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CH4激光甲烷傳感器模塊-工商業(yè)專用/10年壽命-深國安百科
UGT-XHJG-CH4激光甲烷傳感器模塊
一、產品簡介
UGT-XHJG-CH4工商業(yè)專用激光甲烷傳感器采用可調諧激光光譜吸收（TDLAS）技術對目標氣體進行精確測量。傳感器集成先進的激光器和探測器等，實現(xiàn)高精度、高密度、高可靠的小型化集成封裝；傳感器采用開放式氣體交換方式，同時采用獨有技術確保光電分割，確保傳感器的本征安全；傳感器采用了優(yōu)良的光學系統(tǒng)及優(yōu)異算法，實現(xiàn)了高難度精確測量，確保了傳感器檢測精度高、反應快、優(yōu)良的環(huán)境適應性等優(yōu)勢。
二、激光甲烷傳感器產品特點
●高精度，小型化；
●高可靠、本征抗干擾（非甲烷氣體均無反應）；
●較寬的工作電壓（3.3-5.0V）進行供電，TTL串口，便于二次集成；
●本安防爆設計，EMC 防護設計；
●防水防塵設計，優(yōu)良的環(huán)境適應能力；
●出廠免校準，使用壽命長；
三、激光甲烷傳感器運用領域
●石油、化工、礦山；
●天然氣管線、變送站、加氣站；
●餐飲場所等工商業(yè)場景的安全監(jiān)測；
●管道泄漏監(jiān)測及家用天然氣泄漏監(jiān)測；
●地下綜合管廊，燃氣泄漏監(jiān)測、沼氣監(jiān)測；
●其他相關安監(jiān)及檢測領域；
四、激光甲烷傳感器技術參數(shù)（參照、僅供參考）
說明：
激光甲烷傳感器每隔2秒會發(fā)出一組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式如附件一所示；
激光甲烷傳感器省電模式推薦給傳感器供電的電源工作電壓3.6V，推薦工作電流限流在1.5A；
具體參數(shù)信息參見下表：
五、激光甲烷傳感器產品外形及引線定義
5.1激光甲烷傳感器外形尺寸及引線定義
5.2激光甲烷傳感器裝配防水罩尺寸圖（防水罩選配）
六、激光甲烷傳感器通訊格式
激光甲烷傳感器處于自動檢測狀態(tài)時，輸出形式為ASCⅡ字符串定長輸出，共計22個字節(jié)，格式如下簡要說明，具體參見附件一：激光甲烷傳感器串口通信協(xié)議：
A+xxx.xx空格符號tt.t空格ss空格hh
A代表幀頭；
+xxx.xx代表濃度，單位 %VOL，范圍+000.00～+999.99；
符號tt.t代表溫度，單位 ℃，范圍-99.9～+99.9；
ss為產品狀態(tài)碼；
hh為前面18個字節(jié)的異或校驗值，該校驗字節(jié)以2個字符的形式進行輸出；
注：關于異或校驗的方法說明：
計算方式為從第一個字節(jié)開始逐一向后進行異或計算。即第一個字節(jié)異或第二個字節(jié)，所得結果再異或第三個字節(jié)，以此類推，直至前18個字節(jié)結束。然后將16進制計算結果的后2個字符進行輸出。例如計算結果為0XA8，那么字符‘A’和‘8’即為輸出結果，所包含字符均為大寫字符。
例1.當前濃度為0.00% 溫度為21.4°C，ASCII碼的輸出如下：
A+000.00 +21.4 00 28
附件一：激光甲烷傳感器串口通信協(xié)議：
1. 通訊端口配置
激光甲烷傳感器通過TTL串口與外部進行通訊，通訊接口配置如下：
配置項 | 參數(shù) |
波特率 | 115200 |
停止位 | 1 |
數(shù)據(jù)位 | 8 |
校驗位 | 無 |
流控制 | 無 |
2. 數(shù)據(jù)輸出格式
當激光甲烷傳感器處于自動測量檢測狀態(tài)時，主動輸出形式為ACSII字符串定長輸出，共計22個字節(jié)，格式如下：
字符序號 | 0 | 1-7 | 8 | 9-13 | 14 | 15-16 | 17 | 18-19 | 20 | 21 |
功能碼 | 幀頭 | 濃度 | 空格 | 溫度 | 空格 | 故障碼 | 空格 | 異或校驗碼 | 回車符 | 換行符 |
字節(jié)位數(shù) | 1 | 7 | 1 | 5 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 |
單位 | \ | \ | \ | \ | \ | \ | ||||
舉例 | A | +000.00 | +21.4℃ | 00 | 65 |
3. 傳輸及交互方式 （相關有效指令示例參照附表一：傳感器有效指令清單）
3.1 本激光甲烷傳感器采用自定義指令集形式與主機進行通訊，其命令分為兩個大類，第一類是查詢命令；第二類是設置設備工作參數(shù)的命令。
3.2 主機向傳感器發(fā)送查詢類型的命令及響應；
3.2.1舉例：主機發(fā)送查詢傳感器濃度指令格式：
字節(jié)號 | 1 | 2-5 | 6 | 7-8 | 9 | 10 | 11-12 | 13-14 | 15 | 16 | |
功能 | 起始符 | 功能碼 | 連接符 | 產品序號 | 格式符 | 命令符 | CRC16 | 回車 | 換行 | ||
示例 | + | CONC | + | 01 | = | ? | 低字節(jié) | 高字節(jié) | \r | \n | |
命令中每個字節(jié)均為ASCII碼，以字符“+”開頭首個字節(jié)，全部為大寫字母有效。
第2～5字節(jié)為命令的功能碼。
第7～8字節(jié)為命令的產品序號，默認為01。
第11～14字節(jié)為校驗和，將從第1節(jié)開始到第10字節(jié)的數(shù)值進行校驗和計算，其計算方法為CRC16-MODBUS算法，即將第1～10字節(jié)的內容用于CRC16-MODBUS算法，得出的結果中低字節(jié)放在此命令的第11～12字節(jié)處，高字節(jié)放在此命令的第13～14字節(jié)處，并把它們用ASCII碼表示出來。
例如：校驗和計算出來是十六進制數(shù)1234，則從第十一到第十四個字節(jié)的具體數(shù)值就以十六進制數(shù)輸出依次為33,34,31,32,分別是3412四個字符的ASCII碼。
第15字節(jié)為回車符，第16字節(jié)為換行符，整個命令包發(fā)送結束。
激光甲烷傳感器返回的報文格式：
字節(jié)號 | 1 | 2-5 | 6 | 7-8 | 9 | 10-16 | 17-18 | 19-20 | 21 | 22 |
功能 | 起始符 | 功能碼 | 連接符 | 產品序號 | 格式符 | 數(shù)據(jù) | CRC16 | 回車 | 換行 | |
示例 | - | CONC | + | 01 | = | +000.00 | 低字節(jié) | 高字節(jié) | \r | \n |
返回數(shù)據(jù)首字節(jié)為“-”負號符號，換算成十六進制為0X45。
第2～5字節(jié)為功能碼，與發(fā)送指令的對應字節(jié)一致。
第7～8字節(jié)為命令的產品序號，表示從哪只產品返回的數(shù)據(jù)。
第10～16字節(jié)為傳感器返回的數(shù)據(jù)。如濃度、溫度、故障碼等信息的數(shù)值，長度為7個字節(jié)。
第17～20字節(jié)為第1～16字節(jié)的校驗和，其計算方法為CRC16-MODBUS算法，即將第1～16字節(jié)的內容用于CRC16-MODBUS算法，得出的結果中低字節(jié)放在此命令的第17～18字節(jié)處，高字節(jié)放在此命令的第19～20字節(jié)處，并把它們用ASCII碼表示出來。
例如：校驗和計算出來是十六進制數(shù)1234，則從第十一到第十四個字節(jié)的具體數(shù)值就以十六進制數(shù)輸出依次為33,34,31,32,分別是3412四個字符的ASCII碼。
第21字節(jié)為回車符，第22字節(jié)為換行符，整個命令包發(fā)送結束。
3.2.2主機向傳感器發(fā)送帶數(shù)值類型的命令及響應：
字節(jié)號 | 1 | 2-5 | 6 | 7-8 | 9 | 10-16 | 17-18 | 19-20 | 21 | 22 |
功能 | 起始符 | 功能碼 | 連接符 | 產品序號 | 格式符 | 數(shù)據(jù) | CRC16 | 回車 | 換行 | |
示例 | + | ADDR | + | 01 | = | +026.00 | 低字節(jié) | 高字節(jié) | \r | \n |
主機向激光甲烷傳感器發(fā)送的第二類型的命令是帶有數(shù)據(jù)值的命令，其格式如上所示，長度固定為22個ASCII碼字符。其命令格式中從第一到第九個字符與查詢命令相同，只是第十到第十六個字符實際是要發(fā)送給對應產品序號的傳感器的數(shù)據(jù)值，如上例即把產品序號26發(fā)送給當前產品序號為01的傳感器，其他部份的解釋與查詢類的命令含義相同。請注意，此類命令只能對下表中可讀可寫的命令碼有效。
命令碼 | 功能說明 | 讀寫方式 | 數(shù)據(jù)示例 | 示例說明 |
CONC | 濃度 | 只讀 | +002.03 | 濃度為2.03%VOL |
TRIM | 標定氣體溫度 | 只讀 | +025.00 | 進行標定時的氣體溫度為25攝氏度 |
TRIC | 濃度標定 | 可讀可寫 | +001.55 | 標定時濃度1.55%VOL |
ERRO | 故障碼 | 只讀 | +082.00 | 故障碼為0x82 |
ZERO | 調零 | 可讀可寫 | +000.05 | 調零值為0.05%VOL |
CORR | 校正 | 可讀可寫 | +001.00 | 校正系數(shù)為1.00 |
RECO | 恢復出廠設置 | 可讀可寫 | +001.00 | 恢復出廠設置 |
ADDR | 設置產品序號 | 可讀可寫 | +026.00 | 當前傳感器的產品序號為26 |
ACTI | 開啟主動測量 | 可讀可寫 | +001.00 | 1表示開啟兩秒一次的主動測量 |
3.2.3狀態(tài)碼
激光甲烷傳感器狀態(tài)碼含義如下表所示：將故障碼以十六進制數(shù)進行調整，如故障碼為+0.84.00則為0x84：
狀態(tài)代碼 | 意義 | 說明 |
0X00 | 正常工作狀態(tài) | 正常工作 |
0X01 | 預留 | |
0X02 | 吸收峰異常 | 吸收峰偏出 |
0X04 | 光強過大 | 光強過大 |
0X08 | 光強過弱 | 光強過弱 |
0X10 | 設備未鎖定 | 設備未鎖定 |
0X20 | 環(huán)境溫度傳感器檢測 | 環(huán)境溫度傳感器異常 |
0X40 | 激光器溫度失控 | 激光器溫度異常 |
0X80 | 預留 |
3.2.4調零值
如需要對激光甲烷傳感器輸出的調零值進行修改，則有如下命令，舉例：
操作調零值時，應將想要用于調零的值用命令碼ZERO+01=000.55發(fā)送給產品序號為01的傳感器，產品序號為01的傳感器收到此命令后將以后所有測試中的濃度低于0.55%VOL的濃度值清零輸出，并把大于0.55%VOL的測量值減去0.55%VOL后輸出。
3.2.5校準系數(shù)
激光甲烷傳感器建議校準時使用濃度區(qū)間為0.5%VOL-1.0%VOL的標準甲烷氣體，此命令將促使指定產品序號的傳感器內部以該濃度時的當前計算出來的值強行用一個一次校準系數(shù)相乘，并用于濃度為1%VOL及一下濃度氣體的測量初始計算，在使用此指令前，應保證出廠的默認系數(shù)為1.00，以免進行校準計算時已有的非數(shù)值1.00的系數(shù)影響到計算。
首先傳感器需要進行標定（本傳感器出廠時已進行標定，詳見3.2.6），例如以2.0%VOL的標準氣體進行標定，則有標定時的標準濃度值為S2=2.00，傳感器的輸出值仍然為S2=2.00%VOL；標定完成后，假設用0.50%VOL的氣體進行校準，則此時校準點上的標準濃度值S1=0.50%VOL， 而傳感器內部校準系數(shù)為1.00（出廠默認，未進行校準狀態(tài)）時的輸出為T1，假設傳感器輸出值為0.55%VOL，則需要通過校準命令輸入給傳感器的校準系數(shù)，校準系數(shù)計算方式
用于校準的值即為0.96，此值的合理范圍在0.8到1.2之間，超出此范圍傳感器將不作出反應。
3.2.6標定命令
當需要對濃度值為小宇2.1%VOL并大于1.8%VOL濃度的甲烷氣體時進行標定（在配合校準命令使用時，用戶使用的標定濃度值和校準濃度值差值需要大于1%VOL），此命令將促使指定序號的傳感器內部以當前濃度時的結果強行計算為指令的濃度值，并把此時的各種測量狀態(tài)以及光的特性進行記錄，以使以后的濃度計算中以此作為基準。
說明：出廠標定的濃度默認為2.0%VOL，由于標定命令對條件要求比較苛刻，現(xiàn)場不建議使用。
3.2.7恢復出廠設置的命令：
在其執(zhí)行后將會產生如下效果：
恢復出廠設置可以將設備序號設為01
恢復出廠時的激光器內部溫度設置值
恢復出廠時的標定溫度
恢復出廠時的諧波補償系數(shù)
恢復出廠時的過渡段補償系數(shù)
恢復出廠時的波特率設置
附表一：傳感器有效指令清單
功能描述（見注1說明） | 指令（發(fā)送數(shù)據(jù)） | 返回數(shù)據(jù)（見注1說明） | 返回數(shù)據(jù)含義(本列表均為傳感器地址 01 的產品) |
讀取測試濃度 | +CONC+01=?EB75\r\n | -CONC+01=+000.81B59A | 測量濃度為0.81%VOL |
讀取標定氣體溫度 | +TRIM+01=?B7FE\r\n | -TRIM+01=+027.65600E | 標定產品時氣體溫度為27.65℃ |
讀取標定氣體濃度 | +TRIC+01=?B6D0\r\n | -TRIC+01=+002.003376 | 標定產品時氣體溫度為2%VOL |
讀取故障碼 | +ERRO+01=?DD4D\r\n | -ERRO+01=+008.00D5A9 | 故障碼 ‘08’報錯 |
讀取調零值 | +ZERO+01=?1197\r\n | -ZERO+01=+000.055FD5 | 讀取調零值為0.05%VOL |
輸入調零值 (例) | +ZERO+01=+000.069C76\r\n | -ZERO+01=+000.061F04 | 輸入調零值為0.06%VOL |
讀取校準系數(shù) | +CORR+01=?35F5\r\n | -CORR+01=+001.006106 | 讀取校準系數(shù)為1.00 |
輸入校準系數(shù)（例） | +CORR+01=+001.04E55E\r\n | -CORR+01=+001.0460C5 | 輸入校準系數(shù)為1.04 |
查詢是否設置恢復出廠 | +RECO+01=?7756\r\n | -RECO+01=+000.00ABC1 | 未設置恢復出廠 |
恢復出廠設置（需重啟，見注3說明） | +RECO+01=+001.00299F\r\n | -RECO+01=+001.00AA3I | 已設置恢復出廠 |
讀取傳感器地址 | +ADDR+01=?1AE7\r\n | -ADDR+01=+000.01A62E | 讀取傳感器地址為01 |
設置傳感器地址（例） | +ADDR+01=+026.00258C\r\n | -ADDR+01=+026.00A62E | 設置傳感器地址為26 |
開啟主動測量 | +ACTI+01=+001.00414B\r\n | -ACTI+01=+001.00C2E9 | 設置傳感器主動輸出數(shù)據(jù) |
關閉主動測量 | +ACTI+01=+000.0040B7\r\n | -ACTI+01=+000.00C315 | 設置傳感器關閉輸出數(shù)據(jù) |
注1：本表中功能描述一列中帶‘（例）’的指令與返回數(shù)據(jù)均為示例，使用時應與實際一致。
注2：讀取的數(shù)據(jù)都是動態(tài)的，對應產品讀取時對應的狀態(tài)。
注3：運行恢復出廠設置指令后，必須對傳感器斷電至少3秒后重新啟動。
