【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感，特别是一种自适应环境调整的红外气体传感器。
技术介绍
1、目前红外气体传感器采用恒压驱动光源，光源发出5um以内波长红外光，被测气体如甲烷(红外吸收峰值为3.3um)，甲烷气体吸收一部分3.3um波长红外后，剩余3.3um红外被传感器接收到，传感器转换为微弱的电压信号，电压信号通过运放放大到单片机进行adc采样，mcu对采样到的电压幅值的大小进行计算出当前气体浓度。目前驱动光源大多采用稳压芯片输出驱动，而传感器运放的放大倍数基本固定。其主要缺陷在于：(1)目前传感器受环境影响较大，特别在低温，高湿环境中，传感器的精度都会对应下降。(2)恒压驱动光源易受稳压电源影响，电压输出受温度影响，导致光源亮度会漂移，最终导致输出传感器浓度漂移。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决上述现有技术得不足而提供一种基于ndir原理，可自动根据环境温度、湿度调整分辨率和精度的自适应环境调整的红外气体传感器。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供的一种自适应环境调整的红外气体传感器，采用双通道设计，它包括温湿度检测模块1、供电模块2、带可编程放大的模拟数字转换器模块3、信号调理电路模块4、可变恒流驱动光源电路模块5、光室模块6和通讯输出模块7，其中光室模块6包含传感器探头61和红外光源62；温湿度检测模块1采集的外部温湿度信号、信号调理电路模块4传输过来的并经其信号调理的传感器探头信号和红外光源62输出的ad采样信号分别输送给模拟数字转换器模块3，并经模拟数字转换
3、本专利技术提供的一种自适应环境调整的红外气体传感器，所述可变恒流驱动光源电路模块5，可保证光源无冲击电流的同时使光源电流恒定，提高信号源的稳定性，可实现光源驱动恒流模式，保证光源发出的能量一致。可变恒流驱动光源电路模块5包括微程序控制器mcu，pwm光源驱动电路和可变恒流驱动电路，其中pwm光源驱动电路由电阻器r18、r10和开关管g1,g2及光源u5构成，可变恒流驱动电路由电阻器r14,r15,r16,r17,电容器c16,c17,c18,开关管g1和npn三极管q1及运放u6,和光源u5构成，由于光源冷态到热态时候存在较大冲击电流，会对前级电源输出，光源寿命和稳定性存在一定影响，此驱动电路可在光源开、关时候减小冲击电流，当微程序控制器mcu输出为高，g1关闭，g2打开，此时电流回路为vcc1—r10—u5—g2—gnd,r10为限流电阻，阻值较大，光源u5处于微导通状态，光源处于热态，但基本没有亮度和能量传递。当微程序控制器mcu输出低电平时候，g1打开，g2关闭，此时电流回路为vcc—g1—u5—q1—r16，光源打开，传递能量。微程序控制器mcu输出引脚必须具有dac转换功能。r14和c18构成rc滤波，使微程序控制器mcu输出电压稳定，u6为运放，此处做比较器使用，q1为npn三极管，用来放大运放输入两个脚之前的电压差，进而调整流过光源u5的电流，运放输入有虚短功能，1脚电压v1始终需要等于3脚电压v3,如两个电压有差异，此差异就会通过运放输出去调节q1，进而调节流过光源和q1的电流i1，最终i1*r16＝v3＝v1,实现流过光源的电流恒定。r16为采样及限流电阻，如光源i1输出100ma电流，此时单片机dac输出电压需为1v,r16＝10ω，流过光源电流i1＝1v/10ω＝100ma。如光源需输出90ma电流，单片机dac输出电压v1需为0.9v，流过光源电流应该为i1＝0.9v/10ω＝90ma，此电压可根据实际应用环境进行控制来调节光源能量。r17连接到mcu的adc引脚，用来回采流过r16两端的电压，由于电路存在一定误差，如此电压v≠0.9v，dac就会电压输出微调，使v＝0.9v，确保电流为90ma,假设此方案中我们设计为四种电流方案如：80ma,90ma,100ma,110ma,对应dac输出电压应为0.8v,0.9v,1v,1.1v。
4、所述经模拟数字转换器模块3进行运算来调整光源电流及放大倍数是根据温湿度检测模块1测得的当前环境温湿度，自动调整光源电流及放大倍数，提高传感器自适应能力，提高精度及可靠性。温湿度检测模块1采集当前环境温湿度，并判断最合适的电流及放大倍数，由于传感器温度低，湿度大更会影响传感器精度，故传感器通过判断四种环境等级来输出对应参数，电流的增大可增加光源亮度，提高光室内温度，但信号也会增大，故需减小放大倍数，防止mcu采集时候满偏溢出。当温度＜a或湿度＞b时，判断为第一应用环境，定义为较恶劣环境，可变恒流驱动光源模块输出电流值a，调整放大倍数b；当温度＜a且湿度＞b时，判断为第二应用环境，定义为恶劣环境，可变恒流驱动光源模块输出电流值c，调整放大倍数d；当温度≥a或湿度＜b时，判断为第三应用环境，定义为较正常环境，可变恒流驱动光源模块输出电流值e，调整放大倍数f；当温度≥a且湿度＜b时，判断为第四应用环境，定义为正常环境，可变恒流驱动光源模块输出电流值g，调整放大倍数h；以上c＞a＞e＞g,h＞f＞b＞d。
5、本专利技术提供的一种自适应环境调整的红外气体传感器，基于ndir原理，采用双通道设计，可自动根据环境温度，湿度，自动调整分辨率和精度，具有开关电流稳定，无冲击电流，进而延迟光源寿命，提高传感器精度。
6、传统ndir放大器前级放置二级高性能运算放大器，导致成本上升，且放大倍数固定不可调，本专利技术可通过带可编程放大的mcu去调节放大倍数，且前级光源部分配合调整合适的电流大小。
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1.一种自适应环境调整的红外气体传感器，采用双通道设计，其特征在于它包括温湿度检测模块1、供电模块2、带可编程放大的模拟数字转换器模块3、信号调理电路模块4、可变恒流驱动光源电路模块5、光室模块6和通讯输出模块7，其中光室模块6包含传感器探头61和红外光源62；温湿度检测模块1采集的外部温湿度信号、信号调理电路模块4传输过来的并经其信号调理的传感器探头信号和红外光源62输出的AD采样信号分别输送给模拟数字转换器模块3，并经模拟数字转换器模块3进行浓度换算，模拟数字转换器模块3一方面将换算后的气体浓度数值传输给通讯输出模块7，另一方面根据其输出状态的高电位或低电位的不同提供可变恒流驱动光源电路模块5实现对红外光源62的光源驱动恒流模式供给；供电模块2提供模拟数字转换器模块3的MCU及信号调理电路模块4电源；温湿度检测模块1采集的外部温湿度信号提供给模拟数字转换器模块3，并经模拟数字转换器模块3进行运算来调整光源电流及放大倍数。
2.根据权利要求1所述的一种自适应环境调整的红外气体传感器，其特征是所述可变恒流驱动光源电路模块5，包括微程序控制器MCU，PWM光源驱动电路和
3.根据权利要求2所述的一种自适应环境调整的红外气体传感器，其特征是所述所述经模拟数字转换器模块3进行运算来调整光源电流及放大倍数是根据温湿度检测模块1测得的当前环境温湿度，自动调整光源电流及放大倍数，传感器通过判断四种环境等级来输出对应参数：当温度＜a或湿度＞b时，判断为第一应用环境，定义为较恶劣环境，可变恒流驱动光源模块输出电流值A，调整放大倍数B；当温度＜a且湿度＞b时，判断为第二应用环境，定义为恶劣环境，可变恒流驱动光源模块输出电流值C，调整放大倍数D；当温度≥a或湿度＜b时，判断为第三应用环境，定义为较正常环境，可变恒流驱动光源模块输出电流值E，调整放大倍数F；当温度≥a且湿度＜b时，判断为第四应用环境，定义为正常环境，可变恒流驱动光源模块输出电流值G，调整放大倍数H；以上C＞A＞E＞G,H＞F＞B＞D。
...【技术特征摘要】
1.一种自适应环境调整的红外气体传感器，采用双通道设计，其特征在于它包括温湿度检测模块1、供电模块2、带可编程放大的模拟数字转换器模块3、信号调理电路模块4、可变恒流驱动光源电路模块5、光室模块6和通讯输出模块7，其中光室模块6包含传感器探头61和红外光源62；温湿度检测模块1采集的外部温湿度信号、信号调理电路模块4传输过来的并经其信号调理的传感器探头信号和红外光源62输出的ad采样信号分别输送给模拟数字转换器模块3，并经模拟数字转换器模块3进行浓度换算，模拟数字转换器模块3一方面将换算后的气体浓度数值传输给通讯输出模块7，另一方面根据其输出状态的高电位或低电位的不同提供可变恒流驱动光源电路模块5实现对红外光源62的光源驱动恒流模式供给；供电模块2提供模拟数字转换器模块3的mcu及信号调理电路模块4电源；温湿度检测模块1采集的外部温湿度信号提供给模拟数字转换器模块3，并经模拟数字转换器模块3进行运算来调整光源电流及放大倍数。
2.根据权利要求1所述的一种自适应环境调整的红外气体传感器，其特征是所述可变恒流驱动光源电路模块5，包括微程序控制器mcu，pwm光源驱动电路和可变恒流驱动电路，其中pwm光源驱动电路由电阻器r18、r10和开关管g1,g2及光源u5构成，可变恒流驱动电路由电阻器r14,r15,r16,r17,电容器c16,c17,c18,开关管g1和npn三极管q1及运放u6,和光源u5构成，当微程序控制器mcu输出为高，g1关闭，g2打开，此时电流回路为vcc1—r10—u5—g...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕晶，沈海兵，智照路，唐飞，汪晓波，
申请(专利权)人：杭州麦乐克科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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