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CN110988115B - 一种超声波气体传感器 - Google Patents

一种超声波气体传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超声波气体传感器，包括壳体和分别设置于所述壳体内腔顶端的第一超声波换能器和第二超声波换能器，所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器于所述壳体内形成V型超声波传输路径，所述壳体内设有进气通道和出气通道，所述进气通道的出气上端靠近所述第一超声波换能器，出气通道的上端靠近所述第二超声波换能器，以使进入旁流管道的被测气流均能通过第一和第二超声波换能器的探测区域，所述进气通道和所述出气通道的下端均与所述气体传感器安装座相连通。本发明无需额外的连接管道，能够直接替代传统的电化学气体传感器，并且具有寿命长、响应速度快、成本低、不需要人为校准，结构小巧，便于安装的优点。

Description

一种超声波气体传感器
技术领域
本发明涉及气体传感器设备技术领域，尤其涉及一种超声波气体传感器。
背景技术
在呼吸机和麻醉机等医疗设备中，需要通过气体传感器对输送的混合气体中的氧气、麻醉气体、氢气等气体的浓度进行监测，气体传感器将检测到的气体浓度数据传输至呼吸机和麻醉机的控制单元，控制单元对检测数据进行处理，并根据检测结果对对应气体支路的流量进行调节。
传统的气体传感器采用电化学原理进行检测，如专利文献CN102441213B中公开了一种采用电化学氧气传感器的麻醉机，根据氧气分子与氧气传感器内部特定的化学物质发生反应产生电流的机理实现氧气浓度的测量，氧气浓度与产生的电流大小呈线性关系，根据产生的电流大小以测量氧气浓度；然而随着使用时间的增长，氧气传感器内部的化学物质的形态会发生改变，氧气浓度与电流之间的对应关系会发生改变，因此需要对氧气传感器进行校准甚至进行更换，而目前的电化学氧气传感器均安装于呼吸机或麻醉机的安装座中，校准操作需要人工干预，操作复杂、耗时；进而导致气体传感器成本高、寿命短。
为了延长气体传感器的使用寿命，降低气体传感器的成本，现有技术中出现了采用超声波检测技术，对进入传感器内的气流进行检测，得到气流中的被测气体浓度的技术方案。在专利文献CN106248148B中公开了采用超声波检测技术，对进入传感器内的气流进行检测，得到气流中的氧气浓度的技术方案。其公开了一种对射型超声波气体传感器，在专利文献CN103201599B中公开了一种V型超声波流量传感器，上述公开的两种结构的气体测量装置其进气口和出气口分别位于测量气室的两端，需要连接管道将其接入氧气被测气体测量管段，而对于目前主流呼吸机和麻醉机而言，测量管段上通常只有固定的安装孔用来安装氧传感器，无额外的连接管道，因此现有的超声波传感器与氧传感器安装座之间无法直接形成气流通道，无法直接匹配安装。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种超声波气体传感器，一方面可替代现有的电化学气体传感器，寿命长，无需人工干预；另一方面，可匹配目前主流呼吸机、麻醉机等设备上的气体传感器安装孔，克服目前传统的对射型以及V型超声波气体传感器需增加额外测量管段进行匹配安装的缺陷。
本发明的实施例提供本发明提供一种超声波气体传感器，包括壳体和分别设置于所述壳体内腔顶端的第一超声波换能器和第二超声波换能器，所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器于所述壳体内形成V型超声波传输路径，所述壳体通过所述壳体底部的底板密封，所述壳体底部设有进气通道和出气通道，所述进气通道的上端延伸入所述超声波传输路径的左侧，所述出气通道上端延伸入所述超声波传输路径的右侧，所述进气通道下端和所述出气通道的下端聚合于所述壳体底板的下侧并通过凸出于所述壳体底板下侧的挡板分隔，所述进气通道下端和所述出气通道的下端均与气体传感器安装座连通。
所述进气通道的上端靠近所述第一超声波换能器，所述出气通道上端靠近所述第二超声波换能器，以使进入壳体内腔的被测气流均能通过第一和第二超声波换能器的探测区域。
所述壳体内腔为左右对称的V型结构，所述壳体密封并且通过进气通道和出气通道与气体传感器安装座进行连通，所述进气通道和出气通道均为圆孔状。
所述挡板向下延伸至气体传感器安装座内，所述挡板下端不接触气体传感器安装座底部，二者之间存在分流间隙。
所述挡板向下延伸至气体传感器安装座内，所述挡板下端接触气体传感器安装座底部。
在所述壳体下端设置了向下延伸的连接部，所述壳体通过所述连接部与传感器安装座连接，所述连接部的内部中空，并且与所述进气通道和所述出气通道相通。
所述挡板向下延伸的长度L1大于或等于所述连接部向下延伸的长度L2。
所述壳体下端与所述气体传感器安装座螺纹连接或扣合连接。
所述超声波通道的中部设有温度传感器。
所述壳体上端设有第一安装槽和第二安装槽，所述一安装槽和所述第二安装槽分别用于安装所述第一超声波换能器和第二超声波换能器。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
摒弃了常规的横截面为方形的测量气室，而采用横截面为V型的气室，使超声信号发射路径与测量气室内腔形状一致，能够减小传感器的体积，并且将进气通道和出气通道设计为上端相互分开，下端聚合在一起的结构，使其可直接与传统的气体传感器基座相匹配。
无需额外的连接管道，利用最新的超声技术直接替代传统的电化学气体传感器，具有寿命长、成本低、不需要人为校准，结构小巧，便于安装，响应速度快的优点。
附图说明
图1是本发明一种超声波气体传感器及相互适配安装的气体传感器底座的爆炸图；
图2是图1中壳体1的俯视图；
图3是图2中的A-A剖面示意图；
图4是图1中壳体1的的仰视图；
图5是图1中底座10的示意图。
图中：1-壳体、2-超声波传输路径、3-底板、4-第一安装槽、5-第二安装槽、6-进气通道、6a-进气通道上端、6b-进气通道下端、7-出气通道、7a-出气通道上端、7b-出气通道下端、8-连接部、9-挡板、10-气体传感器安装座、11-进气接头、12-出气接头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种超声波气体传感器，超声波气体传感器用于测量氧气、麻醉气体、氢气等气体的浓度，在本实施例中仅以测量氧气进行举例说明，但对此不作限定。超声波气体传感器包括壳体1以及一对超声波换能器，分别为第一超声波换能器和第二超声波换能器。
请参考图2、3和4，所述壳体1内腔为左右对称的V型结构，第一超声波换能器和第二超声波换能器均位于所述壳体1的顶端，在第一超声波换能器和第二超声波换能器之间形成V型超声波传输路径2。具体的，第一超声波换能器被安装于第一安装槽4内，第二超声波换能器被安装于第二安装槽5内。所述第一超声波换能器沿着所述V型超声波传输路径2发射超声波信号，超声波信号在所述壳体1底部的底板3发生反射，反射后的超声波信号沿着V型超声波传输路径2继续传播至所述第二超声波换能器，并被所述第二超声波换能器接收。
请参考图2和3，所述壳体1上还设有进气通道6和出气通道7，这里所述进气通道6和所述出气通道7均为圆柱孔，所述进气通道6上端6a靠近所述第一超声波换能器，所述出气通道7上端7a靠近所述第二超声波换能器，以使进入壳体1内腔的的被测气流均能通过第一和第二超声波换能器的探测区域，减少了超声探测的“死区”，所述进气通道6下端6b和所述出气通道7的下端7b聚合于所述壳体1底部的底板3的下侧并通过凸出于所述壳体1的底板3下侧的挡板9分隔，所述进气通道6的下端6b和所述出气通道7的下端7b均与所述气体传感器安装座10相连通。
请参考图1和5，为了提高传感器的响应速度，所述进气通道6的下端6b和所述出气通道7的下端7b之间设有一挡板9，所述挡板9从所述壳体1的下端向下延伸，并延伸至所述气体传感器安装座10内。
在本实施例中，气体传感器安装座10的两端设置了连通的进气接头11和出气接头12。所述气体传感器安装座10为矩形块，所述进气接头11和所述出气接头12均为管状接头，二者分别设置于所述气体传感器安装座10的相对两侧面上，但事实上，对气体传感器安装座10的结构不做限制，因此挡板9的设置可以促使更多的从进气接头11中进入的被测气体可以通过进气通道6进入V型超声波传输路径2，并通过出气通道7流出V型超声波传输路径2。从而加快了被测气体在第一超声波换能器和第二超声波换能器之间的流通速度，加快了氧气浓度测量的响应速度。
在所述壳体1下端设置了向下延伸的连接部8，所述壳体1通过所述连接部8与所述气体传感器安装座10连接，所述连接部8的内部中空，并且与所述进气通道6和所述出气通道7相通。所述挡板9向下延伸的长度L1大于或等于所述连接部向下延伸的长度L2。
在测量管段氧气流量较小的情况下，使所述挡板9的下端接触所述气体传感器安装座10底部，这样由所述进气接头11进入的全部气流经所述挡板9阻流后进入所述进气通道6，保证进入所述超声波通道内的气流流速。
另外，在测量管段氧气流量较大的情况下，使所述挡板9下端不接触所述气体传感器安装座10底部，二者之间存在分流间隙，这样由所述进气接头11进入的一部分气流经所述挡板9使阻流后进入所述进气通道6，另一部分气流直接由分流间隙流至所述出气接头12，在保证进入所述超声波通道内的气流流速前提下，降低氧气检测对呼吸机和麻醉机输氧的影响，同时消除气流不稳定对氧气浓度测量精度的影响。
为了可以实时准确的测量气体的温度，在所述超声波通道的中部设置温度传感器。
本发明的一种超声波气体传感器在使用时，与外部的PCBA配合使用，该PCBA连接所述第一超声波换能器、所述第二超声波换能器和所述温度传感器，实现对气体浓度的实时测量。
在本实施例中仅以超声波气体传感器应用于呼吸机和制氧机等医疗设备上的气体传感器安装座进行举例说明，但事实上其也可以应用于其他使用类似于本实施例中所使用的气体传感器安装座以形成检测通路的场合，对此不作限定。在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波气体传感器，其特征在于：包括壳体和分别设置于所述壳体内腔顶端的第一超声波换能器和第二超声波换能器，所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器于所述壳体内形成V型超声波传输路径，所述壳体通过所述壳体底部的底板密封，所述壳体底部设有进气通道和出气通道，所述进气通道的上端延伸入所述超声波传输路径的左侧，所述出气通道上端延伸入所述超声波传输路径的右侧，使被测气体通过进气通道进入超声波传输路径，并通过出气通道流出超声波传输路径；所述进气通道下端和所述出气通道的下端聚合于所述壳体底板的下侧并通过凸出于所述壳体底板下侧的挡板分隔，所述进气通道下端和所述出气通道的下端均与气体传感器安装座连通。
2.如权利要求1所述的超声波气体传感器，其特征在于：所述进气通道的上端靠近所述第一超声波换能器，所述出气通道上端靠近所述第二超声波换能器，以使进入壳体内腔的被测气流均能通过第一和第二超声波换能器的探测区域。
3.如权利要求1所述的超声波气体传感器，其特征在于：所述壳体内腔为左右对称的V型结构，所述壳体密封并且通过进气通道和出气通道与气体传感器安装座进行连通，所述进气通道和出气通道均为圆孔状。
4.如权利要求3所述的超声波气体传感器，其特征在于：所述挡板向下延伸至气体传感器安装座内，所述挡板下端不接触气体传感器安装座底部，二者之间存在分流间隙。
5.如权利要求3所述的超声波气体传感器，其特征在于：所述挡板向下延伸至气体传感器安装座内，所述挡板下端接触气体传感器安装座底部。
6.如权利要求3所述的超声波气体传感器，其特征在于：在所述壳体下端设置了向下延伸的连接部，所述壳体通过所述连接部与传感器安装座连接，所述连接部的内部中空，并且与所述进气通道和所述出气通道相通。
7.如权利要求6所述的超声波气体传感器，其特征在于：所述挡板向下延伸的长度L1大于或等于所述连接部向下延伸的长度L2。
8.如权利要求6所述的超声波气体传感器，其特征在于：所述壳体下端与所述气体传感器安装座螺纹连接或扣合连接。
9.如权利要求1所述的超声波气体传感器，其特征在于：所述超声波传输路径的中部设有温度传感器。
10.如权利要求1所述的超声波气体传感器，其特征在于：所述壳体上端设有第一安装槽和第二安装槽，所述一安装槽和所述第二安装槽分别用于安装所述第一超声波换能器和第二超声波换能器。
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