一種個體采樣器的驅動電路及個體采樣器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種個體采樣器的驅動電路及個體采樣器，屬于電子線路技術領域。所述驅動電路包括電機、電解電容、第一電容、第一二極管、三極管、第一電阻、第二電阻、使三極管工作于開關狀態的第一支路和使三極管工作于放大狀態的第二支路，第一電容與電解電容并聯，第一二極管的負極與電解電容的正極連接，第一二極管的正極與三極管的集電極連接，電機與第一二極管并聯，三極管的發射極與電解電容的負極連接，第一電阻的一端與三極管的發射極連接，第一電阻的另一端與三極管的基極連接，第二電阻的一端與三極管的基極連接，第一支路和第二支路分別與第二電阻的另一端連接。本發明提高了電能利用率。
【專利說明】
一種個體采樣器的驅動電路及個體采樣器
技術領域
[0001] 本發明涉及電子線路技術領域，特別涉及一種個體采樣器的驅動電路及個體采樣 器。
【背景技術】
[0002] 個體采樣器是一種勞動者攜帶的對大氣環境中的粉塵進行采樣的檢測儀器。個體 采樣器被安全監督、環境監測、勞動保護、衛生防疫等部門用來監測勞動場所的粉塵污染程 度，廣泛用于冶金、礦山、鑄造、建材、陶瓷等具有粉塵危害的生產場所。
[0003] 個體采樣器包括用于采集含塵空氣中粉塵的過濾器、用于抽取含塵空氣的氣栗、 用于根據控制信號驅動氣栗的驅動電路、用于控制驅動電路的處理器等。如圖1所示，現有 的驅動電路包括電機MD、電解電容E、電容C、二極管D、三極管Q、以及第一電阻Rl和第二電阻 R2。其中，電容C與電解電容E并聯;二極管D的負極與電解電容E的正極連接，二極管D的正極 與三極管Q的集電極連接，電機MD與二極管D并聯，三極管Q的發射極與電解電容E的負極連 接;第一電阻Rl的一端與三極管Q的發射極連接，第一電阻Rl的另一端與三極管Q的基極連 接，第二電阻R2的一端與三極管Q的基極連接，第二電阻R2的另一端接入控制信號。控制信 號使三極管Q工作于放大狀態，通過控制信號大小控制三極管Q的導通程度，改變三極管Q的 集電極和三極管Q的發射極之間的電壓，進而改變電機MD兩端的電壓，調節氣栗的流量。
[0004] 在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：
[0005] 當氣栗的流量調節為較低時，電解電容E的大量電能都消耗在三極管Q發熱上，驅 動電路的電能利用率較低。
【發明內容】
[0006] 為了解決現有技術驅動電路的電能利用率較低的問題，本發明實施例提供了一種 個體采樣器的驅動電路及個體采樣器。所述技術方案如下：
[0007] -方面，本發明實施例提供了一種個體采樣器的驅動電路，所述驅動電路包括電 機MD、電解電容E、第一電容Cl、第一二極管Dl、三極管Q、以及第一電阻Rl和第二電阻R2,所 述第一電容Cl與所述電解電容E并聯，所述第一二極管Dl的負極與所述電解電容E的正極連 接，所述第一二極管Dl的正極與所述三極管Q的集電極連接，所述電機MD與所述第一二極管 Dl并聯，所述三極管Q的發射極與所述電解電容E的負極連接，所述第一電阻Rl的一端與所 述三極管Q的發射極連接，所述第一電阻Rl的另一端與所述三極管Q的基極連接，所述第二 電阻R2的一端與所述三極管Q的基極連接，所述驅動電路還包括用于在電池的電壓大于或 等于設定閾值時，向所述三極管Q接入使所述三極管Q工作于開關狀態的控制信號的第一支 路，和用于在電池的電壓小于設定閾值時，向所述三極管Q接入使所述三極管Q工作于放大 狀態的控制信號的第二支路，所述第一支路和所述第二支路分別與所述第二電阻R2的另一 端連接。
[0008] 可選地，所述第一支路包括第二二極管D2,所述第二二極管D2的正極接入第一脈 沖寬度調制信號PWMl，所述第二二極管D2的負極與所述第二電阻R2的另一端連接。
[0009]可選地，所述第二支路包括低通濾波電路、電壓跟隨電路、以及第三二極管D3,所 述低通濾波電路的一端接入第二脈沖寬度調制信號PWM2,所述低通濾波電路的另一端與所 述電壓跟隨電路的輸入端連接，所述電壓跟隨電路的輸出端與所述第三二極管D3的正極連 接，所述第三二極管D3的負極與所述第二電阻R2的另一端連接。
[0010] 優選地，所述低通濾波電路包括第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、以及第二 電容C2和第三電容C3,所述第三電阻R3的一端接入所述第二脈沖寬度調制信號PWM2,所述 第三電阻R3的另一端與所述第四電阻R4的一端連接，所述第四電阻R4的另一端與所述第五 電阻R5的一端連接，所述第五電阻R5的另一端與所述電壓跟隨器的輸入端連接，所述第二 電容C2的一端與所述第三電阻R3和所述第四電阻R4的連接點連接，所述第二電容C2的另一 端接地，所述第三電容C3的一端與所述第四電阻R4和所述第五電阻R5的連接點連接，所述 第三電容C3的另一端接地。
[0011] 優選地，所述電壓跟隨電路包括第六電阻R6、第四電容C4、以及運算放大器U，所述 運算放大器U的正相輸入端與所述低通濾波電路連接，所述運算放大器U的反相輸入端與所 述運算放大器U的輸出端連接，所述運算放大器U的輸出端與所述第三二極管D3的正極連 接，所述運算放大器U的正電源端與所述第四電容C4的一端連接，所述第四電容C4的另一端 接地，所述運算放大器U的負電源端與所述第六電阻R6的一端連接，所述第六電阻R6的另一 端與所述運算放大器U的正相輸入端連接。
[0012] 另一方面，本發明實施例提供了一種個體采樣器，所述個體采樣器包括過濾器、緩 沖罐、氣栗、流量監測器、驅動電路、處理器、電池、以及電壓檢測器，所述過濾器、所述緩沖 罐、所述氣栗、所述流量監測器依次連通形成空氣在所述個體采樣器中流通的通路，所述驅 動電路與所述氣栗傳動連接，所述電池分別與所述驅動電路、所述電壓檢測器電連接，所述 處理器分別與所述驅動電路、所述電壓檢測器、所述流量監測器電連接，所述驅動電路包括 電機MD、電解電容E、第一電容Cl、第一二極管Dl、三極管Q、以及第一電阻Rl和第二電阻R2， 所述第一電容Cl與所述電解電容E并聯，所述第一二極管Dl的負極與所述電解電容E的正極 連接，所述第一二極管Dl的正極與所述三極管Q的集電極連接，所述電機MD與所述第一二極 管Dl并聯，所述三極管Q的發射極與所述電解電容E的負極連接，所述第一電阻Rl的一端與 所述三極管Q的發射極連接，所述第一電阻Rl的另一端與所述三極管Q的基極連接，所述第 二電阻R2的一端與所述三極管Q的基極連接，所述驅動電路還包括用于在所述電池的電壓 大于或等于設定閾值時，向所述三極管Q接入使所述三極管Q工作于開關狀態的控制信號的 第一支路，和用于在所述電池的電壓小于設定閾值時，向所述三極管Q接入使所述三極管Q 工作于放大狀態的控制信號的第二支路，所述第一支路和所述第二支路分別與所述第二電 阻R2的另一端連接。
[0013] 可選地，所述第一支路包括第二二極管D2,所述第二二極管D2的正極接入第一脈 沖寬度調制信號PWMl，所述第二二極管D2的負極與所述第二電阻R2的另一端連接。
[0014] 可選地，所述第二支路包括低通濾波電路、電壓跟隨電路、以及第三二極管D3,所 述低通濾波電路的一端接入第二脈沖寬度調制信號PWM2,所述低通濾波電路的另一端與所 述電壓跟隨電路的輸入端連接，所述電壓跟隨電路的輸出端與所述第三二極管D3的正極連 接，所述第三二極管的負極與所述第二電阻R2的另一端連接。
[0015] 優選地，所述低通濾波電路包括第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、以及第二 電容C2和第三電容C3,所述第三電阻R3的一端接入所述第二脈沖寬度調制信號PWM2,所述 第三電阻R3的另一端與所述第四電阻R4的一端連接，所述第四電阻R4的另一端與所述第五 電阻R5的一端連接，所述第五電阻R5的另一端與所述電壓跟隨器的輸入端連接，所述第二 電容C2的一端與所述第三電阻R3和所述第四電阻R4的連接點連接，所述第二電容C2的另一 端接地，所述第三電容C3的一端與所述第四電阻R4和所述第五電阻R5的連接點連接，所述 第三電容C3的另一端接地。
[0016] 優選地，所述電壓跟隨電路包括第六電阻R6、第四電容C4、以及運算放大器U，所述 運算放大器U的正相輸入端與所述低通濾波電路連接，所述運算放大器U的反相輸入端與所 述運算放大器U的輸出端連接，所述運算放大器U的輸出端與所述第三二極管D3的正極連 接，所述運算放大器U的正電源端與所述第四電容C4的一端連接，所述第四電容C4的另一端 接地，所述運算放大器U的負電源端與所述第六電阻R6的一端連接，所述第六電阻R6的另一 端與所述運算放大器U的正相輸入端連接。
[0017] 本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：
[0018] 通過在電池的電壓大于或等于設定閾值時使三極管工作于開關狀態，可以避免電 池的大量電能都消耗在三極管發熱上，提高驅動電路的電能利用率，高效利用電池容量，延 長個體采樣器的工作時間；同時在電池的電壓小于設定閾值時使三極管工作于放大狀態， 可以避免電池的電壓較低而無法啟動電機，充分利用電池容量工作，進一步延長個體采樣 器的工作時間。
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于 本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 的附圖。
[0020] 圖1是本發明提供的現有個體采樣器的驅動電路的結構示意圖；
[0021] 圖2是本發明實施例一提供的一種個體采樣器的驅動電路的結構示意圖；
[0022] 圖3是本發明實施例二提供的一種個體采樣器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
[0024] 實施例一
[0025] 本發明實施例提供了一種個體采樣器的驅動電路，參見圖1，該驅動電路包括電機 MD、電解電容E、第一電容Cl、第一二極管Dl、三極管Q、以及第一電阻Rl和第二電阻R2。
[0026] 其中，第一電容Cl與電解電容E并聯。第一二極管Dl的負極與電解電容E的正極連 接，第一二極管Dl的正極與三極管Q的集電極連接，電機MD與第一二極管Dl并聯，三極管Q的 發射極與電解電容E的負極連接。第一電阻Rl的一端與三極管Q的發射極連接，第一電阻Rl 的另一端與三極管Q的基極連接，第二電阻R2的一端與三極管Q的基極連接。
[0027]在本實施例中，該驅動電路還包括用于在電池的電壓大于或等于設定閾值時，向 三極管Q接入使三極管Q工作于開關狀態的控制信號的第一支路100,和用于在電池的電壓 小于設定閾值時，向三極管Q接入使三極管Q工作于放大狀態的控制信號的第二支路200，第 一支路100和第二支路200分別與第二電阻R2的另一端連接。
[0028]需要說明的是，個體采樣器一般佩戴在生產者身上進行移動作業，因此采用電池 供電。由于個體采樣器的工作周期較長（需要連續工作一個完整生產周期，即八小時不間 斷），如果為滿足用電需求增大電池容量將會導致電池重量和體積的增大，則會給佩戴個體 采樣器的生產者帶來巨大的體力負擔，因此需要驅動電路充分利用電池容量。
[0029]在電池的電壓大于或等于設定閾值時，通過第一支路100使三極管Q工作于開關狀 態，可以避免電池的大量電能都消耗在三極管Q發熱上，提高驅動電路的電能利用率，高效 利用電池容量，延長個體采樣器的工作時間。在電池的電壓小于設定閾值時，通過第二支路 200使三極管Q工作于放大狀態，可以避免電池的電壓較低而無法啟動電機MD，充分利用電 池容量工作，進一步延長個體采樣器的工作時間。
[0030] 可選地，第一支路100可以包括第二二極管D2。第二二極管D2的正極接入第一脈沖 寬度調制信號PWMl，第二二極管D2的負極與第二電阻R2的另一端連接。
[0031] 可選地，第二支路200可以包括低通濾波電路210、電壓跟隨電路220、以及第三二 極管D3。低通濾波電路210的一端接入第二脈沖寬度調制信號PWM2,低通濾波電路210的另 一端與電壓跟隨電路220的輸入端連接，電壓跟隨電路220的輸出端與第三二極管D3的正極 連接，第三二極管D3的負極與第二電阻R2的另一端連接。
[0032] 優選地，低通濾波電路210可以包括第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、以及第 二電容C2和第三電容C3。第三電阻R3的一端接入第二脈沖寬度調制信號PWM2,第三電阻R3 的另一端與第四電阻R4的一端連接，第四電阻R4的另一端與第五電阻R5的一端連接，第五 電阻R5的另一端與電壓跟隨器220的輸入端連接。第二電容C2的一端與第三電阻R3和第四 電阻R4的連接點連接，第二電容C2的另一端接地。第三電容C3的一端與第四電阻R4和第五 電阻R5的連接點連接，第三電容C3的另一端接地。通過采用兩級阻容濾波，對高頻信號的平 滑效果更優，使電機運行更為平穩。
[0033] 優選地，電壓跟隨電路220可以包括第六電阻R6、第四電容C4、以及運算放大器U。 運算放大器U的正相輸入端與低通濾波電路210連接，運算放大器U的反相輸入端與運算放 大器U的輸出端連接，運算放大器U的輸出端與第三二極管D3的正極連接，運算放大器U的正 電源端與第四電容C4的一端連接，第四電容C4的另一端接地，運算放大器U的負電源端與第 六電阻R6的一端連接，第六電阻R6的另一端與運算放大器U的正相輸入端連接。阻容濾波構 成的電路輸出阻抗很高，無法直接推動三極管，利用運算放大器構成同相跟隨器所具有的 高阻輸入、低阻輸出的特性，在低通濾波電路和三極管之間起到緩沖作用。
[0034]本發明實施例通過在電池的電壓大于或等于設定閾值時使三極管工作于開關狀 態，可以避免電池的大量電能都消耗在三極管發熱上，提高驅動電路的電能利用率，高效利 用電池容量，延長個體采樣器的工作時間；同時在電池的電壓小于設定閾值時使三極管工 作于放大狀態，可以避免電池的電壓較低而無法啟動電機，充分利用電池容量工作，進一步 延長個體采樣器的工作時間。
[0035] 實施例二
[0036]本發明實施例提供了一種個體采樣器，參見圖2,該個體采樣器包括過濾器10、緩 沖罐20、氣栗30、流量監測器40、驅動電路50、處理器60、電池 70、以及電壓檢測器80。
[0037]在本實施例中，過濾器10、緩沖罐20、氣栗30、流量監測器40依次連通形成空氣在 個體采樣器中流通的通路，驅動電路50與氣栗30傳動連接，電池70分別與驅動電路50、電壓 檢測器80電連接，處理器60分別與驅動電路50、電壓檢測器80、流量監測器40電連接。
[0038] 具體地，驅動電路50可以與實施例一提供的驅動電路相同，在此不再詳述。
[0039]在實際應用中，在氣栗30的作用下，含塵空氣進入過濾器，過濾器中設有已稱重的 無塵過濾紙，空氣中的灰塵留在過濾紙上，無塵空氣依次通過緩沖罐20、氣栗30、流量監測 器40排出個體米樣器。
[0040]之后再稱量含塵過濾紙的質量，即可按照下列公式計算出粉塵的質量濃度：
[0041：
[0042]其中，P為粉塵的質量濃度，單位為mg/m3;ml為無塵過濾紙的質量，單位為mg;m2為 含塵過濾紙的質量，單位為mg; q為流量監測器40采集的空氣流量，單位為L/min; t為個體采 樣器的采樣時間，單位為min。
[0043]另外，處理器60根據電壓檢測器80和流量監測器40的檢測結果，調整驅動電路50， 實現氣栗30的啟停及功率的調節。
[0044]可選地，該個體采樣器還可以包括用于設定驅動電路50的調整參數的鍵盤80和用 于顯示調整參數和檢測結果的液晶屏90,鍵盤80和液晶屏90分別與處理器60電連接。
[0045] 本發明實施例通過在電池的電壓大于或等于設定閾值時使三極管工作于開關狀 態，可以避免電池的大量電能都消耗在三極管發熱上，提高驅動電路的電能利用率，高效利 用電池容量，延長個體采樣器的工作時間；同時在電池的電壓小于設定閾值時使三極管工 作于放大狀態，可以避免電池的電壓較低而無法啟動電機，充分利用電池容量工作，進一步 延長個體米樣器的工作時間。
[0046] 以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種個體采樣器的驅動電路，所述驅動電路包括電機MD、電解電容E、第一電容C1、第 一二極管D1、三極管Q、以及第一電阻R1和第二電阻R2,所述第一電容C1與所述電解電容E并 聯，所述第一二極管D1的負極與所述電解電容E的正極連接，所述第一二極管D1的正極與所 述三極管Q的集電極連接，所述電機MD與所述第一二極管D1并聯，所述三極管Q的發射極與 所述電解電容E的負極連接，所述第一電阻R1的一端與所述三極管Q的發射極連接，所述第 一電阻R1的另一端與所述三極管Q的基極連接，所述第二電阻R2的一端與所述三極管Q的基 極連接，其特征在于，所述驅動電路還包括用于在電池的電壓大于或等于設定閾值時，向所 述三極管Q接入使所述三極管Q工作于開關狀態的控制信號的第一支路，和用于在電池的電 壓小于設定閾值時，向所述三極管Q接入使所述三極管Q工作于放大狀態的控制信號第二支 路，所述第一支路和所述第二支路分別與所述第二電阻R2的另一端連接。2. 根據權利要求1所述的驅動電路，其特征在于，所述第一支路包括第二二極管D2,所 述第二二極管D2的正極接入第一脈沖寬度調制信號PWM1，所述第二二極管D2的負極與所述 第二電阻R2的另一端連接。3. 根據權利要求1或2所述的驅動電路，其特征在于，所述第二支路包括低通濾波電路、 電壓跟隨電路、以及第三二極管D3,所述低通濾波電路的一端接入第二脈沖寬度調制信號 PWM2,所述低通濾波電路的另一端與所述電壓跟隨電路的輸入端連接，所述電壓跟隨電路 的輸出端與所述第三二極管D3的正極連接，所述第三二極管D3的負極與所述第二電阻R2的 另一端連接。4. 根據權利要求3所述的驅動電路，其特征在于，所述低通濾波電路包括第三電阻R3、 第四電阻R4、第五電阻R5、以及第二電容C2和第三電容C3,所述第三電阻R3的一端接入所述 第二脈沖寬度調制信號PWM2,所述第三電阻R3的另一端與所述第四電阻R4的一端連接，所 述第四電阻R4的另一端與所述第五電阻R5的一端連接，所述第五電阻R5的另一端與所述電 壓跟隨器的輸入端連接，所述第二電容C2的一端與所述第三電阻R3和所述第四電阻R4的連 接點連接，所述第二電容C2的另一端接地，所述第三電容C3的一端與所述第四電阻R4和所 述第五電阻R5的連接點連接，所述第三電容C3的另一端接地。5. 根據權利要求3所述的驅動電路，其特征在于，所述電壓跟隨電路包括第六電阻R6、 第四電容C4、以及運算放大器U，所述運算放大器U的正相輸入端與所述低通濾波電路連接， 所述運算放大器U的反相輸入端與所述運算放大器U的輸出端連接，所述運算放大器U的輸 出端與所述第三二極管D3的正極連接，所述運算放大器U的正電源端與所述第四電容C4的 一端連接，所述第四電容C4的另一端接地，所述運算放大器U的負電源端與所述第六電阻R6 的一端連接，所述第六電阻R6的另一端與所述運算放大器U的正相輸入端連接。6. -種個體采樣器，所述個體采樣器包括過濾器、緩沖罐、氣栗、流量監測器、驅動電 路、處理器、電池、以及電壓檢測器，所述過濾器、所述緩沖罐、所述氣栗、所述流量監測器依 次連通形成空氣在所述個體采樣器中流通的通路，所述驅動電路與所述氣栗傳動連接，所 述電池分別與所述驅動電路、所述電壓檢測器電連接，所述處理器分別與所述驅動電路、所 述電壓檢測器、所述流量監測器電連接，所述驅動電路包括電機MD、電解電容E、第一電容 C1、第一二極管D1、三極管Q、以及第一電阻R1和第二電阻R2,所述第一電容C1與所述電解電 容E并聯，所述第一二極管D1的負極與所述電解電容E的正極連接，所述第一二極管D1的正 極與所述三極管Q的集電極連接，所述電機MD與所述第一二極管D1并聯，所述三極管Q的發 射極與所述電解電容E的負極連接，所述第一電阻R1的一端與所述三極管Q的發射極連接， 所述第一電阻R1的另一端與所述三極管Q的基極連接，所述第二電阻R2的一端與所述三極 管Q的基極連接，其特征在于，所述驅動電路還包括用于在所述電池的電壓大于或等于設定 閾值時，向所述三極管Q接入使所述三極管Q工作于開關狀態的控制信號的第一支路，和用 于在所述電池的電壓小于設定閾值時，向所述三極管Q接入使所述三極管Q工作于放大狀態 的控制信號的第二支路，所述第一支路和所述第二支路分別與所述第二電阻R2的另一端連 接。7. 根據權利要求6所述的個體采樣器，其特征在于，所述第一支路包括第二二極管D2， 所述第二二極管D2的正極接入第一脈沖寬度調制信號PWM1，所述第二二極管D2的負極與所 述第二電阻R2的另一端連接。8. 根據權利要求6或7所述的個體采樣器，其特征在于，所述第二支路包括低通濾波電 路、電壓跟隨電路、以及第三二極管D3,所述低通濾波電路的一端接入第二脈沖寬度調制信 號PWM2,所述低通濾波電路的另一端與所述電壓跟隨電路的輸入端連接，所述電壓跟隨電 路的輸出端與所述第三二極管D3的正極連接，所述第三二極管的負極與所述第二電阻R2的 另一端連接。9. 根據權利要求8所述的個體采樣器，其特征在于，所述低通濾波電路包括第三電阻 R3、第四電阻R4、第五電阻R5、以及第二電容C2和第三電容C3,所述第三電阻R3的一端接入 所述第二脈沖寬度調制信號PWM2,所述第三電阻R3的另一端與所述第四電阻R4的一端連 接，所述第四電阻R4的另一端與所述第五電阻R5的一端連接，所述第五電阻R5的另一端與 所述電壓跟隨器的輸入端連接，所述第二電容C2的一端與所述第三電阻R3和所述第四電阻 R4的連接點連接，所述第二電容C2的另一端接地，所述第三電容C3的一端與所述第四電阻 R4和所述第五電阻R5的連接點連接，所述第三電容C3的另一端接地。10. 根據權利要求8所述的個體采樣器，其特征在于，所述電壓跟隨電路包括第六電阻 R6、第四電容C4、以及運算放大器U，所述運算放大器U的正相輸入端與所述低通濾波電路連 接，所述運算放大器U的反相輸入端與所述運算放大器U的輸出端連接，所述運算放大器U的 輸出端與所述第三二極管D3的正極連接，所述運算放大器U的正電源端與所述第四電容C4 的一端連接，所述第四電容C4的另一端接地，所述運算放大器U的負電源端與所述第六電阻 R6的一端連接，所述第六電阻R6的另一端與所述運算放大器U的正相輸入端連接。
【文檔編號】G01N15/06GK105938082SQ201610361257
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月26日
【發明人】趙培宇
【申請人】江漢大學