит сенсоры, вырабатывающие выходные сигналы в аналоговой форме, и обеспечивающий преобразование указанных аналоговых сигналов в цифровую форму.
Газоанализатор снабжен энергонезависимой памятью 10, предназначенной для записи текущих значений концентраций компонентов анализируемой газовой среды, вычисленных в блоке 6.
Микроконтроллер 2 также содержит блок 11 опроса сенсорного модуля, блок 12 управления режимом питания, а также блок 13 выработки тактовых импульсов, подключенный к блокам 11 и 12 и управляющий их работой.
Блок 11 обеспечивает периодическое прохождение сигнала с выхода сенсорного модуля 1 на вход блока 6 в моменты выработки блоком 13 тактовых импульсов и выполнен, в частности, в виде логической схемы совпадения.
При этом в случае использования в составе сенсорного модуля 1 сенсоров, вырабатывающих выходные сигналы в аналоговой форме, блок 11 обеспечивает прохождение сигналов от указанных сенсоров на вход блока 6 после преобразования их в преобразователе 9 в цифровую форму.
Блок 12 обеспечивает периодическое отключение блоков 11 и 6 (а также блока 9 при его присутствии в составе микроконтроллера) от источника электропитания (на чертеже не показан) в моменты паузы между тактовыми импульсами, вырабатываемыми блоком 13. В качестве блока 12, в частности, использован генератор ШИМ, выполненный с возможностью регулировки скважности импульса.
Кроме того, микроконтроллер 2 включает блок 14 управления яркостью дисплея, выполненный с обеспечением увеличения яркости излучения светодиодов фоновой подсветки дисплея по управляющему сигналу 15, вырабатываемому блоком 6 обработки информации.
Указанный управляющий сигнал 15 может вырабатываться блоком 6, в частности, в случае превышения текущих значений концентраций компонентов анализируемой газовой среды их пороговых значений, а также в случае поступления на вход блока 6 сигнала с выхода клавиатуры 5 при работе с ней пользователя. В качестве блока 14 может быть, в частности, использован генератор ШИМ, выполненный с возможностью регулировки скважности импульса.
Все вышеуказанные блоки и конструктивные элементы газоанализатора соединены в едином миниатюрном корпусе.
Устройство работает следующим образом.
При включении газоанализатора сенсоры, входящие в состав сенсорного модуля 1, реагируют на компоненты анализируемой газовой среды, и сенсорный модуль 1 вырабатывает выходной сигнал, пропорциональный измеренному содержанию указанных компонентов в анализируемом газе.
В случае использования в составе сенсорного модуля 1 сенсоров, вырабатывающих выходные сигналы в аналоговой форме, указанные выходные сигналы преобразуются в преобразователе 9 в цифровую форму.
Блок 13 вырабатывает тактовые импульсы, управляющие работой блока 11 таким образом, что указанный блок 11 обеспечивает прохождение сигнала, вырабатываемого сенсорным модулем 1, на вход блока 6 в моменты выработки блоком 13 тактовых импульсов.
В блоке 6 осуществляется вычисление текущих значений концентраций компонентов анализируемой газовой среды и вырабатывается соответствующий информационный выходной сигнал 7, передаваемый на дисплей 3.
Информация о текущих значениях концентраций компонентов анализируемой газовой среды из блока 6 также поступает в энергонезависимую память 10.
Информация на дисплее 3 обновляется в моменты изменения текущих значений концентраций компонентов анализируемой газовой среды.
С целью снижения энергопотребления с помощью блока 12 осуществляется отключение блока 11 и блока 6, а также блока 9 от источника электропитания в течение времени, соответствующего паузе между тактовыми импульсами, вырабатываемыми блоком 13. Кроме того, в обычном рабочем режиме работы газоанализатора (в случае отсутствия аварийного сигнала 8) яркость свечения светодиодов фоновой подсветки дисплея 3 минимальна.
В случае превышении текущих значений концентраций компонентов газовой среды их пороговых значений блок 6 вырабатывает аварийный сигнал 8, передаваемый в средство 4 аварийной сигнализации.
В аварийном режиме работы газоанализатора происходит срабатывание светового индикатора, звукового излучателя и средства вибросигнализации. Кроме того, в аварийном режиме работы блок 6 вырабатывает сигнал 15, по которому происходит увеличение яркости свечения светодиодов фоновой подсветки дисплея 3.
Увеличение яркости подсветки дисплея 3 происходит также в случае работы пользователя с клавиатурой 5.
Таким образом, наличие блоков 11, 12, 13, 14 обеспечивает достижение основного режима работы газоанализатора, в котором блоки микроконтроллера 2 потребляют минимум электроэнергии, а яркость фоновой подсветки дисплея 3 минимальна.