一种NDIR气体测量电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种NDIR气体测量电路，包括：热电堆传感器、第一差分放大器、第二差分放大器、ADC、DAC电压发生器、PWM可控恒流源及IR光源S2；所述第一差分放大器的输入端连接所述热电堆传感器的输出端，所述第一差分放大器的输出端与DAC电压发生器的输出端分别连接所述第二差分放大器的两个输入端，所述第二差分放大器的输出端连接ADC；所述PWM可控恒流源连接IR光源S2；采用PWM可控恒流源驱动IR光源S2，降低对光源的低阻冲击，并提高光源稳定性；通过两级差分放大器对热电堆传感器产生的微弱信号变化量进行处理，提高对微弱有效信号变化量的分辨能力，降低AD采集成本。

【技术实现步骤摘要】
一种NDIR气体测量电路
本技术属于气体测量
，具体涉及一种NDIR气体测量电路。
技术介绍
NDIR方法是红外气体检测中的主流技术，NDIR全称为Non-DispersiveInfraredAbsorption，即非分光红外法又称非分散红外吸收分析。现有技术多采用电压源驱动IR光源或使用MEMS可调制光源，经过吸收光路后由热电堆传感器接收光源信号，然后通过计算光源信号的衰减量来实现对气体含量的测量。但由于IR光源是变阻器件，且动态开关，恒压驱动对光源冷启动时冲击较大且容易因为较大的驱动电流而导致电压源电压衰减与波动，从而降低光源的辐射稳定性与寿命；而MEMS光源成本较高，应用得到较多限制；另外由于热电堆信号为弱电压与弱电流的特殊信号，且因气体吸收衰减掉的信号变化其实非常微小，所以常常需要借助高分辨率的AD转换器来获得较高的分辨率，这无疑增加了系统的成本，限制了其批量应用的潜力。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的不足，本技术提供了一种提高电源稳定性，延长系统寿命，提高对微弱有效信号变化量的分辨力，降低AD采集成本的NDIR气体测量电路。本技术的技术方案为：NDIR气体测量电路，包括：热电堆传感器、第一差分放大器、第二差分放大器、ADC、DAC电压发生器、PWM可控恒流源及IR光源S2；所述第一差分放大器的输入端连接所述热电堆传感器的输出端，所述第一差分放大器的输出端与DAC电压发生器的输出端分别连接所述第二差分放大器的两个输入端，所述第二差分放大器的输出端连接ADC；所述PWM可控恒流源连接IR光源S2。所述PWM可控恒流源包括PWM信号源、NPN三极管Q1、P沟道MOS管Q2及低温漂基准源Z4；所述NPN三极管Q1的基极连接PWM信号源，所述NPN三极管Q1的发射极接地，所述NPN三极管Q1的集电极连接P沟道MOS管Q2的G极，所述P沟道MOS管Q2的D极连接所述低温漂基准源Z4的阴极，所述低温漂基准源Z4的参考极连接所述P沟道MOS管Q2的D极，所述IR光源S2的一端连接低温漂基准源Z4的阳极，所述IR光源S2的另一端接地。所述PWM可控恒流源还包括电阻R1、R2及电阻R4，所述电阻R1与所述低温漂基准源Z4并联，所述电阻R2串联在所述NPN三极管Q1的基极与所述PWM信号源之间，所述电阻R4的一端连接所述P沟道MOS管Q2的S极，所述电阻R4的另一端连接所述NPN三极管Q1的集电极。所述PWM可控恒流源还包括电容C1及电容C2；所述电容C1的一端连接电源Vcc，另一端接地；所述电容C2与所述IR光源S2并联。所述NDIR气体测量电路还包括基准源，所述基准源的阴极连接所述第一差分放大器的负输入端，所述基准源的阳极接地。所述第一差分放大器的输出端连接第二差分放大器的正输入端，所述DAC电压发生器的输出端连接第二差分放大器的负输入端。所述ADC为10位或12位ADC。本技术的有益效果：（1）采用PWM可控恒流源驱动IR光源，降低对光源的低阻冲击，并提高光源稳定性；（2）通过两级差分放大器对热电堆传感器产生的微弱信号变化量进行处理，提高对微弱有效信号变化量的分辨能力，降低AD采集成本。附图说明图1为本技术NDIR气体测量电路的系统框图。图2为本技术的PWM可控恒流源的电路示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术的具体实施方式做进一步的描述。如图1所示，NDIR气体测量电路，包括：热电堆传感器1、第一差分放大器2、第二差分放大器3、ADC、DAC电压发生器、PWM可控恒流源及IR光源S2；第一差分放大器2的输入端连接热电堆传感器1的输出端，第一差分放大器2的输出端与DAC电压发生器的输出端分别连接第二差分放大器3的两个输入端，第二差分放大器3的输出端连接ADC；PWM可控恒流源连接IR光源S2；在本实施例中，IR光源S2通过PWM可控恒流源驱动，降低频繁开关对光源的冲击并提高光源稳定度；同时，通过第一差分放大器1及第二差分放大器2两级差分放大器对热电堆传感器产生的微弱信号变化量进行处理，提高对微弱有效信号变化量的分辨能力，降低AD采集成本；另外，DAC电压发生器可调电压输出，可根据需要任意改变放大信号的窗口范围，提高对有限信号变化量的识别能力，从而借助较低分辨率的ADC达到基本测量效果，降低系统成本。如图2所示，在上述实施例中，PWM可控恒流源包括PWM信号源、NPN三极管Q1、P沟道MOS管Q2及低温漂基准源Z4；NPN三极管Q1的基极连接PWM信号源，NPN三极管Q1的发射极接地，NPN三极管Q1的集电极连接P沟道MOS管Q2的G极，P沟道MOS管Q2的D极连接低温漂基准源Z4的阴极，低温漂基准源Z4的参考极连接P沟道MOS管Q2的D极，IR光源S2的一端连接低温漂基准源Z4的阳极，IR光源S2的另一端接地；PWM可控恒流源采用低温漂基准源Z4来实现较高精度的IR光源S2驱动，尽可能的降低温度与电源电压波动对测量效果的影响，并降低零点漂移；由NPN三极管Q1和P沟道MOS管Q2组成的开关电路，通过PWM信号源发出的PWM信号以控制电流信号开关的占空比，从而达到调节恒流电流的大小并驱动IR光源S2亮度的目的。PWM可控恒流源还包括电阻R1、R2及电阻R4，电阻R1与低温漂基准源Z4并联，电阻R2串联在NPN三极管Q1的基极与PWM信号源之间，电阻R4的一端连接P沟道MOS管Q2的S极，电阻R4的一端连接NPN三极管Q1的集电极；电阻R2为NPN三极管Q1基极限流电阻，电阻R4为NPN三极管Q1的集电极上拉电阻，帮助NPN三极管Q1控制P沟道MOS管Q2的关闭与导通，电阻R1与低温漂基准源Z4并联，限定通过IR光源S2的电流大小，达到用指定大小的电流恒流驱动IR光源S2的目的。PWM可控恒流源还包括电容C1及电容C2；电容C1的一端连接电源Vcc，另一端连接地；电容C2与IR光源S2并联；电容C1是滤波电容，降低开关IR光源S2时对电源Vcc的扰动；电容C2并联在IR光源S2的两端用于滤波、稳定IR光源S2。NDIR气体测量电路还包括基准源4，基准源4的阴极连接第一差分放大器2的负输入端，基准源4的阳极接地，基准源4用于为第一差分放大器2提供基准电位。第一差分放大器2的输出端连接第二差分放大器3的正输入端，DAC电压发生器的输出端连接第二差分放大器3的负输入端，DAC电源发生器为第二差分放大器3提供参考电压，DAC电源发生器的输出电压可调，即第二差分放大器3的参考电压可根据需要任意改变放大信号的窗口范围，提高对有限信号变化量的识别能力，从而借助较低分辨率的ADC即可达到基本测量效果，降低系统成本。进一步的，ADC可选用10位或12位ADC。以上所述实施例仅表达了本技术的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NDIR气体测量电路，其特征在于，包括：/n热电堆传感器（1）、第一差分放大器（2）、第二差分放大器（3）、ADC、DAC电压发生器、PWM可控恒流源及IR光源S2；/n所述第一差分放大器（2）的输入端连接所述热电堆传感器（1）的输出端，所述第一差分放大器（2）的输出端与所述DAC电压发生器的输出端分别连接所述第二差分放大器（3）的两个输入端，所述第二差分放大器（3）的输出端连接所述ADC；/n所述PWM可控恒流源连接IR光源S2。/n

【技术特征摘要】
1.一种NDIR气体测量电路，其特征在于，包括：
热电堆传感器（1）、第一差分放大器（2）、第二差分放大器（3）、ADC、DAC电压发生器、PWM可控恒流源及IR光源S2；
所述第一差分放大器（2）的输入端连接所述热电堆传感器（1）的输出端，所述第一差分放大器（2）的输出端与所述DAC电压发生器的输出端分别连接所述第二差分放大器（3）的两个输入端，所述第二差分放大器（3）的输出端连接所述ADC；
所述PWM可控恒流源连接IR光源S2。


2.根据权利要求1所述的NDIR气体测量电路，其特征在于，所述PWM可控恒流源包括PWM信号源、NPN三极管Q1、P沟道MOS管Q2及低温漂基准源Z4；所述NPN三极管Q1的基极连接PWM信号源，所述NPN三极管Q1的发射极接地，所述NPN三极管Q1的集电极连接P沟道MOS管Q2的G极，所述P沟道MOS管Q2的D极连接所述低温漂基准源Z4的阴极，所述低温漂基准源Z4的参考极连接所述P沟道MOS管Q2的D极，所述IR光源S2的一端连接低温漂基准源Z4的阳极，所述IR光源S2的另一端接地。


3.根据权利要求2所述的NDIR气体测量电...

【专利技术属性】
技术研发人员：单向群，
申请(专利权)人：商丘青木传感技术有限公司，
类型：新型
国别省市：河南;41