一種紅外線氣體傳感器信號處理電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種紅外線氣體傳感器信號處理電路，該電路設(shè)置于熱釋電探頭和控制電路之間，對熱釋電探頭原始信號進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換處理；所述信號處理電路包含信號轉(zhuǎn)換電路、放大濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接熱釋電探頭，輸出端連接放大濾波電路的輸入端，放大濾波電路的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出端通過數(shù)字信號接口與后級控制電路連接通訊；本實(shí)用新型可以滿足在不同環(huán)境溫度條件下信號的準(zhǔn)確放大，電路受溫度影響極小，同時濾波電路可有效濾除干擾信號，解決小信號處理電路易受干擾的問題，可有效提升紅外線氣體傳感器檢測氣體的準(zhǔn)確性和可靠性。
【專利說明】一種紅外線氣體傳感器信號處理電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種氣體傳感器信號處理電路，具體涉及一種紅外線氣體傳感器信號處理電路。

【背景技術(shù)】
[0002]在氣體檢測原理中，紅外線氣體傳感器具有靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，其檢測原理是，在固定氣體分析室內(nèi)通入待測氣體，特定的氣體將吸收紅外光源發(fā)出的紅外線能量，被吸收后的紅外線能量依靠熱釋電探頭轉(zhuǎn)換為電信號輸出，紅外線氣體傳感器就是根據(jù)檢測到的熱釋電探頭輸出電信號的大小來計(jì)算氣體濃度，紅外線氣體傳感器電路組成一般包含電源管理、光源驅(qū)動、控制電路、接口電路、信號處理電路等，其中，信號處理電路是傳感器電路中最關(guān)鍵的部分，其功能是對熱釋電探頭微弱的輸出信號進(jìn)行一系列處理，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以供控制電路獲得準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，保障控制電路檢測計(jì)算出準(zhǔn)確有效的氣體濃度。
[0003]當(dāng)前行業(yè)中常用的信號處理電路普遍存在以下不足之處:
[0004]放大電路模型溫度特性較差:由于輸入信號為交流小信號，放大電路需要在反饋回路中設(shè)置隔直電容，由于輸入交流信號頻率較低，隔直電容值需較大才能滿足耦合要求，這就造成了電路的溫度特性較差。
[0005]信號處理及轉(zhuǎn)換電路整體溫度特性較差:信號處理過程中，各部分電路都會受到溫度的影響，且各部分受影響程度各不相同，因此，疊加后的溫度特性更是沒有規(guī)律。
[0006]電路易受干擾:一般放大電路放大有用信號的同時，干擾信號也被放大，電路整體抗干擾能力較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種紅外線氣體傳感器信號處理電路，這種信號處理電路具有更好溫度特性，同時解決電路易受干擾的問題，使紅外線氣體傳感器能夠在寬溫度范圍內(nèi)可靠地作高精度氣體濃度檢測。
[0008]為了解決上述問題，本實(shí)用新型通過以下方式來實(shí)現(xiàn)。
[0009]一種紅外線氣體傳感器信號處理電路，設(shè)置于熱釋電探頭和控制電路之間，包括信號轉(zhuǎn)換電路、放大濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接熱釋電探頭，輸出端連接放大濾波電路的輸入端，此電路將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并通過耦合電容隔離直流分量，得到無直流偏移的交流小信號后發(fā)送至放大濾波電路；所述放大濾波電路的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入端，此電路將交流小信號放大、濾波后發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出端連接至控制電路，此電路將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過數(shù)字接口發(fā)送至后級控制電路。
[0010]基于上述，所述信號轉(zhuǎn)換電路包括轉(zhuǎn)換電阻和耦合電容；轉(zhuǎn)換電阻一端連接至熱釋電探頭，另一端接地；耦合電容一端連接至熱釋電探頭，另一端連接至放大濾波電路交流信號輸入端。
[0011]基于上述，所述放大濾波電路包括基準(zhǔn)電壓源、濾波電容、運(yùn)算放大器、反饋電阻一、高頻濾波電容、反饋電阻二、電阻器三；基準(zhǔn)電壓源輸出端連接至反饋電阻二和電阻器三的一端；電阻器三的另一端和輸入交流信號連接至運(yùn)算放大器同相輸入端；反饋電阻二的另一端連接至運(yùn)算放大器反相輸入端和反饋電阻一的一端；反饋電阻一的另一端連接至運(yùn)算放大器的輸出端；高頻濾波電容與反饋電阻一并聯(lián)。
[0012]基于上述，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括ADC芯片、濾波電容；所述ADC芯片采用低功耗16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，芯片內(nèi)部還包括電壓基準(zhǔn)源和溫度傳感器。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:放大模型中使用參考電壓源輸出的直流信號為反饋回路提供基準(zhǔn)電壓，因此放大模型中無需交流回路，避免放大電路的溫度漂移過大；放大器設(shè)置了高頻濾波，可有效濾除瞬間干擾信號，提高了電路的抗干擾能力；同時對信號轉(zhuǎn)換電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的溫度特性進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證信號處理電路整體溫度特性較好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的電路框圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型信號轉(zhuǎn)換電路原理圖。
[0016]圖3為本實(shí)用新型放大濾波電路原理圖。
[0017]圖4為本實(shí)用新型模數(shù)轉(zhuǎn)換電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019]如圖1所示，一種紅外線氣體傳感器信號處理電路，該電路設(shè)置于熱釋電探頭(I)和控制電路(5)之間，對熱釋電探頭原始信號進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換處理；所述信號處理電路包含信號轉(zhuǎn)換電路(2 )、放大濾波電路(3 )和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(4 )。
[0020]如圖2所示，所述信號轉(zhuǎn)換電路包括轉(zhuǎn)換電阻(R1、R2)和耦合電容(C1、C2);轉(zhuǎn)換電阻(R1、R2) —端連接至熱釋電探頭，另一端接地，轉(zhuǎn)換電阻(R1、R2)將熱釋電探頭輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，此電壓信號為帶直流偏移的交流信號，耦合電容(C1、C2)—端連接至熱釋電探頭，另一端連接至放大濾波電路交流信號輸入端。
[0021]如圖3所示，所述放大濾波電路包括基準(zhǔn)電壓源(U3)、濾波電容(C4、C5)、運(yùn)算放大器(U2)、反饋電阻一(R3)、高頻濾波電容(C3)、反饋電阻二(R4)、電阻器三(R5) ;C3與R3組成低通濾波器，用于濾除電路中高頻干擾信號，基準(zhǔn)電壓源(U3)輸入連接VCC，輸出基準(zhǔn)電壓值為VREF，放大器同相端輸入信號為VI，反相端與同相端信號相等，輸出端為V0，有(VO-VI)/R3 = (V1-VREF)/R4，變換后為 VO= (R3/R4)* (V1-VREF)+VI，又 VI 由基準(zhǔn)電壓 VREF和熱釋電探頭輸出的交流信號VS疊加而成，即VI=VREF+VS，因此，V0=(1+R3/R4)*VS+VREF，由此可見，輸出信號VO放大倍數(shù)由R3/R4確定，且放大后的交流信號上疊加有一電壓值為VREF的直流偏移量。
[0022]如圖4所示，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括ADC芯片(U4)、濾波電容(C6)，放大濾波電路模擬信號輸出連接至U4的AIN1，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過SPI串行接口與控制電路通訊，U4內(nèi)部自帶高精度溫度傳感器和低溫漂系數(shù)的參考電壓源，對信號處理電路模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度和溫度特性有明顯提高。
[0023]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，因此，凡在本實(shí)用新型的原則之內(nèi)所作的任何修改、等同變換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外線氣體傳感器信號處理電路，設(shè)置于熱釋電探頭和控制電路之間，包括信號轉(zhuǎn)換電路、放大濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接熱釋電探頭，輸出端連接放大濾波電路的輸入端，此電路將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并通過耦合電容隔離直流分量，得到無直流偏移的交流小信號后發(fā)送至放大濾波電路；所述放大濾波電路的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入端，此電路將交流小信號放大、濾波后發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出端連接至控制電路，此電路將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過數(shù)字接口發(fā)送至后級控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外線氣體傳感器信號處理電路，其特征在于:所述信號轉(zhuǎn)換電路包括轉(zhuǎn)換電阻和耦合電容；轉(zhuǎn)換電阻一端連接至熱釋電探頭，另一端接地；耦合電容一端連接至熱釋電探頭，另一端連接至放大濾波電路交流信號輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外線氣體傳感器信號處理電路，其特征在于:所述放大濾波電路包括基準(zhǔn)電壓源、濾波電容、運(yùn)算放大器、反饋電阻一、高頻濾波電容、反饋電阻二、電阻器三；基準(zhǔn)電壓源輸出端連接至反饋電阻二和電阻器三的一端；電阻器三的另一端和輸入交流信號連接至運(yùn)算放大器同相輸入端；反饋電阻二的另一端連接至運(yùn)算放大器反相輸入端和反饋電阻一的一端；反饋電阻一的另一端連接至運(yùn)算放大器的輸出端；高頻濾波電容與反饋電阻一并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外線氣體傳感器信號處理電路，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括ADC芯片、濾波電容；所述ADC芯片采用低功耗16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，芯片內(nèi)部還包括電壓基準(zhǔn)源和溫度傳感器。
【文檔編號】G01N21/17GK203981571SQ201420455594
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】龔林君, 王冬梅, 胡宏平, 楊忠孝, 張榆平 申請人:成都君凌科創(chuàng)科技有限公司