具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-3，本发明第一实施例提供了一种弥散型氧传感器100，用于测试开放环境下氧气的浓度，如室内、户外环境下进行测量，包括外壳1、两超声波探头2及控制模块3，所述两超声波探头2与所述控制模块3电性连接。

具体地，所述外壳1内超声波在气体中进行传播，所述超声波探头2用于发射或接收超声波，所述控制模块3用于控制超声波探头2发射超声波，以及测量超声波传播的时间，通过控制模块3控制两超声波探头2，一超声波探头2发射超声波，另一超声波探头2接收超声波，通过探头的距离与超声波在两超声波探头2之间的传播时间，计算超声波传播的速率，进而换算出当前气体中氧气的浓度。

所述外壳1包括两通道，包括第一通道11与第二通道12，所述第一通道11与所述第二通道12垂直设计，所述第二通道12的内径大于所述第一通道11的内径，所述两超声波探头2分别堵塞在所述第一通道11两端口上。

具体地，所述第二通道12为空气通道，所述第一通道11为超声波通道，所述第一通道11与所述第二通道12在垂直相交的位置连通；所述第二通道12为开放式通道。

可以理解，所述第二通道12内充满外界的气体，也即气体弥散在第二通道12内，第一通道11两端设置两超声波探头2，超声波在第一通道11内传播，经过气体，气体可影响超声波的传播速率，从而在等距离条件下超声波的传播时间随着气体中氧气的浓度不同而不同，从而通过超声波的传播时间换算出环境中气体内氧气浓度，可避免使用常用的电化学传感器，摆脱常用的电化学传感器使用寿命短、成本高的问题，降低使用的成本，进一步地，弥散型氧传感器100可测量开放式氧环境的氧浓度，能用在弥散型氧传感器100可用于医疗、氧气仓等场景中，同时还能用在日常的生活环境中，如房间、办公室等室内环境中，其适用性强，进一步地，所述弥散型氧传感器100适用于开放环境下，其测量的氧环境的氧浓度范围得到提高，可从21-95％提高到0-100％，能在高原的空气稀缺下进行检测氧气浓度，提高弥散型氧传感器100的适用性。

所述控制模块3包括主控电路31、气压检测模块32及温度检测模块33；所述气压检测模块32、所述温度检测模块33与所述微处理器电路311电性连接；所述气压检测模块32用于检测氧环境的气压，所述温度检测模块33用于检测氧环境的温度。

所述气压检测模块32、所述温度检测模块33可获取实时的气压与温度，同时弥散型氧传感器100为开放式测量氧气，使弥散型氧传感器100可用于医疗、氧气仓等场景中，用户可在此类场景下有准确的数据，以进行日常的操作与活动。

请参阅图4，所述气压检测模块32包括芯片U4、电容C7、电阻R8、电阻R9；

所述芯片U4的VCC端口与GND端口两端分别连接电容C7两端，所述芯片U4的VCC端口接电源V1，所述芯片U4的GND端口接地，所述芯片U4的SDA端口接电阻R8一端，所述电阻R8另一端接电源V1，所述芯片U4的SCL端口接电阻R9一端，所述电阻R9另一端接电源V1，所述芯片U4的SDA端口连接芯片U1的PA12端口，所述芯片U4的SCL端口连接芯片U1的PA11端口；

所述芯片U12型号为MS5637。

具体地，所述芯片U4为压力传感器，用于检测当前的气压，实时监测气压，通过气压可换算出当前用户所在的海拔高度，由于随着海拔的高度不同气压也会随之变化，从而气体的密度发生变化，对超声的速度也会产生影响，根据当前的气压，对计算出的氧气浓度进行实时补偿，以获取准确的浓度值，提高测量的准确度与实时性。

请参阅图5,温度检测模块33包括温度传感器，所述温度检测模块33与所述微处理器电路311电性连接，所述温度传感器用于感应当前的温度，通过获取实时的温度，对实时的氧气浓度进行补偿，使测量的数据更精确。

请继续参阅图3，所述主控电路31包括微处理器电路311、切换电路312、滤波电路313、运放电路314及比较电路315；所述比较电路315与微处理器电路311电性连接，所述切换电路312、滤波电路313、运放电路314、比较电路315依次连接。

具体地，所述微处理器电路311用于控制控制模块3的各个模块电路，通过电信号控制与调节电路，所述微处理器模块包括微处理器U1，所述微处理器U1的型号为STM32F103C8T6。

进一步地，所述气压检测模块32、所述温度检测模块33、所述微处理器电路311、所述切换电路312、所述滤波电路313、所述运放电路314及所述比较电路315集成于同一块的电路板上，提高了整机电路工作的可靠性，提高了电路的工作性能和一致性，同时降低了氧传感器的能耗；进一步地，可减少另外设置专门测量的元件，可省去其占用的空间，节省弥散型氧传感器100的空间占用率，同时还降低了设备的成本。

请参阅图6-8，所述切换电路312包括芯片U5、芯片U6、芯片U8、电阻R12；

所述芯片U5的A1端口接电源V4，所述芯片U5的VCC端口接电源V1，所述芯片U5的GND端口与A2端口接地，所述芯片U5的ENB端口接微处理器电路311的PWM端口；所述芯片U5的B端口与所述芯片U6的B端口连接，且两端口中间串联一个电阻R12；所述芯片U6的VCC端口接电源V2，所述芯片U6的A1端口与所述芯片U8的A2端口连接，所述芯片U6的A2端口与所述芯片U8的A1端口连接，所述芯片U6的ENB端口与所述芯片U8的ENB端口连接，并与微处理器电路311的ENB端口连接，所述芯片U8的VCC端口接电源V3，所述芯片U6的GND端口、所述芯片U8的GND端口接地；芯片U5、芯片U6、芯片U8型号同为BL1551。

所述滤波电路313包括二极管D7、二极管D8、电容C12、电阻R23、电阻R24，所述二极管D7负极、所述二极管D8正极分别与所述电阻R24电性连接，所述电阻R23一端与电容C12一端电性连接，所述二极管D7正极、所述二极管D8的负极接地。

所述运放电路314包括芯片U9、电阻R13、电阻R14、电阻R29、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电容C11、电容C13、电容C14；所述芯片U9的V-端口接地，所述芯片U9的A+端口连接滤波电路313及比较电路315，所述电阻R25两端分别连接所述芯片U9的A-端口与所述芯片A0端口，所述芯片A0端口与所述电阻R13一端、电容C11一端连接，所述电阻R13另一端接地，所述电容C11的另一端与所述电阻R14一端电性连接，所述芯片U9的V+端口连接电源V6,所述芯片U9的B0端口连接电阻R29一端与比较电路315，所述芯片U9的B-端口分别连接电阻R26一端与电阻R28的一端，所述芯片U9的B+端口分别连接电容C13一端、电阻R27一端，所述电容C11另一端连接所述电阻R14一端，是电阻R14的另一端分别连接电容C13一端、电阻R29的一端、电容C14的一端，所述电容C14的另一端分别与电阻R26的一端、电阻R27的一端连接；所述芯片U9型号为LMV358。

所述比较电路315包括芯片U7、电阻R16、电阻R17、电阻R15、电阻R30、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R31及电容C15；所述芯片U7的OUT端口连接微处理电路的CH_Up端口、电阻R16的一端，所述芯片U7的1IN-端口分别连接电阻R15的一端、所述芯片U7的2IN+端口，所述芯片U7的2IN-端口连接电阻R33、电阻R34，所述芯片U7的2OUT端口连接电阻R17一端与微处理器电路311的CH_Down端口；所述电阻R30、电阻R32、电阻R33、电阻R34依次连接，所述电阻R30另一端接电源V10，所述电阻R31一端连接电阻R32、电阻R33、电容C15，所述电容C15另一端接地，所述电阻R34另一端接地；所述芯片U7型号为LMV393。

具体地，两超声波探头2收发一体，两超声波探头2可分别作为接收端或发射端，超声波传播的路径为多种路径，所述切换电路312通过对通道进行控制，切换信号传递方向，确保超声波信号传播路径为两超声波探头2之间的距离，保证任意的超声波传送方向上，超声波传送高度一致，路径一致，减少传递的误差。

具体地，通过电容与电阻组成RC滤波电路313，所述滤波电路313用于滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入点动作时产生的抖动引起的不良影响。

可以理解，由于超声信号会受到外界电压、余波等影响，所述超声波探头2接收在气体传递的超声波信号后，通过滤波及放大，使信号去除噪声及滤除杂波，并将信号放大，以便于后续处理，避免其他因素影响测量的结果，提高测量的精确度。

具体地，所述运放电路314通过采集捕获运放过后的有效信号，将滤波放大后的信号进行比较，获知当前的信号的传递方向，微处理器电路311通过获知当前的传递方向后，以便于定义其传送时间的方向，以利于后续的计算，提高弥散型氧传感器100的精确度。

可以理解，通过切换电路312、滤波电路313、运放电路314及运放电路314配合，获取在第一通道11与第二通道12带气体传播的情况下的超声波传播的时间，计算出超声波实时的速率，从而获知当前氧气的浓度与流量，降低测量的误差率，提高弥散型氧传感器100测量结果的精确度。

工作原理：

第一通道11与第二通道12两端的两个超声波探头2上分别连接在电路中，微处理器电路311选择激励其中一端超声波探头2发出超声波信号，另一个超声波探头2接收发出的信号。此过程中微处理器电路311发出固定频率的脉冲波激励一端超声波探头A发出发射波信号，通过开关电路，打开另一端超声波探头B接收通道，超声波探头A发出的信号经过开放式空腔到达超声波探头B，此时超声波探头B收到一个接收信号；对超声波探头2B收到的接收信号进行滤波、放大，得到一段较好的可用信号，然后再经过比较电路315，微处理器电路311通过捕获比较器捕获通道信号，得到一个从超声波探头A发出到超声波探头B收到信号的时间值；微处理器电路311以一定频率重复上述过程，就可得到超声的实时传输时间，从而换算出氧气浓度，同时气压检测模块32和温度检测模块33也会实时监测气压和温度数据，微处理器电路311根据测得的气压和温度的数据对计算出的氧气浓度再进行实时补偿，从而得到一个较准确的浓度值。

请参阅图9，本发明第二实施例提供了一种弥散型氧传感器控制方法，适用于上述第一实施例中的一种弥散型氧传感器，具体包括以下步骤：

步骤S1：第一通道与第二通道充满待测气体；

步骤S2：微处理器选择激励一端的超声波探头发出超声波信号，另一端超声波探头接收该超声波信号，获得超声波信号传递时间；

步骤S3：重复多次超声波信号在气体中的传递，获取实时超声波信号传递时间，进而换算实时氧气浓度；

步骤S4：通过气压检测模块、温度检测模块测量实时气压值与实时温度值；

步骤S5：根据实时气压值、实时温度值补偿计算实时氧气浓度，获取真实的氧气浓度。

可以理解，第一通道与第二通道在开放式环境下，待测气体充满第一通道与第二通道，通过微处理器选择激励一端的超声波探头发出超声波信号，另一端接收该超声波信号，超声波信号在第二通道内传送并经过第一通道内的气体，以获得超声波信号传递时间T1，通过超声波探头以一定频率重复上述步骤，可得到超声的实时传输时间，从而换算出实时氧气浓度C1；通过气压检测模块、温度检测模块测量实时气压值P与实时温度值Te，利用获得的实时氧气浓度C1、实时气压值P与实时温度值Te获取对应的计算系数，以对实时的氧气浓度进行补偿，通过换算公式对浓度进行换算，获取真实的氧气浓度，换算公式为：

C＝((T1+(Te-30)*Kt)*K1)*P/Kp+20.8

其中C为氧气的浓度，Kt为温度的补偿系数；K1为不同氧气浓度中的计算系数，Kp为压力补偿系数。

其中温度的补偿系数Kt通过不同的温度环境下获取温度每变化一度时间值大概变化，以作为温度的补偿系数Kt；不同氧气浓度中的计算系数K1通过已知的浓度进行对比计算出不同氧气浓度中的计算系数K1；压力补偿系数Kp在同一浓度条件下，不同气压环境中测的气压与浓度关系与压力补偿系数Kp。

通过对实时氧气浓度进行气压及温度的补偿换算，获取真实的氧气浓度，以达到测量的准确度，适合在高原地区环境下使用，将高原地区的气压低造成实际的氧气浓度降低通过补偿反应到计算上，使得测量的精确度提高，进一步地，所述第一通道与第二通道为开放式设计，气体弥漫在第一通道与第二通道内，增加测量的范围，使测量氧气浓度达到0-100％，使弥散型氧传感器测量的适配的环境更多样性。

与现有技术相比，本发明提供的一种弥散型氧传感器及其控制方法，具有以下优点：

1、所述弥散型氧传感器的第二通道内充满外界的气体，也即气体弥散在第二通道内，第一通道两端设置两超声波探头，超声波在第一通道内传播，经过气体，气体可影响超声波的传播速率，从而在等距离条件下超声波的传播时间随着气体中氧气的浓度不同而不同，从而通过超声波的传播时间换算出环境中气体内氧气浓度，可避免使用常用的电化学传感器，摆脱常用的电化学传感器使用寿命短、成本高的问题，降低使用的成本，进一步地，弥散型氧传感器100可测量开放式氧环境的氧浓度，能用在弥散型氧传感器可用于医疗、氧气仓等场景中，同时还能用在日常的生活环境中，如房间、办公室等室内环境中，其适用性强，进一步地，所述弥散型氧传感器100适用于开放环境下，其测量的氧环境的氧浓度范围得到提高，可从21-95％提高到0-100％。

2、所述气压检测模块、所述温度检测模块可获取实时的气压与温度，同时弥散型氧传感器为开放式测量氧气，使弥散型氧传感器可用于医疗、氧气仓等场景中，用户可在此类场景下有准确的数据，以进行日常的操作与活动。

3、所述气压检测模块、所述温度检测模块、所述微处理器电路、所述切换电路、所述滤波电路、所述运放电路及所述比较电路集成于同一块的电路板上，提高了整机电路工作的可靠性，提高了电路的工作性能和一致性，同时降低了氧传感器的能耗；进一步地，可减少另外设置专门测量的元件，可省去其占用的空间，节省弥散型氧传感器的空间占用率，同时还降低了设备的成本。

4、通过切换电路、滤波电路、运放电路及运放电路配合，获取在第一通道与第二通道带气体传播的情况下的超声波传播的时间，计算出超声波实时的速率，从而获知当前氧气的浓度与流量，降低测量的误差率，提高弥散型与管道结合型氧气检测装置测量结果的精确度。

5、第一通道与第二通道在开放式环境下，待测气体充满第一通道与第二通道，通过微处理器选择激励一端的超声波探头发出超声波信号，另一端接收该超声波信号，超声波信号在第二通道内传送并经过第一通道内的气体，以获得超声波信号传递时间T1，通过超声波探头以一定频率重复上述步骤，可得到超声的实时传输时间，从而换算出实时氧气浓度C1；通过气压检测模块、温度检测模块测量实时气压值P与实时温度值Te，利用获得的实时氧气浓度C1、实时气压值P与实时温度值Te获取对应的计算系数，以对实时的氧气浓度进行补偿，通过换算公式对浓度进行换算，获取真实的氧气浓度，通过对实时氧气浓度进行气压及温度的补偿换算，获取真实的氧气浓度，以达到测量的准确度，适合在高原地区环境下使用，将高原地区的气压低造成实际的氧气浓度降低通过补偿反应到计算上，使得测量的精确度提高，进一步地，所述第一通道与第二通道为开放式设计，气体弥漫在第一通道与第二通道内，增加测量的范围，使测量氧气浓度达到0-100％，使弥散型氧传感器测量的适配的环境更多样性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。