一种红外线气体传感器信号处理电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种红外线气体传感器信号处理电路，该电路设置于热释电探头和控制电路之间，对热释电探头原始信号进行放大和转换处理；所述信号处理电路包含信号转换电路、放大滤波电路和模数转换电路；信号转换电路的输入端连接热释电探头，输出端连接放大滤波电路的输入端，放大滤波电路的输出端连接模数转换电路输入端，模数转换电路输出端通过数字信号接口与后级控制电路连接通讯；本实用新型可以满足在不同环境温度条件下信号的准确放大，电路受温度影响极小，同时滤波电路可有效滤除干扰信号，解决小信号处理电路易受干扰的问题，可有效提升红外线气体传感器检测气体的准确性和可靠性。
【专利说明】一种红外线气体传感器信号处理电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种气体传感器信号处理电路，具体涉及一种红外线气体传感器信号处理电路。
【背景技术】
[0002]在气体检测原理中，红外线气体传感器具有灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强、使用寿命长等多项优点，其检测原理是，在固定气体分析室内通入待测气体，特定的气体将吸收红外光源发出的红外线能量，被吸收后的红外线能量依靠热释电探头转换为电信号输出，红外线气体传感器就是根据检测到的热释电探头输出电信号的大小来计算气体浓度，红外线气体传感器电路组成一般包含电源管理、光源驱动、控制电路、接口电路、信号处理电路等，其中，信号处理电路是传感器电路中最关键的部分，其功能是对热释电探头微弱的输出信号进行一系列处理，并转换为数字信号，以供控制电路获得准确可靠的数据，保障控制电路检测计算出准确有效的气体浓度。
[0003]当前行业中常用的信号处理电路普遍存在以下不足之处:
[0004]放大电路模型温度特性较差:由于输入信号为交流小信号，放大电路需要在反馈回路中设置隔直电容，由于输入交流信号频率较低，隔直电容值需较大才能满足耦合要求，这就造成了电路的温度特性较差。
[0005]信号处理及转换电路整体温度特性较差:信号处理过程中，各部分电路都会受到温度的影响，且各部分受影响程度各不相同，因此，叠加后的温度特性更是没有规律。
[0006]电路易受干扰:一般放大电路放大有用信号的同时，干扰信号也被放大，电路整体抗干扰能力较差。
【发明内容】
[0007]本实用新型要解决的技术问题在于提供一种红外线气体传感器信号处理电路，这种信号处理电路具有更好温度特性，同时解决电路易受干扰的问题，使红外线气体传感器能够在宽温度范围内可靠地作高精度气体浓度检测。
[0008]为了解决上述问题，本实用新型通过以下方式来实现。
[0009]一种红外线气体传感器信号处理电路，设置于热释电探头和控制电路之间，包括信号转换电路、放大滤波电路和模数转换电路；所述信号转换电路的输入端连接热释电探头，输出端连接放大滤波电路的输入端，此电路将电流信号转换为电压信号并通过耦合电容隔离直流分量，得到无直流偏移的交流小信号后发送至放大滤波电路；所述放大滤波电路的输出端连接模数转换电路输入端，此电路将交流小信号放大、滤波后发送至模数转换电路；模数转换电路输出端连接至控制电路，此电路将模拟电压信号转换为数字信号后通过数字接口发送至后级控制电路。
[0010]基于上述，所述信号转换电路包括转换电阻和耦合电容；转换电阻一端连接至热释电探头，另一端接地；耦合电容一端连接至热释电探头，另一端连接至放大滤波电路交流信号输入端。
[0011]基于上述，所述放大滤波电路包括基准电压源、滤波电容、运算放大器、反馈电阻一、高频滤波电容、反馈电阻二、电阻器三；基准电压源输出端连接至反馈电阻二和电阻器三的一端；电阻器三的另一端和输入交流信号连接至运算放大器同相输入端；反馈电阻二的另一端连接至运算放大器反相输入端和反馈电阻一的一端；反馈电阻一的另一端连接至运算放大器的输出端；高频滤波电容与反馈电阻一并联。
[0012]基于上述，所述模数转换电路包括ADC芯片、滤波电容；所述ADC芯片采用低功耗16位模数转换器，芯片内部还包括电压基准源和温度传感器。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:放大模型中使用参考电压源输出的直流信号为反馈回路提供基准电压，因此放大模型中无需交流回路，避免放大电路的温度漂移过大；放大器设置了高频滤波，可有效滤除瞬间干扰信号，提高了电路的抗干扰能力；同时对信号转换电路和模数转换电路的温度特性进行严格控制，保证信号处理电路整体温度特性较好。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的电路框图。
[0015]图2为本实用新型信号转换电路原理图。
[0016]图3为本实用新型放大滤波电路原理图。
[0017]图4为本实用新型模数转换电路原理图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0019]如图1所示，一种红外线气体传感器信号处理电路，该电路设置于热释电探头(I)和控制电路(5)之间，对热释电探头原始信号进行放大和转换处理；所述信号处理电路包含信号转换电路(2 )、放大滤波电路(3 )和模数转换电路(4 )。
[0020]如图2所示，所述信号转换电路包括转换电阻(R1、R2)和耦合电容(C1、C2);转换电阻(R1、R2) —端连接至热释电探头，另一端接地，转换电阻(R1、R2)将热释电探头输出的电流信号转换为电压信号，此电压信号为带直流偏移的交流信号，耦合电容(C1、C2)—端连接至热释电探头，另一端连接至放大滤波电路交流信号输入端。
[0021]如图3所示，所述放大滤波电路包括基准电压源(U3)、滤波电容(C4、C5)、运算放大器(U2)、反馈电阻一(R3)、高频滤波电容(C3)、反馈电阻二(R4)、电阻器三(R5) ;C3与R3组成低通滤波器，用于滤除电路中高频干扰信号，基准电压源(U3)输入连接VCC，输出基准电压值为VREF，放大器同相端输入信号为VI，反相端与同相端信号相等，输出端为V0，有(VO-VI)/R3 = (V1-VREF)/R4，变换后为 VO= (R3/R4)* (V1-VREF)+VI，又 VI 由基准电压 VREF和热释电探头输出的交流信号VS叠加而成，即VI=VREF+VS，因此，V0=(1+R3/R4)*VS+VREF，由此可见，输出信号VO放大倍数由R3/R4确定，且放大后的交流信号上叠加有一电压值为VREF的直流偏移量。
[0022]如图4所示，所述模数转换电路包括ADC芯片(U4)、滤波电容(C6)，放大滤波电路模拟信号输出连接至U4的AIN1，转换为数字信号后通过SPI串行接口与控制电路通讯，U4内部自带高精度温度传感器和低温漂系数的参考电压源，对信号处理电路模数转换的精度和温度特性有明显提高。
[0023]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，因此，凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改、等同变换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种红外线气体传感器信号处理电路，设置于热释电探头和控制电路之间，包括信号转换电路、放大滤波电路和模数转换电路，其特征在于，所述信号转换电路的输入端连接热释电探头，输出端连接放大滤波电路的输入端，此电路将电流信号转换为电压信号并通过耦合电容隔离直流分量，得到无直流偏移的交流小信号后发送至放大滤波电路；所述放大滤波电路的输出端连接模数转换电路输入端，此电路将交流小信号放大、滤波后发送至模数转换电路；模数转换电路输出端连接至控制电路，此电路将模拟电压信号转换为数字信号后通过数字接口发送至后级控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种红外线气体传感器信号处理电路，其特征在于:所述信号转换电路包括转换电阻和耦合电容；转换电阻一端连接至热释电探头，另一端接地；耦合电容一端连接至热释电探头，另一端连接至放大滤波电路交流信号输入端。
3.根据权利要求1所述的一种红外线气体传感器信号处理电路，其特征在于:所述放大滤波电路包括基准电压源、滤波电容、运算放大器、反馈电阻一、高频滤波电容、反馈电阻二、电阻器三；基准电压源输出端连接至反馈电阻二和电阻器三的一端；电阻器三的另一端和输入交流信号连接至运算放大器同相输入端；反馈电阻二的另一端连接至运算放大器反相输入端和反馈电阻一的一端；反馈电阻一的另一端连接至运算放大器的输出端；高频滤波电容与反馈电阻一并联。
4.根据权利要求1所述的一种红外线气体传感器信号处理电路，其特征在于:所述模数转换电路包括ADC芯片、滤波电容；所述ADC芯片采用低功耗16位模数转换器，芯片内部还包括电压基准源和温度传感器。
【文档编号】G01N21/17GK203981571SQ201420455594
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】龚林君, 王冬梅, 胡宏平, 杨忠孝, 张榆平 申请人:成都君凌科创科技有限公司