[发明专利]氧气浓度测量方法和系统

说明书

基于氧分子顺磁特性的氧气浓度测量方法和系统，包括测量气路、参考气路、测量气室、压差传感器和用于提供变化磁场的电磁元件；变化磁场作用于测量气室，测量气室与测量气路及参考气路联通，压差传感器的两个压力感应端分别与测量气路和参考气路联通，测量两个气路之间的气路压力差；由于氧气的顺磁特性，测量气室在变化磁场作用下,压差传感器两端会产生气路压力差，该气路压力差信号中包含被测气体的氧气浓度信息，且被调制在电磁元件励磁电流信号频率的载波频率上，并通过模拟电路放大后解调、模数转换而获得数字氧浓度信号。本发明设计的氧气浓度测量方法和系统的抗震动性能好，功耗低，并能抗零点漂移，不仅测量准确还具有很好的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及氧气浓度测量方法和系统，特别涉及利用氧分子顺磁特性的氧气浓度测量方法和系统。

背景技术

氧气浓度监测是现代临床手术及相关治疗、食品加工、化工、汽车等领域中不可少的关键监测指标之一，通常氧气浓度分析仪根据工作原理及应用范围的不同而分为不同的大类，包括顺磁式氧分析仪、电化学式氧气分析仪和激光式氧分析仪等。

现有技术中，采用氧化锆的电化学式氧气分析仪，是利用氧化锆遇到氧气后发生电化学反应，产生与浓度成比例的电流，从而实现氧气浓度的测量；但是电化学式氧气分析仪采用的氧化锆是电池式的，当材料逐渐消耗完之后不能再进行测量，需要定期更换，价格昂贵也不方便。

现有技术中，采用顺磁法的顺磁式氧分析仪是利用了氧分子有一种很特殊的特性，就是有强烈的顺磁性，即氧分子在磁场作用下可带磁性，并可被磁性吸引，可以利用氧气的这一特性来分析气体中的氧气浓度。通常在现有技术的顺磁式氧分析仪中，设置一个特定梯度的磁场，在该磁场中放置一个特制的哑铃状力矩感应线圈，由于氧气的顺磁排列产生推力，导致这个线圈的转动，再通过反馈电流使得上述线圈又回到原位置，这时线圈内电流与氧气浓度成正比，从而实现氧气浓度的测量，这个感应线圈其实就是具有一定扭矩的机械转动感应装置，通过将感应线圈的电流信号转换获得电压信号，以实现氧气信号数字化，最后完成氧气浓度的实时监测。

顺磁法测量氧气浓度，具有无环境影响、长寿命的特点，在医学和工业中得到广泛的应用，目前顺磁氧气测量基于磁场中扭矩转动所产生的电流反馈，而这个扭矩是需要设计精密的机械结构才能产生精确的扭矩变化，因此会存在以下几个问题：顺磁式氧分析仪为了保持氧气的顺磁特性，需要维持特定强度的电磁场，通常使得设备整体的功耗偏大；由于检测的精度直接取决于电磁场强度和机械转动感应装置的灵敏度，对需要连续检测氧气浓度微量变化的场合，需要更高的电磁场强度或机械转动感应装置的灵敏度；精密机械装置的实现成本高，测量会受到振动产生的机械位移影响，严重时设备会无法进行氧气浓度测量；并且振动会产生机械位移偏差积累到一定程度后需要重新校准操作，确保后续测量的准确性；机械扭矩有中的材料特性是随时间的持续是有衰减的，长期使用后会逐步变差，影响长期使用的测量性能，也需要进行校零和校准操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术顺磁氧气测量系统不抗震、功耗大，存在零点漂移的问题而提出一种氧气测量方法和系统。