ДАТЧИК СОДЕРЖАНИЯ АЛКОГОЛЯ НА ОСНОВЕ MEMS И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2024 года по МПК G01N27/407 

Область техники

Настоящая заявка относится к области техники интеллектуальных устройств и, более конкретно, к датчику содержания алкоголя на основе MEMS и интеллектуальному устройству.

Предпосылки создания изобретения

Датчик содержания алкоголя представляет собой тестовый инструмент, используемый для измерения содержания алкоголя в воздухе, выдыхаемом человеческим организмом, а также измерительный инструмент, используемый дорожной полицией для определения того, пил ли водитель алкоголь или сколько алкоголя выпил водитель во время обеспечения соблюдения законов, чтобы можно было эффективно предотвратить дорожно-транспортные происшествия. Кроме того, датчик содержания алкоголя также может применяться в некоторых зонах повышенного риска или зонах, где работа в состоянии алкогольного опьянения запрещена.

Для удовлетворения требований к сигнализации традиционный датчик содержания алкоголя имеет большой объем и, следовательно, имеет ограниченное применение. Как правило, он используется только в профессиональном приборе для измерения содержания алкоголя.

Краткое описание изобретения

Технические проблемы

Цель вариантов осуществления настоящей заявки состоит в предоставлении датчика содержания алкоголя на основе MEMS и интеллектуального устройства для решения технической проблемы известного уровня техники, когда датчик содержания алкоголя имеет большой размер и ограниченное применение.

Решения проблемы

Технические решения

Для достижения указанной выше цели техническое решение, принятое в настоящей заявке, состоит в предоставлении датчика содержания алкоголя на основе MEMS, содержащего модуль измерения содержания алкоголя на основе технологии MEMS, процессор MCU, подложку схемы и корпус, который закрывает подложку схемы. Модуль измерения содержания алкоголя передает сигнал его концентрации на процессор MCU посредством модуля схемы дискретизации и усиления, а процессор MCU обрабатывает сигнал концентрации и затем выводит значение концентрации алкоголя;

при этом модуль измерения содержания алкоголя содержит первую твердоэлектролитную мембрану, расположенную в первой вмещающей полости, первую каталитическую проволоку, расположенную на верхней поверхности первой твердоэлектролитной мембраны и электрически подключенную к процессору MCU, и вторую каталитическую проволоку, расположенную на нижней поверхности первой твердоэлектролитной мембраны и электрически подключенную к процессору MCU.

Кроме того, в корпусе предусмотрена первая вмещающая полость, сообщающаяся с внешней средой, в первой вмещающей полости размещен модуль измерения содержания алкоголя, в нижней части корпуса предусмотрена вторая вмещающая полость, процессор MCU размещен во второй вмещающей полости, и вторая вмещающая полость заполнена герметиком для герметизации процессора MCU.

Кроме того, переключающий транзистор подключен параллельно к двум концам модуля измерения содержания алкоголя, и модуль схемы дискретизации и усиления представляет собой схему дискретизации и усиления токового типа.

Кроме того, переключающий транзистор представляет собой МОП-транзистор P-типа, и схема дискретизации и усиления токового типа содержит операционный усилитель, первый конденсатор, первый резистор, второй резистор, третий резистор и четвертый резистор, при этом электрод истока МОП-транзистора Р-типа и неинвертирующий вход операционного усилителя оба подключены к одному концу модуля измерения содержания алкоголя, электрод стока МОП-транзистора P-типа подключен к другому концу модуля измерения содержания алкоголя, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к другому концу модуля измерения содержания алкоголя посредством первого резистора, электрод затвора МОП-транзистора P-типа и положительный источник питания операционного усилителя оба подключены к источнику питания VDD, электрод затвора МОП-транзистора P-типа дополнительно последовательно заземлен посредством второго резистора и третьего резистора, и точка соединения второго резистора и третьего резистора также подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя; а первый конденсатор и четвертый резистор оба подключены параллельно между инвертирующим входом операционного усилителя и выходом операционного усилителя, и выход операционного усилителя подключен к входу процессора MCU посредством RC-цепи.

Кроме того, в первой вмещающей полости дополнительно расположена прижимная пластина мембраны, размещенная в нижней части первой твердоэлектролитной мембраны, при этом прижимная пластина мембраны закрепляет первую твердоэлектролитную мембрану, первую каталитическую проволоку и вторую каталитическую проволоку во вмещающей полости, и прижимная пластина мембраны закреплена во вмещающей полости посредством герметики.

Кроме того, во вмещающей полости дополнительно расположена вторая твердоэлектролитная мембрана, размещенная в нижней части первой твердоэлектролитной мембраны, и между второй твердоэлектролитной мембраной и первой твердоэлектролитной мембраной размещена вторая каталитическая проволока.

Кроме того, вмещающая полость содержит нижнюю полость, верхнее отверстие и канал, сообщающийся с нижней полостью и верхней ступенькой, первая твердоэлектролитная мембрана размещена в нижней полости, в верхнем отверстии размещена проницаемая пленка, канал заполнен воздухом, средняя часть первой каталитической проволоки непосредственно обращена к каналу, а верхняя стенка нижней полости прижата к первой каталитической проволоке.

Кроме того, в первой вмещающей полости дополнительно размещено нагревательное устройство.

В настоящей заявке дополнительно предоставлено интеллектуальное устройство, содержащее основной корпус, в котором размещен датчик содержания алкоголя на основе MEMS, как описано выше.

Преимущества настоящего изобретения

Преимущества

Датчик содержания алкоголя, предусмотренный в настоящей заявке, обладает следующими преимуществами: по сравнению с известным уровнем техники в настоящей заявке модуль измерения содержания алкоголя на основе технологии MEMS и процессор MCU интегрированы в корпус, такой датчик содержания алкоголя может непосредственно выводить цифровой сигнал, пользователь может считывать данные только посредством цифрового интерфейса, и нет необходимости дополнительно разрабатывать структуру схемы и программное обеспечение для микроуправления; а поскольку модуль измерения содержания алкоголя использует технологию MEMS, общий размер датчика содержания алкоголя уменьшен и датчик содержания алкоголя можно применять в различных сценариях, таких как мобильные телефоны и носимые устройства.

Краткое описание графических материалов

Краткое описание графических материалов

С целью более четкого описания технических решений в вариантах осуществления настоящей заявки далее будут кратко описаны графические материалы, необходимые для описания вариантов осуществления или известного уровня техники. Очевидно, что графические материалы в последующем описании просто показывают некоторые из вариантов осуществления настоящей заявки, и специалисты в данной области техники могли бы получить другие графические материалы в соответствии с этими графическими материалами без прикладывания каких-либо изобретательских усилий.

На фиг. 1 представлен вид сверху датчика содержания алкоголя на основе MEMS, предоставленного в варианте осуществления настоящей заявки;

на фиг. 2 представлен вид в поперечном разрезе по линии A–A, показанной на фиг. 1;

на фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе по линии B–B, показанной на фиг. 1;

на фиг. 4 представлено схематическое изображение в разобранном виде датчика содержания алкоголя на основе MEMS, предоставленного в варианте осуществления настоящей заявки; и

на фиг. 5 представлена принципиальная схема, на которой показана структура схемы датчика содержания алкоголя на основе MEMS, предоставленного в варианте осуществления настоящей заявки.

Номера позиций на графических материалах следующие:

10 – подложка схемы; 12 – процессор MCU; 13 – сварочное отверстие; 20 – первая твердоэлектролитная мембрана; 30 – корпус; 31 – первая вмещающая полость; 34 – вторая вмещающая полость; 40 – вторая твердоэлектролитная мембрана; 60 – первая каталитическая проволока; 61 – первая реакционная часть; 62 – первая соединительная часть; 63 – первая крепежная часть; 50 – вторая каталитическая проволока; 51 – вторая реакционная часть; 52 – вторая соединительная часть; 53 – вторая крепежная часть; 511 – средняя часть второй реакционной части; 512 – два конца второй реакционной части; 70 – проницаемая пленка; 80 – прижимная пластина мембраны; 82 – первая ограничительная канавка; 81 – вторая ограничительная канавка.

Варианты осуществления настоящего изобретения

Реализации изобретения

Для того чтобы сделать технические проблемы, требующие решения, технические решения и преимущества настоящей заявки более понятными, настоящая заявка будет описана более подробно ниже со ссылкой на графические материалы и варианты осуществления. Следует понимать, что конкретные варианты осуществления, описанные в данном документе, используются просто для пояснения настоящей заявки и не предназначены для ограничения настоящей заявки.

Следует отметить, что когда элемент упоминается как «прикрепленный к» или «расположенный на» другом элементе, он может быть непосредственно размещен на другом элементе или опосредованно размещен другом элементе. Когда элемент упоминается как «подключенный» к другому элементу, он может быть непосредственно подключен к другому элементу или опосредованно подключен к другому элементу.

Следует понимать, что ориентации или относительные положения, указанные терминами «длина», «ширина», «верхний», «нижний», «передний», «задний», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «верх», «низ», «внутренний», «наружный» и т. д., основаны на ориентациях или относительных положениях, показанных в графических материалах, и предназначены только для удобства описания настоящей заявки и упрощения описания, а не для указания или подразумевания того, что упомянутое устройство или элемент должны иметь определенную ориентацию или быть сконструированы и работать в определенной ориентации, и, следовательно, не могут быть истолкованы как ограничение настоящей заявки.

Кроме того, термины «первый» и «второй» используются только в описательных целях и не могут быть истолкованы как указывающие на или подразумевающие относительную важность, или косвенно указывающие на количество указанных технических признаков. Таким образом, признаки, определенные с помощью терминов «первый» и «второй», могут явно или косвенно включать в себя один или несколько признаков. В описании настоящей заявки термин «множество» означает два или более, если явно и конкретно не определено иное.

Со ссылкой на фиг. 1–7, ниже будет описан датчик содержания алкоголя на основе MEMS, предусмотренный в варианте осуществления настоящей заявки.

Датчик содержания алкоголя на основе MEMS, предусмотренный в этом варианте осуществления, в целом имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Датчик содержания алкоголя на основе MEMS содержит подложку 10 схемы, процессор 12 MCU, расположенный на подложке 10 схемы, и корпус 30, который закрывает подложку 10 схемы. В корпусе 30 предусмотрена первая вмещающая полость 31, сообщающаяся с внешней средой, в первой вмещающей полости 31 расположен модуль измерения содержания алкоголя, модуль измерения содержания алкоголя передает сигнал его концентрации на процессор 12 MCU посредством модуля схемы дискретизации и усиления, а процессор 12 MCU обрабатывает сигнал концентрации и сигнал давления воздуха, и затем выводит значение концентрации алкоголя.

В настоящей заявке модуль измерения содержания алкоголя на основе технологии MEMS и процессор 12 MCU интегрированы в корпус 30, такой датчик содержания алкоголя может непосредственно выводить цифровой сигнал, пользователь может считывать данные только посредством цифрового интерфейса, и нет необходимости дополнительно разрабатывать структуру схемы и программное обеспечение для микроуправления; а поскольку модуль измерения содержания алкоголя использует технологию MEMS, общий размер датчика содержания алкоголя уменьшен и датчик содержания алкоголя можно применять в различных сценариях, таких как мобильные телефоны и носимые устройства.

Со ссылкой на фиг. 4, в нижней части корпуса 30 предусмотрена вторая вмещающая полость 34, и после того, как процессор 12 MCU помещен на подложке 10 схемы и размещен во второй вмещающей полости 34, создаются эффекты закрепления процессора 12 MCU и герметизации второй вмещающей полости 34 за счет заполнения второй вмещающей полости 34 герметиком 36, что предотвращает попадание воздуха во вторую вмещающую полость 34 и обеспечивает попадание большего количества воздуха в первую вмещающую полость 31 и его воздействие на модуль измерения содержания алкоголя.

В данном варианте осуществления модуль измерения содержания алкоголя выполнен на основе технологии MEMS. MEMS (микроэлектромеханическая система) также называют микроэлектромеханической системой, микросистемой, микромашиной и т. д., что относится к высокотехнологичному устройству размером в несколько миллиметров или даже меньше. Это миниатюрное устройство или система, которая объединяет микродатчик, микроактуатор, микромеханическую структуру, микроисточник питания, схему обработки сигналов и управления, высокопроизводительное электронное интегрированное устройство, интерфейс, коммуникации и т. д. В настоящем изобретении модуль измерения содержания алкоголя выполнен на основе технологии MEMS, имеет небольшие размеры и высокую точность, и можно применять в различных миниатюрных устройствах.

В частности, модуль измерения содержания алкоголя, размещенный в первой вмещающей полости 31, содержит первую твердоэлектролитную мембрану 20, расположенную в первой вмещающей полости 31, первую каталитическую проволоку 60, расположенную на верхней поверхности первой твердоэлектролитной мембраны 20 и электрически подключенную к процессору 12 MCU, и вторую каталитическую проволоку 50, расположенную на нижней поверхности первой твердоэлектролитной мембраны 20 и электрически подключенную к процессору 12 MCU.

В этом варианте осуществления компоненты для определения содержания алкоголя, такие как первая твердоэлектролитная мембрана 20, первая каталитическая проволока 60 и вторая каталитическая проволока 50, расположены в компактном корпусе 30, вследствие чего внутренняя структура датчика содержания алкоголя является более компактной. Кроме того, подложка 10 схемы может быть использована как часть нижней части корпуса при обеспечении электрического соединения, вследствие чего полная высота датчика уменьшается, может быть лучше реализована легкая и тонкая конструкция, степень интеграции также становится выше, и датчик содержания алкоголя может быть более оптимально применим в различных интеллектуальных устройствах.

Кроме того, в этом варианте осуществления в первой вмещающей полости 31 дополнительно расположена вторая твердоэлектролитная мембрана 40, размещенная в нижней части первой твердоэлектролитной мембраны 20, и между второй твердоэлектролитной мембраной 40 и первой твердоэлектролитной мембраной 20 размещена вторая каталитическая проволока 50. При наличии двух твердоэлектролитных мембран усиливается эффект реакции на алкоголь мембран и каталитических проволок.

В этом варианте осуществления первая твердоэлектролитная мембрана 20 и вторая твердоэлектролитная мембрана 40 имеют по существу квадратное поперечное сечение, размер которого может составлять 4 мм × 4 мм. Разумеется, размер твердоэлектролитных мембран также может быть отрегулирован в соответствии с требованиями к общему размеру датчика содержания алкоголя. Как протонообменные мембраны, твердоэлектролитные мембраны обладают хорошей химической стойкостью и хорошими механическими свойствами, вследствие чего твердоэлектролитные мембраны могут быть очень тонкими, чтобы обеспечить свободное движение ионов во время реакции, при этом они являются кислотными и могут реагировать с алкоголем на воздухе.

Первая каталитическая проволока 60 и вторая каталитическая проволока 50 имеют по существу одинаковую структуру и могут быть структурно изменены. Например, первая каталитическая проволока 60 и вторая каталитическая проволока 50 могут иметь форму перевернутой буквы L. То есть первая каталитическая проволока 60 содержит горизонтальную первую реакционную часть 61 и первую соединительную часть 62, изогнутую вниз вдоль первой реакционной части 61. Первая реакционная часть 61 прикреплена к верхней поверхности первой твердоэлектролитной мембраны 20, и первая соединительная часть 62 проходит вдоль боковой поверхности первой твердоэлектролитной мембраны 20 и электрически подключена к подложке 10 схемы. Вторая каталитическая проволока 50 содержит горизонтальную вторую реакционную часть 51 и вторую соединительную часть 52, изогнутую вниз вдоль второй реакционной части 51. Вторая реакционная часть 51 прикреплена к верхней поверхности второй твердоэлектролитной мембраны 40, и вторая соединительная часть 52 проходит вдоль боковой поверхности второй твердоэлектролитной мембраны 40 и электрически подключена к подложке 10 схемы. Во время измерения воздух поступает в верхнюю часть первой вмещающей полости 31 и вступает в химическую реакцию с первой твердоэлектролитной мембраной 20 и второй твердоэлектролитной мембраной 40 для генерирования достаточных электрических зарядов, в то время как первая каталитическая проволока 60 и вторая каталитическая проволока 50 выступают в виде проводящих электродов и электрически подключены к подложке 10 схемы для осуществления передачи сигнала.

Во время сборки две каталитические проволоки и две твердоэлектролитные мембраны прижимаются друг к другу. Цель состоит в том, чтобы закрепить две каталитические проволоки более надежно, предотвращая отпадание. В этом варианте осуществления два катализатора имеют структуру, показанную на фиг. 6.

Первая каталитическая проволока 60 дополнительно содержит первую крепежную часть 63, изогнутую вниз вдоль конца первой реакционной части 61. Первая крепежная часть 63 прикреплена к боковой поверхности первой твердоэлектролитной мембраны 20 и расположена напротив первой соединительной части 62. Вторая каталитическая проволока 50 дополнительно содержит вторую крепежную часть 53, изогнутую вниз вдоль конца второй реакционной части 51. Вторая крепежная часть 53 прикреплена к боковой поверхности второй твердоэлектролитной мембраны 40 и расположена напротив второй соединительной части 52. Таким образом, во время сборки первая крепежная часть 63 первой каталитической проволоки 60 зацепляется за одну боковую поверхность первой твердоэлектролитной мембраны 20, и первая соединительная часть 62 выходит из другой противоположной боковой поверхности первой твердоэлектролитной мембраны 20. Точно так же вторая крепежная часть 53 второй каталитической проволоки 50 зацеплена за одну боковую поверхность второй твердоэлектролитной мембраны 40, и вторая соединительная часть 52 выходит из другой противоположной боковой поверхности второй твердоэлектролитной мембраны 40. В такой конструкции первая каталитическая проволока 60 и вторая каталитическая проволока 50 крепятся более прочно и с меньшей вероятностью отпадания.

Хотя нет прямого контакта между первой каталитической проволокой 60 и второй каталитической проволокой 50, в этом варианте осуществления первая каталитическая проволока 60 и вторая каталитическая проволока 50 пространственно расположены крест-накрест, а именно первая реакционная часть 61 и вторая реакционная часть части 51 реакционной части расположены крестообразно, вследствие чего первая соединительная часть 62 и вторая соединительная часть 52 могут выходить из разных боковых поверхностей твердоэлектролитных мембран, что предотвращает короткое замыкание, вызываемое взаимным контактом, когда они выходят из одной и той же боковой поверхности. Разумеется, первая каталитическая проволока 60 и вторая каталитическая проволока 50 могут быть расположены также другим образом, например, параллельно или непараллельно. Требуется только следить за тем, чтобы соединительные части двух каталитических проволок не соприкасались друг с другом.

С целью лучшего крепления двух твердоэлектролитных мембран и двух каталитических проволок в первой вмещающей полости 31, в этом варианте осуществления в первой вмещающей полости 31 дополнительно расположена прижимная пластина 80 мембраны, размещенная в нижней части первой твердоэлектролитной мембраны 20. Во время сборки сначала переворачивают корпус 30, после чего вторую каталитическую проволоку 50 и вторую твердоэлектролитную мембрану 40, первую каталитическую проволоку 60 и первую твердоэлектролитную мембрану 20 последовательно помещают в корпус, затем прижимают прижимной пластиной 80 мембраны, и, наконец, герметизируют и закрепляют посредством герметика.

В этом варианте осуществления, поскольку прижимная пластина 80 мембраны расположена в нижней части, с целью обеспечения лучшего выхода первой каталитической проволоки 60 и второй каталитической проволоки 50 и их электрического подключения к подложке 10 схемы, первая ограничительная канавка 82 и вторая ограничительная канавка 81 соответственно образованы в боковых стенках прижимной пластины 80 мембраны, причем первая соединительная часть 62 первой каталитической проволоки 60 проходит вниз вдоль внутренней части первой ограничительной канавки 82 и электрически подключена к подложке 10 схемы, и вторая соединительная часть 52 второй каталитической проволоки 50 проходит вниз вдоль второй ограничительной канавки 81 и электрически подключена к подложке 10 схемы.

Из фиг. 5 видно, что в этом варианте осуществления первая вмещающая полость 31 проходит в вертикальном направлении и может быть разделена на три части в зависимости от размера прохода, а именно на: нижнюю полость 311, верхнее отверстие 312 и канал 313 для сообщения нижней полости 311 с верхним отверстием 312. Прижимная пластина 80 мембраны, первая твердоэлектролитная мембрана 20 и вторая твердоэлектролитная мембрана 40 расположены последовательно в нижней полости 311, и канал 313, размещенный между нижней полостью 311 и верхним отверстием 312, заполнен воздухом. Таким образом, гарантируется, что первая твердоэлектролитная мембрана 20 и вторая твердоэлектролитная мембрана 40 могут находиться в достаточном контакте с воздухом, тем самым формируя достаточно большой ток для обеспечения точности проверки. Кроме того, в указанной выше конструкции средняя часть 611 второй реакционной части 51 второй каталитической проволоки 50 обращена непосредственно к каналу 313, и верхняя стенка нижней полости 311 прижата к двум концам второй реакционной части 51. Таким образом, вторая реакционная часть 51 второй каталитической проволоки 50 может находиться в достаточном контакте с воздухом в канале 313 и в верхнем отверстии 312, и верхняя стенка нижней полости 311 также до некоторой степени выполняет функцию прижатия двух концов 612 второй реакционной части 51, вследствие чего может быть достигнуто лучшее крепление между второй каталитической проволокой 50 и второй твердоэлектролитной мембраной 40.

В этом варианте осуществления верхнее отверстие 312 представляет собой углубленное ступенчатое отверстие, образованное в верхней поверхности корпуса 30, проницаемая пленка 70 расположена на ступенчатой поверхности углубленного ступенчатого отверстия, и наружный воздух может проникать в проницаемую пленку 70 и реагировать с первой твердоэлектролитной мембраной 20, первой каталитической проволокой 60 и второй каталитической проволокой 50. Проницаемая пленка 70 может отфильтровывать водяной пар и пыль из воздуха, а также обладает хорошей воздухопроницаемостью, обеспечивая прохождение чистого воздуха и делая измерения более точными. Разумеется, проницаемая пленка 70 также может быть удалена из датчика измерения содержания алкоголя в этом варианте осуществления, и если датчик содержания алкоголя специально применяется в различных устройствах или аппаратах, обеспечение устройств или аппаратов проницаемой пленкой 70 также может обеспечить водостойкие, пылезащитные и воздухопроницаемые функции. Углубленное ступенчатое отверстие имеет квадратное сечение, и канал 313 и сообщающаяся с ним нижняя полость 311 также имеют квадратное сечение. При квадратном верхнем отверстии впускное отверстие для воздуха может быть максимально увеличено на ограниченной площади, вследствие чего можно эффективно гарантировать достаточное количество входящего воздуха, миниатюрный датчик содержания алкоголя не будет иметь меньший сигнал, чем традиционный датчик содержания алкоголя; а квадратная первая вмещающая полость 31 имеет большой размер, облегчая химическую реакцию алкоголя с двумя каталитическими проволоками и двумя твердоэлектролитными мембранами.

Кроме того, в этом варианте осуществления в первой вмещающей полости 31 дополнительно расположено нагревательное устройство (не показано). Нагревательным устройством может быть, в частности, нагревательный лист, и после проверки воздух с алкоголем может быть быстро испарен посредством нагревания первой вмещающей полости 31, чтобы в первой вмещающей полости 31 не осталось остаточного воздуха, то есть первая вмещающая полость 31 также очищается от алкоголя для обеспечения точности следующей проверки.

В этом варианте осуществления материал первой каталитической проволоки 60 и второй каталитической проволоки 50 представляет собой благородный металл. В частности, благородный металл может представлять собой платиновую проволоку. Разумеется, для изготовления каталитических проволок можно использовать и другие благородные металлы.

В этом варианте осуществления подложка 10 схемы содержит подложку 11 схемы и компоненты (не показаны), расположенные на подложке схемы. В подложке 11 схемы образованы два сварочных отверстия 13, и первая каталитическая проволока 60 и вторая каталитическая проволока 50 соответственно привариваются к двум сварочным отверстиям 13 после выхода из первой ограничительной канавки 82 и второй ограничительной канавки 81.

Кроме того, в этом варианте осуществления дискретизированный сигнал, полученный модулем измерения содержания алкоголя, обрабатывается схемой усиления токового типа. Со ссылкой на принципиальную схему, показывающую структуру схемы на фиг. 5, переключающий транзистор подключен параллельно к двум концам модуля измерения содержания алкоголя и в данном документе представляет собой МОП-транзистор Р-типа. МОП-транзистор открывается во время дискретизации, и МОП-транзистор закрывается для сброса модуля измерения содержания алкоголя после дискретизации, чтобы мог поддерживаться баланс заряда модуля измерения содержания алкоголя, когда измерение не выполняется. Во время определенной операции, когда модуль измерения содержания алкоголя берет пробу воздуха, содержащего определенную концентрацию алкоголя, ток будет изменяться, сигнал тока будет преобразован в сигнал напряжения, который усиливается и затем отправляется на процессор MCU для обработки, и, наконец, результат выводится в виде цифрового сигнала.

В варианте осуществления схема дискретизации и усиления токового типа содержит операционный усилитель U1, первый конденсатор C1, первый резистор R1, второй резистор R2, третий резистор R3 и четвертый резистор R4. Электрод истока МОП-транзистора Р-типа и неинвертирующий вход IN+ операционного усилителя U1 подключены к одному концу модуля J1 измерения содержания алкоголя, электрод стока МОП-транзистора Р-типа подключен к другому концу модуля J1 измерения содержания алкоголя, и другой конец модуля J1 измерения содержания алкоголя дополнительно подключен к инвертирующему входу IN- операционного усилителя U1 посредством первого резистора R1. Электрод затвора МОП-транзистора Р-типа и положительный источник питания операционного усилителя оба подключены к источнику питания VDD, электрод затвора МОП-транзистора P-типа последовательно заземлен посредством второго резистора R2 и третьего резистора R3, и точка соединения второго резистора R2 и третьего резистора R3 также соединена с неинвертирующим входом IN+ операционного усилителя U1. Как первый конденсатор C1, так и четвертый резистор R4 подключены параллельно между инвертирующим входом IN- операционного усилителя U1 и выходом OUT операционного усилителя, и выход OUT операционного усилителя U1 подключен к входу процессора MCU посредством RC-цепи.

В этом варианте осуществления процессор MCU представляет собой однокристальный микрокомпьютер, и вход процессора MCU представляет собой вход аналогового сигнала. Операционный усилитель U1 преобразует сигнал тока, выдаваемый модулем J1 измерения содержания алкоголя, в сигнал напряжения, который усиливается и затем отправляется на вход аналогового сигнала однокристального микрокомпьютера. Кроме того, МОП-транзистор Q1 открывается во время дискретизации модуля J1 измерения содержания алкоголя, и МОП-транзистор Q1 закрывается для сброса модуля J1 измерения содержания алкоголя после дискретизации, чтобы мог поддерживаться баланс заряда модуля J1 измерения содержания алкоголя, когда измерение не выполняется. Операционный усилитель U1 представляет собой операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления. Так как дискретизированный сигнал является слабым сигналом, применяется принцип инвертирующего усиления с одним источником питания VCC, а на неинвертирующем входе устанавливается напряжение смещения, которое можно регулировать. Сигнал модуля J1 измерения содержания алкоголя обрабатывается схемой дискретизации и усиления, и затем отправляется на вход аналогового сигнала процессора MCU через RC-цепь.

Когда модуль J1 измерения содержания алкоголя берет пробу воздуха, содержащего определенную концентрацию алкоголя, ток будет изменяться, дискретизированный сигнал тока будет преобразован в сигнал напряжения, который усиливается и затем отправляется на процессор MCU для обработки, сигнал напряжения обрабатывается процессором MCU для получения значения концентрации алкоголя, и эти данные о концентрации выводятся посредством цифрового интерфейса однокристального микрокомпьютера, вследствие чего данные этого датчика могут быть считаны извне посредством процессора или других интеллектуальных устройств связи.

В настоящей заявке дополнительно предоставлено интеллектуальное устройство (не показано), содержащее основной корпус, в котором размещен датчик содержания алкоголя на основе MEMS, как описано выше. Благодаря небольшому размеру и точной проверке датчик содержания алкоголя может широко применяться в мобильных телефонах или повседневных носимых устройствах, таких как браслеты, часы и очки.

Указанные выше варианты осуществления являются просто предпочтительными вариантами осуществления настоящей заявки, но не предназначены для ограничения настоящей заявки, и любые модификации, эквивалентные замены, усовершенствования и т. д., сделанные в соответствии с духом и принципом настоящей заявки, должны быть включены в объем правовой охраны настоящей заявки.

Группа изобретений относится к области анализаторов для определения уровня алкоголя в воздухе, выдыхаемом человеческим организмом. Датчик содержания алкоголя на основе MEMS содержит модуль измерения содержания алкоголя на основе технологии MEMS, процессор MCU, подложку схемы и корпус. Модуль измерения содержания алкоголя передает сигнал концентрации на процессор MCU посредством модуля схемы дискретизации и усиления, а процессор MCU обрабатывает сигнал концентрации и затем выводит значение концентрации алкоголя. Технический результат – повышение чувствительности и компактности устройства. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Датчик содержания алкоголя на основе MEMS, отличающийся тем, что содержит:

модуль измерения содержания алкоголя на основе технологии MEMS, процессор MCU, подложку схемы и корпус, который закрывает подложку схемы, при этом модуль измерения содержания алкоголя передает сигнал его концентрации на процессор MCU посредством модуля схемы дискретизации и усиления и процессор MCU обрабатывает сигнал концентрации и затем выводит значение концентрации алкоголя;

при этом модуль измерения содержания алкоголя содержит первую твердоэлектролитную мембрану, расположенную в первой вмещающей полости, первую каталитическую проволоку, расположенную на верхней поверхности первой твердоэлектролитной мембраны и электрически подключенную к процессору MCU, и вторую каталитическую проволоку, расположенную на нижней поверхности первой твердоэлектролитной мембраны и электрически подключенную к процессору MCU.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе предусмотрена первая вмещающая полость, сообщающаяся с внешней средой, в первой вмещающей полости размещен модуль измерения содержания алкоголя, в нижней части корпуса предусмотрена вторая вмещающая полость, процессор MCU размещен во второй вмещающей полости и вторая вмещающая полость заполнена герметиком для герметизации процессора MCU.

3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что переключающий транзистор подключен параллельно к двум концам модуля измерения содержания алкоголя и модуль схемы дискретизации и усиления представляет собой схему дискретизации и усиления токового типа.

4. Датчик по п. 3, отличающийся тем, что переключающий транзистор представляет собой МОП-транзистор P-типа и схема дискретизации и усиления токового типа содержит операционный усилитель, первый конденсатор, первый резистор, второй резистор, третий резистор и четвертый резистор, при этом электрод истока МОП-транзистора P-типа и неинвертирующий вход операционного усилителя - оба подключены к одному концу модуля измерения содержания алкоголя, электрод стока МОП-транзистора P-типа подключен к другому концу модуля измерения содержания алкоголя, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к другому концу модуля измерения содержания алкоголя посредством первого резистора, электрод затвора МОП-транзистора P-типа и положительный источник питания операционного усилителя - оба подключены к источнику питания VDD, электрод затвора МОП-транзистора P-типа дополнительно последовательно заземлен посредством второго резистора и третьего резистора и точка соединения второго резистора и третьего резистора также соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя; а первый конденсатор и четвертый резистор - оба подключены параллельно между инвертирующим входом операционного усилителя и выходом операционного усилителя, и выход операционного усилителя подключен к входу процессора MCU посредством RC-цепи.

5. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что в первой вмещающей полости дополнительно расположена прижимная пластина мембраны, размещенная в нижней части первой твердоэлектролитной мембраны, прижимная пластина мембраны закрепляет первую твердоэлектролитную мембрану, первую каталитическую проволоку и вторую каталитическую проволоку во вмещающей полости и прижимная пластина мембраны закреплена во вмещающей полости посредством герметика.

6. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что во вмещающей полости дополнительно расположена вторая твердоэлектролитная мембрана, размещенная в нижней части первой твердоэлектролитной мембраны, и между второй твердоэлектролитной мембраной и первой твердоэлектролитной мембраной размещена вторая каталитическая проволока.

7. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что вмещающая полость содержит нижнюю полость, верхнее отверстие и канал, сообщающийся с нижней полостью и верхней ступенькой, первая твердоэлектролитная мембрана размещена в нижней полости, в верхнем отверстии размещена проницаемая пленка, канал заполнен воздухом, средняя часть первой каталитической проволоки непосредственно обращена к каналу, а верхняя стенка нижней полости прижата к первой каталитической проволоке.

8. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что в первой вмещающей полости дополнительно размещено нагревательное устройство.

9. Интеллектуальное устройство, содержащее основной корпус, отличающееся тем, что в основном корпусе расположен датчик содержания алкоголя на основе MEMS по любому из пп. 1-8.