摘要：高原地区因其特殊的地理环境和气候条件，空气稀薄，氧气含量低，对人体健康产生显著影响。为了应对高原缺氧问题，高原微压氧舱应运而生。这种设备通过增加舱内氧气浓度，模拟低海拔地区的大气环境，有效缓解高原反应，提高人体舒适度。这种环境可以促进血液循环，增加血氧含量，改
一、背景介绍
高原地区因其特殊的地理环境和气候条件，空气稀薄，氧气含量低，对人体健康产生显著影响。为了应对高原缺氧问题，高原微压氧舱应运而生。这种设备通过增加舱内氧气浓度，模拟低海拔地区的大气环境，有效缓解高原反应，提高人体舒适度。这种环境可以促进血液循环，增加血氧含量，改善细胞代谢，从而起到缓解疲劳、提高精力、促进伤口愈合等作用。然而，为了确保舱内氧气的有效供应和安全使用，需要对氧含量进行实时监测。
二、概述
本解决方案旨在提供一套完善的高原微压氧舱氧含量监测系统，通过先进的传感器技术实现对舱内氧气浓度的实时监测，确保舱内环境的稳定和安全。
检测环境：高原低大气压环境，大气压力为79～92KPa。
高原氧舱工况：氧舱内压力正常上升0.01MPa～0.05MPa，至多上升1个大气压。
根据现场测量组分要求，东日瀛能科技推出SK-5000-4Y型高原氧舱氧含量检测系统（以下简称检测系统）连续检测氧舱内氧气、二氧化碳与温湿度含量参数。
检测系统是为高原氧舱设计的一款高精度、体积小、重量轻、操作方便、可进入高危环境开展工作，另可方便搭载至无人机、无人车、无人船、机器人、移动执法等设备上面，能够检测环境中大气介质的实时数据，设备可通过4-20mA、RS485、RS232、网关等数据传输，也可采用4G、Lora、ZigBee等无线通讯技术，将检测数据传输到云端平台或无线接收终端，实现在线数据查询、趋势曲线分析、数据导出等。也能同时检测PM2.5/PM10/CO/SO2/NO2/O3/VOCs/易燃易爆/有毒有害气体，可根据客户所需自由组合监测因子。
三、项目方案
该检测系统主要由气体传感器、传感器信号转换板、Lora传输模块、Lora接收终端（7寸触摸显示屏）与供电端子等组成。是集气体采样、数据传输等功能为一体的标准化、模块化、专业化气体检测集成产品；检测系统在检测到高原氧舱氧气、二氧化碳含量与温湿度变化后，经Lora传输给到Lora接收端（7寸触摸显示屏），Lora接收端可查看其数据，设定其报警阈值，含量达到设置的阈值时，通过蜂鸣器放出报警（可设置关闭），Lora接收端可保存180万条历史数据，10000条历史报警数据，可通过U盘导出。
四、检测组分及系统组成
4.1测量项目
检测组分：氧气、二氧化碳、温湿度
4.2测量方法
采样方法：泵吸式主动进气
监测方法：电化学、红外NDIR与电容式原理
4.3系统组成
4.3.1 传感器模块
采用高精度、高稳定性的氧气传感器、二氧化碳传感器与温湿度传感器，全面反映舱内环境状况；
传感器应具备快速响应、测量准确、稳定性好等特点，能够耐受高原地区的气压和温度变化。
4.3.2 气体采集模块
微型取样泵，主动泵吸抽取样气监测，恒定流量。
4.3.3 数据采集模块
传感器将实时监测到的浓度数据通过有线方式传输至数据采集模块；
数据采集模块负责接收和处理传感器数据，同时提供数据接口，方便与控制系统进行通信。
4.3.4 Lora传输模块
传感器检测到的数据通过Lora传输模块传输到Lora接收端（7寸触摸显示屏）。
4.3.5 Lora接收终端
接收端为7寸触摸显示屏，降接收到的数据显示在屏幕上；
180万条历史数据，10000条历史报警数据，提供USB接口，方便导出数据进行分析。
五、检测参数
5.1环境条件
检测系统可以在一定的环境内长期安全运行，运行满足以下条件：
1)供电电压：DC24V
2)工作环境温度：-20～50℃
3)工作环境湿度：≤95%RH（无冷凝）
4)工作环境气压：标准大气压
5)设备的总用电量：功率≤11W。
5.2产品特点
■ 高精度监测：采用高精度氧气传感器，确保监测数据的准确性和可靠性；
■ 实时监测：系统能够实时监测舱内氧气与二氧化碳浓度，及时发现并处理异常情况
■ 远程监控：系统支持远程监控功能，数据可实时同步到平台，远程实时查看环境数据，方便操作人员进行 远程管理和操作；
■ 模块设计：模块化设计、体积小、重量轻、方便集成开发；
■ 灵活搭配：可选配监测其它种类气体介质，可搭配温湿度监测。
5.3原理介绍
5.3.1电化学原理
氧气浓度检测原理为电化学式，电化学传感器是通过电化学原理检测特定气体的浓度。被检测的环境气体通过传感器下端的薄膜扩散到传感器的电解液中。电解液中有一个测量电极，一个反电极和一个参考电极。通过选择适当的电压、电解液和电极材料，被检测的气体在测量电极上会发生化学反应并产生微电流。此电流与检测气体浓度成正比。传感器输出的电流经过放大、温度补偿和参数修正就能得到特定气体的浓度。
5.3.2红外NDIR原理
二氧化碳浓度检测原理为红外NDIR式，NDIR红外气体传感器用一个广谱的光源作为红外传感器的光源，光线穿过光路中的被测气体，透过窄带滤波片，到达红外传感器。其工作原理是基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系（朗伯-比尔Lambert-Beer定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。其主要由红外光源、光路、红外传感器、电路和软件算法组成的光学传感器，主要用于测化合物，由于各种物质分子内部结构的不同，就决定了它们对不同波长光线的选择吸收，即物质只能吸收一定波长的光。物质对一定波长光的吸收关系服从朗伯—比尔(Lambert2Beer)吸收定律。
5.3.3电容式原理
当温度发生变化时，传感器的某些材料（如介质或电极）的物理性质（如介电常数、尺寸等）可能会发生变化，从而导致电容值的变化。通过测量这种电容值的变化，可以推算出温度的变化。
当环境湿度变化时，湿敏材料吸附或解吸水蒸气的量会发生变化，导致其介电常数发生变化。由于电容器的电容值C与其极板间介质的介电常数ε、极板正对面积S成正比，与极板间距离d成反比（C=εS/4πkd），因此，在极板面积和距离不变的情况下，介电常数的变化会直接导致电容值的变化。
六、其余应用领域
环境监测
高效、精准、隐蔽的地位污染源头，分析工业园区、建筑工地的污染物精准分布情况。排查港口往来船只污染物排放的合规性。
汽油管道、储罐检测
在石油天然气行业中，利用绘制出的H2S、SO2、CH4、VOCs浓度分布图，高效的发现高压储罐存在的疑似微量泄露。
学术研究
帮助科研团队更便捷的完成涉及环境大气模型构建与验证、空气质量与健康等方面的科学研究。
智慧城市
利用每条街道的精确污染物信息，做出智能化的城市管理决定。
事故应急响应
在危险品泄露、爆炸、火灾等应急事故中评估有害物质扩散范围，为事故的处理提供及时、科学的决策依据。
制毒窝点排查
通过扫描可疑区域内挥发性有机物（制毒过程排放的丙酮、乙醚、甲胺、甲苯等气体）浓度，高效、隐蔽的定位疑似制毒、窝点。
产区检测
帮助化工企业便捷、高效的了解厂区中特定成份气体的浓度分布情况，及时发现运行异常并自查污染排放的合规性。
个人生活
利用超本地空气质量数据为个人生活提供决策依据。例如是否开窗、是否打开空气净化器、选择居住地点、护肤、出行计划等。
七、总结
高原微压氧舱作为高原地区重要的健康保障设备，其氧含量监测系统的准确性和可靠性至关重要。
本解决方案提供了一套完善的高原微压氧舱氧含量监测系统，通过先进的传感器技术实现了对舱内氧气浓度的实时监测。该系统具有高精度、实时监测、远程监控和安全可靠等特点，能够有效提高高原微压氧舱的使用效果和安全性能。
随着技术的不断进步和应用的深入，高原微压氧舱的氧含量监测系统将更加完善，为高原地区的健康事业做出更大贡献。
来源：东日瀛能气体检测