浅谈一种新型非消耗的光学原理氧传感器

赛肯测控 2019-7-18

       这种传感器的诞生源于市场上对非消耗和完全符合RoHs标准的传感器有需求。所以这种传感器的诞生是为了取代市场上电化学原理和其他含铅等重金属消耗性的传感器。

       当前客户广泛应用的扩散型电化学原理的类似电池一样的气体传感器，其中一些含有有害物质，如铅等。尽管不符合RoHs标准，它们仍然被允许出售。但是这种情形不可能永远持续下去，随着电子技术等新技术的产生，另外相关法律法规的要求，含有铅等有害元素的传感器将陆续被禁用或淘汰，不能被继续生产制造。另外这些传感器会随着时间的推移而耗尽，因此它们只会像电池一样被消耗，并产生工业电子垃圾。

       在应用实践中，其中一个问题可能会一直困扰我们，那就是测量环境中氧气含量越多，氧传感器消耗得越快，当你使用一个新购买的氧电池传感器时，它们的使用寿命我们并不知道是多久，任何人也无法预料它什么时候需消耗尽需要及时更换。因为我们不知道它将在什么环境中应用。（这里我们仅只氧气量而言。）

      因此开发光学原理氧传感器，它基于光学荧光淬灭①。在这里有一个发出高能量蓝光脉冲的蓝色LED。蓝色的灯光照射到荧光材料上，荧光材料发出荧光并发出橙色光。它产生的光量随着时间的推移而衰减......它会在很短的时间内衰减。几微秒的量级。并且，在高氧浓度的情况下，衰减速率非常快，在低氧浓度的情况下，则速度较慢。

       板载微控制器测量波形衰减所需的时间，并进行温度补偿，然后根据该值计算出氧气值。传感器出厂前被校准。

       传感器不同于电化学和电流型传感器，有3个引脚，不需要供电。此原理传感器需要电源，两个引脚需要5伏电源。另外两个引脚是通信引脚。因此，这两个管脚不仅是产生被信号调节和放大并且温度补偿的模拟输出。

      传感器具有完全补偿的完全校准输出。通过这两个引脚传送氧气数值。选择使其成为RS232 TTL电平兼容接口，因为它是成为通过微型USART连接微控制器的一种非常简单的方法。

       因此，5伏特给2个引脚供电，3.3伏标称TTL信号直接送入您的微控制器。最大5伏电压，但大多数微控制器是3.3V。与其他类似风格和尺寸的传感器不同，您不需要任何外部电路。只需微控制器，现在每个产品都有一个微控制器。所以真正消除了额外电路的成本。

       例如连接，只需将其连接到USB接口，USB转RS232接口。可以看到它开始产生氧气值，数值是20.67%。在大多数正常室内环境中，氧气通常为20.7％。不是20.95%,20.95%或大多数人想到的21％。空气中的氧气含量，(基于干燥空气),当然有时候一些湿度使氧气值被稀释。所以20.7%非常典型。基于此当然还可以测到氧气压力。是208.4 mBar，传感器内的温度是25°C（室温条件），大气压值是1009 mBar，里面还有压力传感器。

       使用压力值和氧气压力来计算氧气浓度，得到氧气含量是20.62%。数值有时候会有所下降，可能是因为我们呼吸出了一点二氧化碳。如果我们对其吹气把更多的二氧化碳加到它上面。可以看到氧气示值经下降到19.5％以下并且它会继续下去，停止吹气，然后它再次开始上升，因为新鲜空气正在扩散回传感器。气体通过这种多孔PTFE疏水膜进入，这样可以将物质从传感器中过滤掉，特别是水分和灰尘。由于这个原因，响应时间相对较慢，当然我只是轻轻地呼吸，但是如果要以更高的流速引导气体，那么响应时间会更快。气体可以通过前面进入，但它也可以通过壳体和盖子之间的间隙进入，因为这不是气密密封。对于许多只需要测量传感器周围环境中氧气浓度的应用来说，这很好。

       此原理氧传感器的诞生，提供了一种新的测量和监测氧气含量或氧分压并同时监测温度和大气压值的多参数方案选择。更适合用于室内高原、高空缺氧环境监测。高原列车供氧、高原氧气环境改善、医疗氧仓、密闭舱体监测、医院、学校、科研院所、实验室等，深度开发为万物互联提供前沿神经。

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注解：

①荧光淬灭是指荧光物质分子与溶剂分子之间发生淬灭，荧光猝灭分为静态淬灭和动态淬灭。详细原理请查阅相关资料。