一种基于半水半气的氧监测系统的测试系统及方法与流程
本发明涉及测试，特别是涉及一种基于半水半气的氧监测系统的测试系统及利用测试系统实现的测试方法。
背景技术：
1、潜水员使用闭式潜水呼吸器进行潜水时，需要对闭式潜水呼吸器中呼吸气体的氧分压进行实时检测，以防止因呼吸器供气异常、潜水时长超过计划、潜水员耗氧量变化剧烈等情况导致潜水员出现缺氧或氧中毒现象，从而保障潜水员的生命安全。基于此设计人设计了氧监测系统，氧监测系统中的氧传感器可以实时检测闭式潜水呼吸器的吸气管路中的氧浓度。为了保证氧监测系统中氧传感器的检测精度，需要模拟水下高压环境压力，来对氧分压高压环境下的氧传感器的检测精度进行测试，基于此本发明设计了一种基于半水半气的氧监测系统的测试系统及方法。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种基于半水半气的氧监测系统的测试系统及方法。
2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
3、本发明提供一种基于半水半气的氧监测系统的测试系统，其特点在于，氧监测系统包括氧检测装置和氧显示装置，氧检测装置的吸气气体流入端和吸气气体流出端均包设有波纹管，氧检测装置包括氧传感器、主控芯片和天线，氧显示装置包括无线射频接收模块和主微控制器，氧传感器和天线均与主控芯片电连接，天线与无线射频接收模块通讯连接，无线射频接收模块和主微控制器电连接；
4、测试系统包括试验用压力罐，试验用压力罐内下部承载有水，氧检测装置和氧显示装置均放置于试验用压力罐内水中，两侧的波纹管的顶部均伸出水面，试验用压力罐的顶部穿设固定有进气口和出气口，进气口连接进气管的一端，进气管的另一端置于吸气气体流入端对应的波纹管内并与氧检测装置的吸气气体流入接头连接，进气口上且位于试验用压力罐外设置有进气阀，出气口上且位于试验用压力罐外设置有出气阀，试验用压力罐连接有显示其内部压力的压力表，试验用压力罐的顶部设置有正对氧显示装置的显示屏的观察窗。
5、本发明还提供一种基于半水半气的氧监测系统的测试方法，其特点在于，其利用上述的测试系统实现，测试方法包括测试方法一：
6、对开机连接的氧检测装置和氧显示装置进行常压下校准，氧显示装置记录显示氧检测装置的氧传感器检测传来的氧分压值，关闭出气阀，打开进气阀，向试验用压力罐中打入23％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到7个大气压，关闭进气阀，氧显示装置记录显示稳定后氧传感器检测传来的氧分压测量值；
7、按式(1)计算检测误差δe；
8、δe＝b-bs (1)
9、式中b为氧分压测量值，bs为7个大气压下对应的氧分压理论值；
10、合格判据：判断检测误差δe是否在高压下精度范围内，若是则氧传感器测试合格，否则氧传感器测试不合格，高压下精度为±(0.1×p)kpa，其中p代表测试环境实际气压与1个大气压的比值，且p＝7。
11、本发明还提供一种基于半水半气的氧监测系统的测试方法，其特点在于，其利用上述的测试系统实现，测试方法包括测试方法二：
12、对开机连接的氧检测装置和氧显示装置进行常压下校准，氧显示装置记录显示氧检测装置的氧传感器检测传来的氧分压值，关闭出气阀，打开进气阀，向试验用压力罐中打入标准空气，使试验用压力罐内压力达到2个大气压，关闭进气阀，氧显示装置记录显示稳定后2个大气压下氧传感器检测传来的氧分压测量值；
13、重复上述操作，分别使试验用压力罐内压力达到3个大气压、4个大气压、5个大气压、6个大气压、7个大气压，关闭进气阀，氧显示装置分别记录显示稳定后3-7个大气压中各个大气压下氧传感器检测传来的氧分压测量值；
14、按式(1)计算2-7个大气压中各个大气压对应的检测误差δe；
15、δe＝b-bs (1)
16、式中b为2-7个大气压中各个大气压下的氧分压测量值，bs为2-7个大气压中各个大气压下对应的氧分压理论值；
17、合格判定：判断计算出的6个检测误差δe中每个检测误差δe是否均在对应的高压下精度范围内，若是则氧传感器测试合格，否则氧传感器测试不合格，高压下精度为±(0.1×p)kpa，其中p代表测试环境实际气压与1个大气压的比值，且p＝2、3、4、5、6、7。
18、本发明还提供一种基于半水半气的氧监测系统的测试方法，其特点在于，其利用上述的测试系统实现，出气管上设置有质量流量计，出气管连接有高精度氧分析仪，测试方法包括测试方法三：
19、2个大气压测试：对开机连接的氧检测装置和氧显示装置进行常压下校准，氧显示装置记录显示氧检测装置的氧传感器检测传来的氧分压值，关闭出气阀，打开进气阀，向试验用压力罐中打入压缩空气，使试验用压力罐内压力达到2个大气压，关闭进气阀，氧显示装置记录显示稳定后2个大气压下氧传感器检测传来的氧分压测量值作为第一氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第二氧分压测量值与第一氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；然后通过泄压将压力降至150kpa左右关闭出气阀，打开进气阀打入40％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到2个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第三氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第四氧分压测量值与第三氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；
20、3个大气压测试：对开机连接的氧检测装置和氧显示装置进行常压下校准，氧显示装置记录显示氧检测装置的氧传感器检测传来的氧分压值，关闭出气阀，打开进气阀，向试验用压力罐中打入8％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到3个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第一氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第二氧分压测量值与第一氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；然后通过泄压将压力降至200kpa左右关闭出气阀，打开进气阀打入40％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到3个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第三氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第四氧分压测量值与第三氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；
21、4个大气压测试：对开机连接的氧检测装置和氧显示装置进行常压下校准，氧显示装置记录显示氧检测装置的氧传感器检测传来的氧分压值，关闭出气阀，打开进气阀，向试验用压力罐中打入8％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到4个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第一氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第二氧分压测量值与第一氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；然后通过泄压将压力降至300kpa左右关闭出气阀，打开进气阀打入40％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到4个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第三氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第四氧分压测量值与第三氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；
22、5个大气压测试：对开机连接的氧检测装置和氧显示装置进行常压下校准，氧显示装置记录显示氧检测装置的氧传感器检测传来的氧分压值，关闭出气阀，打开进气阀，向试验用压力罐中打入8％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到5个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第一氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第二氧分压测量值与第一氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；然后通过泄压将压力降至450kpa左右关闭出气阀，打开进气阀打入40％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到5个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第三氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第四氧分压测量值与第三氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；
23、6个大气压测试：对开机连接的氧检测装置和氧显示装置进行常压下校准，氧显示装置记录显示氧检测装置的氧传感器检测传来的氧分压值，关闭出气阀，打开进气阀，向试验用压力罐中打入8％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到6个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第一氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第二氧分压测量值与第一氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；然后通过泄压将压力降至550kpa左右关闭出气阀，打开进气阀打入40％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到6个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第三氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第四氧分压测量值与第三氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；
24、7个大气压测试：对开机连接的氧检测装置和氧显示装置进行常压下校准，氧显示装置记录显示氧检测装置的氧传感器检测传来的氧分压值，关闭出气阀，打开进气阀，向试验用压力罐中打入8％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到7个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第一氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第二氧分压测量值与第一氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；然后通过泄压将压力降至650kpa左右关闭出气阀，打开进气阀打入40％±1％氧气标准气，使试验用压力罐内压力达到7个大气压，关闭进气阀，数值稳定后记录氧显示装置显示的氧分压测量值作为第三氧分压测量值；然后缓慢打开出气阀并调节质量流量计使出气流量达到500ml/min，利用高精度氧分析仪检测出气管中气体氧浓度，通过压力换算后获得的氧分压测量值作为第四氧分压测量值与第三氧分压测量值进行误差计算以获得检测误差δe；
25、合格判定：判断计算出的12个检测误差δe中每个检测误差δe是否均在对应的高压下精度范围内，若是则氧传感器测试合格，否则氧传感器测试不合格，高压下精度为±(0.1×p)kpa，其中p代表测试环境实际气压与1个大气压的比值，且p＝2、3、4、5、6、7。
26、本发明的积极进步效果在于：本发明设计了基于半水半气的氧监测系统的测试系统及方法，模拟水下高压环境压力，来对氧分压高压环境下的氧传感器的检测精度进行测试，测试出的氧分压对应的检测误差均在对应的目标误差范围内则表明氧传感器测试结果为合格，此氧监测系统可以用于潜水员水下作业用，存在测试出的氧分压对应的检测误差不在对应的目标误差范围内则表明氧传感器测试结果为不合格，此氧监测系统不可以用于潜水员水下作业用，需要对其进行维修或更换。本发明能够保证待下水的氧监测系统中的氧传感器在1～7个大气压下的测量精度，能够满足项目要求。
技术特征：
1.一种基于半水半气的氧监测系统的测试系统，其特征在于，氧监测系统包括氧检测装置和氧显示装置，氧检测装置的吸气气体流入端和吸气气体流出端均包设有波纹管，氧检测装置包括氧传感器、主控芯片和天线，氧显示装置包括无线射频接收模块和主微控制器，氧传感器和天线均与主控芯片电连接，天线与无线射频接收模块通讯连接，无线射频接收模块和主微控制器电连接；
2.如权利要求1所述的基于半水半气的氧监测系统的测试系统，其特征在于，氧检测装置包括中空内腔的第一防水壳体，第一防水壳体的中间位置处固定有防水隔板，第一防水壳体的中空内腔被防水隔板划分为无气体交换的密闭常压腔和有气体交换的变压腔，第一防水壳体的顶部且位于密闭常压腔的正上方依次固定有常压腔密封圈和常压腔上盖，常压腔上盖上嵌设有控制按键，密闭常压腔内固定有电池、控制电路板和天线，第一防水壳体的顶部且位于变压腔的正上方依次固定有变压腔密封圈和变压腔上盖，变压腔上盖的前侧穿设固定有吸气气体流出接头，第一防水壳体的底部壳体前侧且位于变压腔的正下方穿设固定有吸气气体流入接头，变压腔内靠近安装吸气气体流入接头位置处固定有安装板，安装板上固定有压差传感器和氧传感器，控制按键、压差传感器、氧传感器、天线和电池均与控制电路板上的主控芯片电连接。
3.如权利要求2所述的基于半水半气的氧监测系统的测试系统，其特征在于，常压腔上盖上嵌设有指示灯，指示灯与主控芯片电连接。
4.如权利要求2所述的基于半水半气的氧监测系统的测试系统，其特征在于，常压腔上盖上嵌设有触点，触点与主控芯片电连接。
5.如权利要求2所述的基于半水半气的氧监测系统的测试系统，其特征在于，常压腔密封圈采用硅胶密封圈，常压腔密封圈由与密闭常压腔的顶部壳体边缘相匹配的常压腔上密封圈和与密闭常压腔的内壁相匹配的常压腔下密封圈构成，常压腔上密封圈和常压腔下密封圈一体成型，常压腔下密封圈置于密闭常压腔内并贴合密闭常压腔内壁，常压腔上密封圈固定在密闭常压腔的顶部并贴合密闭常压腔的顶部壳体边缘；
6.如权利要求1所述的基于半水半气的氧监测系统的测试系统，其特征在于，氧显示装置包括中空内腔的第二防水壳体，第二防水壳体上嵌设有显示器，第二防水壳体内设置有无线射频接收模块、电源、电源管理模块和主微控制器，无线射频接收模块和显示器均与主微控制器电气连接，电源通过电源管理模块和主微控制器电连接。
7.一种基于半水半气的氧监测系统的测试方法，其特征在于，其利用权利要求1-6中任一项所述的测试系统实现，测试方法包括测试方法一：
8.一种基于半水半气的氧监测系统的测试方法，其特征在于，其利用权利要求1-6中任一项所述的测试系统实现，测试方法包括测试方法二：
9.一种基于半水半气的氧监测系统的测试方法，其特征在于，其利用权利要求1-6中任一项所述的测试系统实现，出气管上设置有质量流量计，出气管连接有高精度氧分析仪，测试方法包括测试方法三：
技术总结
本发明基于半水半气的氧监测系统的测试系统及方法，氧监测系统包括氧检测装置和氧显示装置，氧检测装置的吸气气体流入流出端均包设波纹管，氧检测装置包括氧传感器、主控芯片和天线，氧显示装置包括无线射频接收模块和主微控制器，氧传感器和天线与主控芯片连接，天线与无线射频接收模块连接，无线射频接收模块和主微控制器连接；测试系统包括压力罐，压力罐内下部承有水，氧检测装置和氧显示装置置于压力罐水中，两侧波纹管顶部均伸出水面，压力罐顶部设有进气口、出气口、压力表和观察窗，进气口连接进气管一端，进气管另一端置于吸气气体流入端对应波纹管内并与氧检测装置的吸气气体流入接头连接，进气口上设有进气阀，出气口上设有出气阀。
技术研发人员：闫硕,方以群,张伟,田亮亮,文宇坤,王福虎
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军特色医学中心
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23