一种高精度红外光学气体传感器制造技术

一种高精度红外光学气体传感器，包括控制电路板（1）、模拟信号处理电路板（2）、红外辐射源（3）、热电堆探测器（4）、气室（5）、金属外壳（6）、滤网（7）和输出引脚（8）；所述控制电路板（1）包括电源管理电路、A/D转换器、光源驱动电路和处理器及外围电路；所述模拟信号处理电路板（2）包括信号转换电路和放大滤波电路；所述气室（5）采用镀镍工艺，增强了红外光的反射效率；所述A/D转换器采用处理器内部12位ADC，有利于A/D转换和传感器整体的可靠性；模拟信号的放大及滤波采用低噪声、轨到轨的双通道精密运算放大器，设计了带通滤波电路，有效抑制了电路噪声，提升了传感器检测的准确度；传感器对温度敏感的电路和器件作了优化设计，可保证传感器在较宽温度范围内正常工作并具有较高的检测精度。

A high precision infrared optical gas sensor

A high precision infrared optical gas sensor comprises a control circuit board (1), the analog signal processing circuit board (2), infrared radiation source (3), thermopile detector (4), chamber (5), metal shell (6) and the filter (7) and (8); the output pin the control circuit board (1) comprises a power management circuit, A/D converter, a light source driving circuit and the processor and peripheral circuit; the analog signal processing circuit (2) comprises a signal conversion circuit and filter circuit; the air chamber (5) using nickel plating technology, enhance the efficiency of the reflected infrared light; A/D the internal 12 bit ADC converter using the processor, is conducive to the transformation and the overall reliability of A/D sensor; dual Precision Operational Amplifier Analog Amplifier and filter the signal with low noise, rail to rail, designed a band-pass filter circuit, It effectively suppressed the noise of the circuit and improved the accuracy of sensor detection. The sensor optimized the design of temperature sensitive circuits and devices, which ensured that the sensors work normally in a wide temperature range and have high detection accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度红外光学气体传感器
本技术涉及一种气体传感器，具体涉及一种高精度红外光学气体传感器。
技术介绍
气体传感器作为传感
中的重要品种，在安全生产、节能减排、环境保护、道路交通安全管理、航空航天、现代军事、防化防恐、汽车工业等领域均有广泛应用，是上述行业信息化、智能化发展的支持与保障，是确保人类生活、生产、国家战略安全的重要核心技术，也是国家间科技竞争的重要领域之一。气体传感器主要分为半导体式、催化燃烧式、电化学式、红外光学式等，其中红外光学式主要用于二氧化碳和可燃气体的检测，红外光学式气体传感器相对其它原理气体传感器在灵敏度、选择性、可靠性、抗干扰能力、使用寿命等方面具有明显优势，且测量范围宽、不中毒、不依赖于氧气。由于现有红外光学式气体传感器在宽浓度和宽温度范围内检测精度较低，给红外光学式气体传感器的应用及推广造成困难。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于提供一种高精度红外光学气体传感器，这种气体传感器能够在宽浓度和宽温度范围内作高精度气体浓度检测。为了解决上述问题，本技术通过以下方式来实现。一种高精度红外光学气体传感器，包括控制电路板、模拟信号处理电路板、红外辐射源、热电堆探测器、气室、金属外壳、滤网和输出引脚，所述金属外壳一端设置有滤网，另一端设置有输出引脚，金属外壳内部设置有控制电路板、模拟信号处理电路板和气室，所述气室两端分别设置有红外辐射源和热电堆探测器，所述红外辐射源和热电堆探测器与模拟信号处理电路板相连接，所述模拟信号处理电路板与控制电路板相连接，包含信号转换电路和放大滤波电路，所述控制电路板与输出引脚相连接，包含电源电路、有源晶振、光源驱动电路、信号采集电路和32位处理器，所述有源晶振连接32位处理器，所述32位处理器连接光源驱动电路，所述光源驱动电路连接红外辐射源，所述红外辐射源产生红外光通过气室辐射至热电堆探测器，所述热电堆探测器连接信号转换电路，所述信号转换电路连接放大滤波电路，所述放大滤波电路连接信号采集电路，所述信号采集电路连接32位处理器，所述32位处理器连接输出管脚。基于上述，所述所述气室采用ABS材料，其内壁采用镀镍工艺，可提高传感器检测灵敏度和适用性。基于上述，所述金属外壳采用316不锈钢，其耐蚀性、高温强度比普通不锈钢有较大的提高，可满足在苛酷条件下的使用。基于上述，所述滤网采用600目金属筛网，防止粉尘进入。基于上述，所述电源电路可以将5.0VDC输入电压变换为两路3.3VDC输出，一路3.3VDC输出用于处理器、信号采集电路和控制电路，另一路3.3VDC输出用于红外辐射源和光源驱动电路，两路电源可减少不同电路之间的串扰，有利于传感器整体稳定性和可靠性的提高。基于上述，所述有源晶振频率信号输出连接至32位处理器时钟信号输入管脚，有源晶振封装为3025，输出频率为32MHz，与处理器内部时钟和外部无源时钟相对，有源晶振温度范围更宽、精度和可靠性更高。基于上述，所述红外辐射源采用3.3V低电压驱动，其工作电流为90mA，其红外辐射源光的波长范围为0-5μm。基于上述，所述光源驱动电路的电子开关器件采用为SOT23-3封装的P沟道MOSFET，P沟道MOSFET源极连接3.3VDC电源输出，P沟道MOSFET漏极连接红外辐射源，P沟道MOSFET栅极连接32位处理器IO管脚。基于上述，信号转换电路输入端连接热电堆探测器，输出端连接放大滤波电路，包含1只电阻和1只电容，采用精度为0.5%金属膜电阻和NOP材料的电容，可以保证信号转换的精度和温漂。基于上述，放大滤波电路输入端连接信号转换电路，输出端连接信号采集电路，包含一只运算放大器和若干无源器件，采用低噪声、轨到轨的双通道精密运算放大器和低温度系数、高精度的无源器件，可以保证信号放大滤波后保持信号的高精度和较好的温度特性。基于上述，所述信号采集电路输入连接放大滤波电路，输出连接32位处理器模拟输入引脚，所述信号采集电路的A/D转换器为处理器内部自带的12位A/D转换器。基于上述，所述处理器采用32位Cortex-M0内核低功耗处理器，具有丰富的外设、较强的抗干扰能力和快速的数据处理能力，很适用于工业控制。与现有技术相比，本技术的有益效果是：通过对处理器输入时钟信号的处理，可使传感器稳定性更高以及工作温度范围更宽；通过改进气室表面处理工艺，提高了传感器检测灵敏度和抗干扰能力；通过对传感器温度敏感部件的优化设计，保证了传感器温度漂移尽量小且一致性较高；通过对传感器结构设计及材料选用的优化，使其能够在较恶劣的环境下的正常使用。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术的电路框图。图3为本技术控制电路板原理图。图4为本技术模拟信号处理电路板原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。如图1所示，一种高精度红外光学气体传感器，包括控制电路板（1）、模拟信号处理电路板（2）、红外辐射源（3）、热电堆探测器（4）、气室（5）、金属外壳（6）、滤网（7）和输出引脚（8），其中金属外壳（6）一端设置有滤网（7），另一端设置有输出引脚（8），金属外壳内部设置有控制电路板（1）、模拟信号处理电路板（2）和气室（5），气室（5）两端分别设置有红外辐射源（3）和热电堆探测器（4）。所述控制电路板（1）与模拟信号处理电路板（2）之间灌入环氧树脂，金属外壳（6）与控制电路板（1）、模拟信号处理电路板（2）之间灌入环氧树脂，以保证传感器密封性和内部元件物理位置的稳定性。如图2和图3所示，控制电路板包含电源电路（a）、有源晶振（b）、光源驱动电路（c）、外部接口（d）和处理器电路（e）。所述电源电路（a）包括两只TC1185高精度电源芯片U1、U2和滤波电容C1~C4，输入3.6V~5VDC，输出两路3.3VDC，精度1%。所述有源晶振（b）为一只3025封装32MHz晶体，输出正弦波信号最大误差±10x10-6Hz，温度系数5ppm，温度范围为-40-85度，使用有源晶振比无源晶振的温漂更小、可靠性和精度更高。所述光源驱动电路（c）包括一只MOSFET场效应管U3、续流电阻R1，U3采用P沟道MOSFET，PMOS栅极为信号控制脚，连接至处理器IO管脚，PMOS源极为电流输入端，连接至电源芯片U1输出端，PMOS漏极为电流输出脚，连接至红外辐射源，续流电阻R1一端连接至电源芯片U1输出端，另一端连接至PMOS漏极。当处理器IO管脚输出低电平时，由于PMOS栅极电压VG小于PMOS源极电压VS，PMOS导通，因PMOS内阻远小于续流电阻R1和红外光源阻值，R1上电流约为零，此时，红外光源工作电流为U1输出电压与红外光源阻值之商；处理器IO管脚输出高电平时，由于PMOS栅极电压VG大于PMOS源极电压VS，PMOS截止，此时，红外光源工作电流为U1输出电压与红外光源阻值加上R1阻值之商，此驱动电路可以减小光源开关瞬间对传感器整体电源产生的冲击，对传感器稳定性有明显提升。所述外部接口（d）包括电源正、电源负、串口通信RX和TX四个管脚。所述处理器电路（e）包括一个32位Cortex-M0内核低功耗处理器U5及若干外围阻容器件。如图2和图4所示，模拟信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度红外光学气体传感器，包括控制电路板、模拟信号处理电路板、红外辐射源、热电堆探测器、气室、金属外壳、滤网和输出引脚；所述控制电路板包括ARM Cortex‑M0内核低功耗32位处理器；所述模拟信号处理电路板包括一个低噪声、轨到轨的双通道精密运算放大器；所述红外辐射源采用白炽灯光源；所述气室采用ABS材料，其内壁采用镀镍工艺；所述金属外壳采用316不锈钢；所述滤网采用600目金属筛网。

【技术特征摘要】
1.一种高精度红外光学气体传感器，包括控制电路板、模拟信号处理电路板、红外辐射源、热电堆探测器、气室、金属外壳、滤网和输出引脚；所述控制电路板包括ARMCortex-M0内核低功耗32位处理器；所述模拟信号处理电路板包括一个低噪声、轨到轨的双通道精密运算放大器；所述红外辐射源采用白炽灯光源；所述气室采用ABS材料，其内壁采用镀镍工艺；所述金属外壳采用316不锈钢；所述滤网采用600目金属筛网。2.根据权利要求1所述的一种高精度红外光学气体传感器，其特征在于：红外辐射源采用3.3V低电压驱动，其工作电流为90mA，其红外辐射源光的波长范围为0-5μm。3.根据权利要求1所述的一种高精度红外光学气体传感器，其特征在于：所述运...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚林君，柯淋，王冬梅，杨忠孝，张榆平，胡宏平，
申请(专利权)人：成都君凌科创科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51