[实用新型]磁动式测氧仪的信号探测装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及测氧仪，特别是其信号探测装置。

现有技术：磁动式测氧仪以气体磁性为原理，利用了氧气的顺磁性且磁化率大，氮气是抗磁性物质的特性，对气体中的氧含量进行测量，它具有基本不受混合气体中非测量组份变化的影响，反应速度快，稳定性好，测量范围宽等优点。

磁动式测氧仪主要包括测量池和数据采集处理系统。测量池是测定氧含量的传感部件，由铂丝、小反射镜、玻璃哑铃球、磁极组成。其基本原理是充氮哑铃球铂丝反射镜系统悬挂在有一定梯度的非均匀强磁场中，哑铃球系统在梯度的非均匀磁场中受力矩作用而旋转一定的角度，当一光束照射在平面镜上时，平面镜将光束反射到光电探测器上。当被测气样充满气室后，两磁极间的磁感应强度随被测气样的氧含量不同而发生变化。充氮哑铃球所受到的磁场的斥力也随之变化，哑铃球的旋转角度也就不同，则反射光束的光斑在光电探测器上的位置也不同，从而可探测到氧气的不同含量。

由于气体磁化率非常微弱，测量池中哑铃球铂丝系统所受力矩很小，因此，在不同氧含量情况下，哑铃球扭转的角度变化也很小，要直接测量哑铃球扭转的角度是很困难的。为了测量这一微小转角，在哑铃球的连杆中间贴有反射镜，采用了光杠杆对哑铃球扭转的角度信号进行放大。在一定距离处探测反射光点信号。

过去传统的光电探测器是磁场中铂丝悬吊着充氮玻璃哑铃球，哑铃球中部安装着反射镜，光源通过狭缝、凸透镜、反射镜后光线反射到光电池表面，光电池作为接收信号装置再将信号输入数据处理系统后将反射镜转动角度变化以含氧量读数在显示器中显示。由于每个光电池只能探测光强大小，不能探测光斑的位置，因此利用了两个完全相同的光电池并排放置，接收反射光斑。根据气体中氧含量的不同，光斑在两个光电池照射的位置不同，对两个光电池输出的差动信号进行模拟处理，这是一种模拟方式。其不足之处在于两光电池位置安装调试困难，电路设计复杂，且仪器的分辨率难于提高。

实用新型内容：本实用新型为克服上述缺陷，提供一种磁动式测氧仪的信号探测装置。

本实用新型的方案是：对应于反射镜接收反射光相应位置接收信号的装置是线阵CCD。

本实用新型的优点在于采用线阵CCD装置比模拟信号方式具有可靠、抗干扰、精确度高、分辨率高、安装方便等优点。灵敏度可从0.1％增大到0.04％以上；测量精度可从0.2％增大到0.1％以上。

附图说明：

图1为测量池结构示意图。

图2为CCD线阵相对位置图。

图3为数据处理系统方框图。

具体实施方式：

本信号探测装置，包括反射镜(2)、光源(5)、狭缝(4)、凸透镜(3)，接收信号装置、数据处理系统。对应于反射镜(2)的反射光信号位置的接收装置是线阵CCD(1)。

当光源(5)通过狭缝(4)及凸透镜(3)将光束射到反射镜(2)后，随哑铃球偏转的反射镜(2)将此光束反射聚焦到线阵CCD(1)上，对线阵CCD(1)接收的光斑信号取前后沿像元的中点为有效像元值，即前后沿数据平均值为采样的光点像元值进行模式运算，再将各氧含量的线阵CCD(1)像元值转换成氧百分含量在显示器上显示其读数。

采用线阵CCD(1)对比光电池其优点主要在于像素小而密集排列，其位置测量误差则仅为两像素间隔(7μm)，精确度也越高；且受光有效像素的数量大，允许光斑移动范围宽，可方便安装线阵CCD的位置，并通过调节其与测量池的距离增大仪器的分辨率。这是光电池采光无法实现的。线阵CCD(1)信号数据处理系统采用以下办法处理：

①采样比较器对线阵CCD(1)输出的模拟信号整形成方波，简化电路；

②应用CPLD可编程逻辑电路设计线阵CCD(1)时序电路和接口电路，提高数据采样效率；

③取光点的前后沿数据的中点(前后沿数据平均值)为采样的光点像元值，以减小因入射光强变化，背景光变化引入的误差；

④对数据多次采样取平均值，提高数据的有效位数和稳定性；

⑤对不同的温度、氧含量进行定标，并进行插值，减小温度和非线性对精确度的影响。

因而其线路结构如图3所示：线阵CCD(1)依次连接运算放大器、比较器、EPM7064S、8052单片机、LED显示器。EPM7064S另一接口回接线阵CCD

(1)，线阵CCD(1)(电荷耦合器件)由EPM7064S产生驱动信号，线阵CCD

(1)检测到的位置信号经运放和比较器电路后整形成方波信号触发EPM7064，它向CPU申请中断并送出数据。8052单片机接收数据，并进行相应处理将结果由LED显示出来。