提高分辨率的氣體濃度測量模塊及氣體監(jiān)測儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種提高分辨率的氣體濃度測量模塊及氣體監(jiān)測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，發(fā)展與環(huán)境之間的矛盾也日益突出，尤其近年來各種環(huán)境事件的頻繁出現(xiàn)，造成重大的環(huán)境影響和財(cái)產(chǎn)損失，引起了社會(huì)各界對環(huán)境安全的擔(dān)憂。快速準(zhǔn)確的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠幫助管理部門科學(xué)應(yīng)對突發(fā)環(huán)境事件，但是由于技術(shù)水平和研發(fā)思路的限制，大部分氣體監(jiān)測儀不能很好滿足應(yīng)急監(jiān)測快速準(zhǔn)確的要求?；瘜W(xué)傳感器是對各種化學(xué)物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行檢測的儀器，因種類多、成本低、體積小、耐候性好和抗震性佳的優(yōu)點(diǎn)，除在安防、農(nóng)業(yè)和消防等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用外，近年來更是廣泛用于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測領(lǐng)域，目前市售化學(xué)傳感器及配套的儀器儀表所能提供的分辨率普遍僅能達(dá)到0.lppm，在精度和準(zhǔn)確度上很難滿足我國環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型針對以上問題的提出，而研制一種提高分辨率的氣體濃度測量模塊及氣體監(jiān)測儀。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0005]一種提高分辨率的氣體濃度測量模塊，所述測量模塊包括:
[0006]至少一個(gè)電化學(xué)傳感器；所述電化學(xué)傳感器具有計(jì)數(shù)電極CE、工作電極WE和參考電極RE ；
[0007]連接所述電化學(xué)傳感器，用于在所述工作電極WE和所述參考電極RE間施加恒定電位的恒電位儀；
[0008]連接所述電化學(xué)傳感器，用于將所述工作電極WE產(chǎn)生的對應(yīng)氣體濃度的電流信號轉(zhuǎn)換為與所述電流信號成正比的電壓信號的放大電路；
[0009]連接所述放大電路，用于對放大電路輸出的電壓信號進(jìn)行濾波的濾波電路；
[0010]連接所述濾波電路，用于對濾波后的模擬電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；
[0011]連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字隔離電路；所述數(shù)字隔離電路實(shí)現(xiàn)輸入輸出數(shù)字信號電氣隔離；
[0012]另外，所述測量模塊還包括用于給恒電位儀、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字隔離電路供電的電源；所述電源包括5V電源、2.5V電源和3.3V電源；
[0013]進(jìn)一步地，
[0014]所述恒電位儀包括:電阻R3、運(yùn)算放大器U1、電容Cl、電阻R1、電容C2、電阻R2、MOS管Ql和電阻R7 ;所述運(yùn)算放大器Ul采用LMP7721芯片；所述運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端通過電阻R3接地；所述運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端經(jīng)由電容Cl連接所述運(yùn)算放大器Ul的輸出端；所述電容Cl兩端并聯(lián)接有RC串聯(lián)支路，該RC串聯(lián)支路由電阻Rl和電容C2構(gòu)成；所述RC串聯(lián)支路的串接點(diǎn)通過電阻R2連接電化學(xué)傳感器的參考電極RE ;所述運(yùn)算放大器Ul的輸出端連接電化學(xué)傳感器的計(jì)數(shù)電極CE ;所述MOS管Ql的柵極通過電阻R7連接5V電源正極；所述MOS管Ql的漏極連接電化學(xué)傳感器的參考電極RE ;所述MOS管Ql的源極連接電化學(xué)傳感器的工作電極WE ；
[0015]所述放大電路包括:電阻R6、電阻R4、電容C3、電阻R5和運(yùn)算放大器U2 ;所述電化學(xué)傳感器的工作電極WE通過電阻R6連接所述運(yùn)算放大器U2的反相輸入端；所述運(yùn)算放大器U2的同相輸入端通過電阻R5接地；所述運(yùn)算放大器U2的反相輸入端經(jīng)過相互并聯(lián)的電阻R4和電容C3連接所述運(yùn)算放大器U2的輸出端；所述運(yùn)算放大器U2的輸出端輸出與所述工作電極WE產(chǎn)生的對應(yīng)氣體濃度的電流信號成正比的電壓信號；
[0016]進(jìn)一步地，
[0017]所述濾波電路包括由電容CS、電容C9和電阻R13構(gòu)成的π型濾波器；所述π型濾波器一端連接放大電路，另一端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；
[0018]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換器U3、基準(zhǔn)源U4、電容C4、電容C5、電容C6和電容C7 ;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U3采用AD7190芯片；所述基準(zhǔn)源U4采用ADR421芯片；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U3的引腳AINl連接所述濾波電路；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U3的引腳REFINl+連接所述基準(zhǔn)源U4的輸出端；所述電容C4和電容C5相互并聯(lián)接在所述基準(zhǔn)源U4的輸入端和地之間；所述電容C6和電容C7相互并聯(lián)接在所述基準(zhǔn)源U4的輸出端和地之間；所述基準(zhǔn)源U4的輸入端還連接5V電源正極；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U3的引腳REFINl-接地；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U3的引腳SCLK、引腳DIN和引腳DOUT連接數(shù)字隔離電路；
[0019]所述數(shù)字隔離電路包括數(shù)字隔離器U5、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻Rll和電阻R12 ;所述數(shù)字隔離器U5采用ADUM1402芯片；所述數(shù)字隔離器U5的引腳OA經(jīng)由電阻R8連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U3的引腳SCLK ;所述數(shù)字隔離器U5的引腳OB經(jīng)由電阻R9連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U3的引腳DIN ;所述數(shù)字隔離器U5的引腳IC經(jīng)由電阻RlO連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U3的引腳DOUT ;所述數(shù)字隔離器U5的引腳Ε2通過電阻Rll連接2.5V電源正極；所述數(shù)字隔離器U5的引腳El通過電阻R12連接3.3V電源正極。
[0020]一種氣體監(jiān)測儀，包括:
[0021]以上任一項(xiàng)所述的提高分辨率的氣體濃度測量模塊；
[0022]進(jìn)一步地，所述氣體監(jiān)測儀還包括:
[0023]殼體；所述殼體上具有進(jìn)氣口；
[0024]設(shè)置于所述殼體內(nèi)，且與所述進(jìn)氣口相連通，用于對由所述進(jìn)氣口進(jìn)入的待測氣體中的顆粒物進(jìn)行過濾的過濾器；
[0025]設(shè)置在所述殼體內(nèi)，容置所述氣體濃度測量模塊包括的至少一個(gè)電化學(xué)傳感器的傳感器倉；
[0026]與所述傳感器倉相連通的氣管；
[0027]設(shè)置于所述殼體內(nèi)，且與所述過濾器和所述氣管相連接，用于將經(jīng)過過濾的待測氣體引導(dǎo)至所述氣管中的氣泵；待測氣體經(jīng)由氣管進(jìn)入所述傳感器倉；
[0028]進(jìn)一步地，所述殼體分成前后兩個(gè)部分；所述過濾器、氣泵和氣管均設(shè)置在所述殼體的后部分；所述傳感器倉和氣體濃度測量模塊設(shè)置于所述殼體的前部分；所述殼體的后部分開設(shè)有連通所述氣管和所述傳感器倉的導(dǎo)氣孔。
[0029]由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型提供的提高分辨率的氣體濃度測量模塊及氣體監(jiān)測儀，從滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求出發(fā)，通過對電化學(xué)傳感器信號測量部分的電路改造，實(shí)現(xiàn)對電化學(xué)傳感器的輸出電信號進(jìn)行數(shù)字化處理，開發(fā)出具有更高分辨率的電化學(xué)傳感器檢測技術(shù)，能夠大幅度提高電化學(xué)傳感器的分辨率，在精度上滿足了環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求，并提高了氣體檢測的準(zhǔn)確度，大大拓展了電化學(xué)傳感器的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1是本實(shí)用新型所述氣體濃度測量模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0032]圖2是本實(shí)用新型所述恒電位儀和放大電路的電路原理圖；
[0033]圖3是本實(shí)用新型所述濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字隔離電路的電路原理圖；
[0034]圖4是本實(shí)用新型所述電源的電路原理圖；
[0035]圖5是本實(shí)用新型所述氣體監(jiān)測儀的結(jié)構(gòu)框圖；
[0036]圖6是本實(shí)用新型所述氣體監(jiān)測儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖7是本實(shí)用新型所述殼體的后部分的結(jié)構(gòu)