氧传感器及呼吸面罩

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种氧传感器及呼吸面罩。

背景技术

现有技术的氧传感器根据工作原理不同可以分为电化学氧传感器、光纤式氧传感器、热磁式氧传感器、半导体电阻式氧传感器等。目前，实用化的氧气传感器主要包括传统电化学原理的含铅氧气传感器、浓差电池型二氧化锆氧传感器、半导体电阻型二氧化钛氧传感器以及荧光猝灭原理的光纤氧传感器，不同原理的氧传感器因其各自特性导致其所适用的范围不同。相比之下，荧光氧气传感器因操作简单、灵敏度高、不消耗待测物质、易于微型化、使用安全及可进行在线监测等优点备受人们的重视。

氧传感器通常包括壳体和光电模块，光电模块包括荧光片，壳体正对荧光片处开设有通气孔，荧光片通常是紧挨着通气孔。水汽通常会随着气体进入壳体内，并在壳体内凝结形成积水，一方面影响氧传感器的检测结果，另一方面影响荧光片的性能，进而影响荧光片的使用寿命。

前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止氧传感器内形成积水的氧传感器及呼吸面罩。

本发明提供一种氧传感器，包括壳体和光电模块，所述光电模块包括荧光片，所述壳体包括套筒，所述套筒中空，其包括容纳腔，所述套筒还包括第一端和与所述第一端相对的第二端，所述第二端上开设有与所述容纳腔连通的通气口，所述通气口的一端延伸至所述套筒的所述第二端的边缘，所述光电模块设于所述套筒的所述容纳腔内，所述荧光片位于所述光电模块的与所述第二端相邻的一端。

在其中一实施例中，所述通气口为十字槽，所述十字槽的四条边的末端均延伸至所述套筒的所述第二端的边缘处。

在其中一实施例中，所述壳体还包括连接环，所述连接环套设于所述套筒外，所述套筒的外壁上凸设有凸环，所述连接环和所述凸环之间设有间隙。

在其中一实施例中，所述套筒和所述连接环可沿轴向相对移动，使所述间隙的宽度可调。

在其中一实施例中，所述壳体内还设有用于加热的加热件。

在其中一实施例中，所述壳体还包括外盖，所述外盖与所述套筒的所述第一端对接。

在其中一实施例中，所述壳体还包括外盖，所述外盖与所述套筒的所述第一端对接。

在其中一实施例中，所述光电模块还包括前支架、后支架和电路板，所述前支架的一端靠设于所述套筒的所述第二端的内壁，所述后支架位于所述前支架和所述电路板之间，且分别固定连接于所述前支架和所述电路板，所述电路板的一端靠设于所述外盖；所述光电模块还包括激发光源、参考光源、荧光滤光片、激发滤光片、光电探测器，所述激发滤光片、所述荧光片、所述荧光滤光片和所述光电探测器依次设于所述激发光源发出的激发光的光路上，所述荧光滤光片和所述光电探测器依次设于所述参考光源发出的补偿光的光路上。

在其中一实施例中，所述通气口延伸至所述套筒的侧壁处，并在所述套筒的侧壁上形成底面；所述前支架的外壁上还开设有凹槽，所述凹槽处设有密封件，所述密封件还与所述套筒的内壁接触，所述通气口的所述底面比所述密封件的密封面更靠近所述套筒的所述第二端的外表面。

在其中一实施例中，所述光电模块还包括窗口片和二向镜，所述荧光片贴附在所述窗口片上，所述激发光源、所述激发滤光片和所述二向镜固定于所述前支架上，所述荧光滤光片和所述参考光源固定在所述后支架上，所述光电探测器固定在所述电路板上，所述二向镜相对所述荧光片倾斜一定角度，所述激发滤光片设于所述激发光源一侧，适于过滤所述激发光源发出的所述激发光，所述二向镜适于将所述激发滤光片的出射光反射至所述荧光片，所述荧光片适于接收所述二向镜反射的激发光，并发出荧光信号，所述二向镜还适于供所述荧光信号穿过并射向所述荧光滤光片，所述二向镜还适于将所述补偿光反射至所述荧光滤光片，所述光电探测器适于接收经所述荧光滤光片射出的所述荧光信号和所述补偿光。

在其中一实施例中，所述通气口延伸至所述套筒的侧壁处，并在所述套筒的侧壁上形成底面；所述前支架包括朝向所述套筒的所述第二端的前端面，所述通气口的所述底面比所述前支架的所述前端面更远离所述第二端的外表面。

在其中一实施例中，所述氧传感器还包括连接线和采集模块，所述连接线的一端电性连接于所述光电模块，另一端电性连接于所述采集模块；所述加热件设于所述套筒、所述前支架和所述后支架至少一个上，所述加热件包括连接端，所述连接端电性连接于所述连接线。

本发明还提供一种呼吸面罩，包括上述氧传感器和面罩，所述面罩与所述壳体连接。

本发明提供的氧传感器和呼吸面罩中，通过在套筒上开设延伸至套筒的边缘的通气口，可使通气口或荧光片处的积水沿着通气口及时流出，一方面保证了氧传感器的检测结果的准确性，另一方面避免壳体内积水，保证荧光片的性能不受积水影响，进而延长了荧光片的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一实施例的氧传感器的组装示意图。

图2为图1所示氧传感器的部分元件分解示意图。

图3为图1所示氧传感器的部分元件部分分解示意图。

图4为图1所示氧传感器的剖视示意图。

图5为图1所示氧传感器和一种设置有透镜的氧传感器的测量结果对比示意图。

图6为图1所示氧传感器的光路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参图1至图3，本发明一实施例提供的氧传感器包括壳体10和光电模块30。请一并参照图4，光电模块30包括激发光源32(见图6)、参考光源34(见图6)、荧光片36、荧光滤光片38、激发滤光片40(见图6)和光电探测器42，激发滤光片40、荧光片36、荧光滤光片38和光电探测器42适于依次接收激发光源32发出的激发光，荧光滤光片38和光电探测器42适于依次接收参考光源34发出的补偿光。光电模块30的激发光源32、参考光源34、荧光片36、荧光滤光片38、激发滤光片40和光电探测器42均设于壳体10内。壳体10包括套筒11和外盖13，套筒11中空，其包括容纳腔110，套筒11还包括设有开口的第一端112和与第一端112相对的第二端114，开口与容纳腔110连通。套筒11的第二端114上开设有与容纳腔110连通的通气口115，通气口115的一端延伸至套筒11第二端114的边缘，荧光片36位于容纳腔110内且与套筒11的第二端114相邻设置。外盖13包括空腔132，且外盖13一端设有与空腔132连通的开口，外盖13设有开口的一端与套筒11的第一端112相抵接。具体而言，激发光源32用于发出激发光，荧光片36具体可涂覆氧荧光敏感发光材料，以在光激发后发出荧光，激发滤光片40用于过滤激发光，参考光源34用于发出补偿光，荧光滤光片38用于过滤荧光和补偿光。

本实施例的氧传感器中，通过在套筒11上开设延伸至套筒11的边缘的通气口115，可使通气口115或荧光片36处的积水沿着通气口115及时流出，一方面保证了氧传感器的检测结果的准确性，另一方面避免壳体10内积水，保证荧光片36的性能不受积水影响，进而延长了荧光片36的使用寿命。

本实施例中，通气口115为十字槽，十字槽的四条边的末端均延伸至套筒11的第二端114的边缘处。更具体地，十字槽的交叉点位于套筒11的第二端114的中部。十字槽可使得通气口115的面积较大，增大通气面积有利于气体交换。可以理解，通气口115还可为其他形状，例如为一字型长槽。具体地，通气口115的截面形状可为矩形。

具体地，通气口115延伸至套筒11的侧壁处，并在套筒11的侧壁上形成底面1152。

本实施例中，壳体10还包括连接环15，套筒11的外壁上凸设有凸环116。连接环15套设于套筒11外，连接环15和凸环116之间设有间隙118，连接环15固定连接于外盖13。

具体地，套筒11的与第二端114相邻的外壁上设有螺纹，连接环15内设有螺纹，连接环15和套筒11螺纹连接。通过旋转套筒11，可调节间隙118的宽度，这样可适配不同的面罩(图未示)。可以理解，套筒11和连接环15也可通过其他方式套接，例如可直接借助摩擦力套接，只要套筒11和连接环15可沿轴向相对移动，以调整凸环116和连接环15之间的距离即可。

本实施例中，光电模块30还包括窗口片37，荧光片36贴附在窗口片37上，窗口片37对荧光片36形成支撑。具体地，荧光片36相对窗口片37更靠近壳体10的外部。具体地，窗口片37可为高透玻璃片。

本实施例中，光电模块30的一端靠设在套筒11的第二端114的内壁，另一端靠设在外盖13与套筒11连接的内壁。具体地，外盖13和连接环15上分别设有连接孔，紧固件119穿过连接孔从而将外盖13和连接环15固定连接。

本实施例中，光电模块30还包括前支架44、后支架46和电路板48。前支架44的一端靠设于套筒11的第二端114的内壁，后支架46位于前支架44和电路板48之间，且分别固定连接于前支架44和电路板48，电路板48的一端靠设于外盖13。

具体地，前支架44的外壁上还开设有凹槽444，凹槽444处设有密封件445，密封件445还与套筒11的内壁接触，以实现套筒11与前支架44之间的密封。通过密封件445密封性能较佳，保证内部光电模块30的洁净与整体的气密性，密封件445可为密封圈或密封垫等。通气口115的底面1152比密封件445的密封面更靠近套筒11的第二端114的外表面，这样，可避免积水流入到光电模块30的内部，保证氧传感器的整体的密封性不受影响。

具体地，光电模块30还包括二向镜49，激发光源32、激发滤光片40和二向镜49固定于前支架44上，荧光滤光片38和参考光源34固定在后支架46上，光电探测器42固定在电路板48上。二向镜49相对荧光片36倾斜一定角度(优选倾斜45°)。激发滤光片40设于激发光源32一侧，适于过滤激发光源32发出的激发光，二向镜49适于将激发滤光片40的出射光反射至荧光片36，荧光片36适于接收二向镜49反射的激发光，并发出荧光信号，二向镜49还适于供荧光信号穿过并射向荧光滤光片38，二向镜49还适于将补偿光反射至荧光滤光片38，光电探测器42适于接收经荧光滤光片38射出的荧光信号和补偿光。更具体地，二向镜49倾斜地朝向荧光片36而设，激发光源32和参考光源34分别位于二向镜49的两侧，激发滤光片40正对激发光源32而设，且位于激发光源32和二向镜49之间，荧光片36和激发滤光片40位于二向镜49的同侧，参考光源34和荧光滤光片38位于二向镜49的同侧，光电探测器42位于荧光滤光片38远离二向镜49的一侧。更具体地，激发滤光片40垂直于荧光片36，荧光滤光片38、光电探测器42平行于荧光片36，且荧光片36、荧光滤光片38和光电探测器42同轴设置。

具体地，前支架44包括朝向套筒11的第二端114的前端面447，通气口115的底面1152比前支架44的前端面447更远离第二端114的外表面。这样，荧光片36安装在前支架44上，且通气口115的底面1152低于前支架44的前端面447，避免在前端面44处形成可积水的凹槽，因此更利于积水从通气口115处及时流出。

在本氧传感器中，无需设置透镜，因此可减小整个氧传感器的体积，实现氧传感器的小型化，更便于携带，且能降低氧传感器的制造成本。请参图5，本实施例的氧传感器在没有设置透镜的情况下，其测得的氧分压结果和设置透镜的氧传感器测得的氧分压结果相差无几，说明本实施例的氧传感器在省略透镜的情况下仍能保证其测量的准确性。

本实施例中，氧传感器还包括连接线50和采集模块70，连接线50的一端电性连接于光电模块30的电路板48，另一端电性连接于采集模块70。通过连接线50和采集模块70可将氧传感器的电信号输出。

具体地，连接线50包括前端52和后端54，前端52容纳于外盖13的空腔132内，后端54伸出外盖13，并与采集模块70连接。外盖13开设有通过槽134和卡槽136，后端54穿过通过槽134伸出到外盖13外，前端52外周还设有卡环522，卡环522卡入卡槽136内，以将连接线50与外盖13卡固连接。采集模块70包括第一连接器72和第二连接器74，连接线50通过第一连接器72连接到采集模块70。可以理解，当采集模块70采用内置电池供电和无线传输数据时，第二连接器74可省略。采集模块70用于处理计算电路板48传输的电信号得到氧分压，并通过第二连接器74传输出去。

本实施例中，氧传感器的壳体10内还设有加热件90。通过设置加热件90可防止在壳体10内的水汽凝结而形成积水，可进一步避免壳体10内积水，保证荧光片36的性能不受积水影响，进而延长了荧光片36的使用寿命。具体地，加热件90可设于套筒11、前支架44和后支架46至少一个上。具体在本实施例中，加热件90设于前支架44和后支架46上，且套筒11、前支架44和后支架46均由金属材料等导热材料制成，具体可为铝(Al)、铜(Cu)等。加热件90包括连接端92，连接端92电性连接于连接线50，以通过连接线50给加热件90通电进行加热。氧传感器还包括温度传感器(图未示)，温度传感器用于检测套筒11、前支架44和/或后支架46的温度，通过控制开启加热件90进行加热或控制关闭加热件90控制套筒11、前支架44和/或后支架46的温度保持在预设温度范围内时，预设温度范围可为35℃～45℃。

请参阅图6，为本发明的氧传感器的光路原理示意图，其中实现箭头为激发光路径，点划线为荧光路径，虚线为参考光路径。激光光源32发出的激发光透过激发滤光片40后经二向镜49反射后再透过窗口片37将荧光片36激发产生荧光，荧光透过窗口片37再透过二向镜49后透过荧光滤光片38被光电探测器42接收，以产生电信号；参考光源34发出的参考光经二向镜49反射后透过荧光滤光片38后被光电探测器42接收，以产生电信号，参考光用于对系统误差的补偿，提高了测量的准确性。

本实施例的氧传感器可应用于呼吸面罩，当然，本实施例的氧传感器也可以用于其他场合和设备上，在此不做限制。

本发明还提供一种呼吸面罩，其包括上述氧传感器和面罩，面罩上开设配合孔，面罩穿设于套筒11上，并卡设在套筒11的连接环15和凸环116之间的间隙118处，由此将面罩和壳体10连接。在面罩厚度不同的情况下，可调节连接环15的位置，即调节间隙118的宽度，使面罩能牢固卡设在此处。

在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”、“设置在”或“位于”另一元件上时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。

在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。

在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。