專利名稱：用于粉塵濃度檢測(cè)的光學(xué)式傳感器的光電信號(hào)采集轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種用于粉塵濃度檢測(cè)的光學(xué)式傳感器的光電信號(hào)采集轉(zhuǎn)換裝置，具體涉及ー種用于光學(xué)式粉塵濃度傳感器的光電信號(hào)采集轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
煤礦井下粉塵含量高，成分有害，工人長(zhǎng)期在粉塵環(huán)境中工作，容易患?jí)m肺?。环?塵中含有易燃易爆成分，容易引起火災(zāi)或爆炸事件；另外高濃度粉塵會(huì)加速機(jī)器磨損，縮短 機(jī)器的使用壽命。粉塵濃度傳感器就是為了滿足現(xiàn)有煤礦監(jiān)測(cè)井下粉塵濃度，利用激光散射原理開(kāi)發(fā)的高科技傳感器。粉塵濃度傳感器主要用于礦山、水泥廠等粉塵作業(yè)場(chǎng)所，可連續(xù)檢測(cè)存在易燃易爆可燃性氣體混合物的環(huán)境中浮游粉塵的濃度，能夠在自然風(fēng)流狀態(tài)下實(shí)時(shí)地、就地、連續(xù)不間斷地監(jiān)測(cè)顯示井下粉塵濃度，同時(shí)輸出與灑水噴霧的降塵裝置聯(lián)動(dòng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)塵降塵的最佳效果，具有測(cè)量快速準(zhǔn)確、靈敏度高、就地顯示、遠(yuǎn)程信號(hào)、性能穩(wěn)定等功能與特點(diǎn)?，F(xiàn)階段已有的粉塵濃度傳感器主要有光學(xué)、射線、稱重式、電荷式幾種，其中光學(xué)式的使用最為廣泛。煤礦井下環(huán)境惡劣，光線很弱，普通光電ニ極管的探測(cè)精度差、靈敏度低，另外由于采集到的電流信號(hào)極小，需要經(jīng)放大電路放大后才能供下級(jí)電路使用；而光電倍增管靈敏度很高、噪聲低、且不能受強(qiáng)光照射，適合在煤礦井下使用，它能將微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，但在使用時(shí)需要提供較高的電壓，這在粉塵作業(yè)場(chǎng)所容易造成安全隱患，而且使用成本也較高。為此，能否提供ー種粉塵檢測(cè)精度高、制造成本低、又能安全使用并且工作可靠性優(yōu)異的用于粉塵濃度檢測(cè)的光學(xué)式傳感器的光電信號(hào)采集轉(zhuǎn)換裝置是目前有待解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工作性能穩(wěn)定、成本適中、具有較好的測(cè)量效果并且工作可靠性優(yōu)異的用于粉塵濃度檢測(cè)的光學(xué)式傳感器的光電信號(hào)采集轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明的目的是這樣來(lái)達(dá)到的，一種用于粉塵濃度檢測(cè)的光學(xué)式傳感器的光電信號(hào)米集轉(zhuǎn)換裝置，包括用于輸出第一輸出電壓Voutl的I/V轉(zhuǎn)換電路、用于輸出第二輸出電壓Vout2的電壓放大電路、用于輸出第三輸出電壓Vout3的電壓跟隨電路和電源引入與信號(hào)輸出電路，電源引入與信號(hào)輸出電路的輸出端與Ι/ν轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路和電壓跟隨電路連接，I/V轉(zhuǎn)換電路的輸出端與電壓放大電路連接，電壓放大電路的輸出端與電壓跟隨電路連接，電壓跟隨電路的輸出端與電源引入與信號(hào)輸出電路連接，所述的Ι/v轉(zhuǎn)換電路，包括硅光電池D1、電阻R2、R3、R5、電容Cl C3、C8和極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul，硅光電池Dl的負(fù)極與極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的2腳、電阻R2的一端以及電容CS的一端連接，極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的6腳與電阻R3的一端、電容CS的另一端以及電阻R5的一端連接，電阻R3的另一端接電阻R2的另一端，電阻R5的另一端接電容C2的一端并輸出所述第一輸出電壓Voutl,極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的7腳和電容Cl的一端共同接正直流電源VCC，極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的4腳和電容C3的一端共同接負(fù)直流電源-VCC，極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的3、8腳、硅光電池Dl的正極、電容Cl的另一端、電容C3的另一端和電容C2的另一端共同接地；所述的電壓放大電路,包括電阻Rl、R4、電容C5、C7和低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2，低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的I腳接電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端接電阻R4的一端，電阻R4的另一端接低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的8腳，低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的3腳接所述的I/V轉(zhuǎn)換電路輸出的第一輸出電壓Voutl,低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的6腳輸出所述第二輸出電壓Vout2,低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的7腳和電容C5的一端共同接正直流電源VCC，低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的4腳和電容C7的一端共同接負(fù)直流電源-VCC，電容C5的另一端、電容C7的另一端和低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的2、 5腳共同接地；所述的電壓跟隨電路，包括電容C4、C6、電阻R6和雙極性運(yùn)算放大器U3，雙極性運(yùn)算放大器U3的2腳接6腳和電阻R6的一端，電阻R6的另一端輸出所述第三輸出電壓Vout3，雙極性運(yùn)算放大器U3的3腳接所述的電壓放大電路輸出的第二輸出電壓Vout2，雙極性運(yùn)算放大器U3的7腳和電容C4的一端共同接正直流電源VCC，雙極性運(yùn)算放大器U3的4腳和電容C6的一端共同接負(fù)直流電源-VCC，電容C4的另一端和電容C6的另一端共同接地；所述的電源引入與信號(hào)輸出電路，包括插座J1、電容C9、C10和電阻R7，插座Jl的I腳和電容ClO的正極共同接正直流電源VCC，插座Jl的2腳和電容C9的負(fù)極共同接負(fù)直流電源-VCC，插座Jl的4腳接所述的電壓跟隨電路3輸出的第三輸出電壓Vout3，用于連接下級(jí)設(shè)備，電容C9的正極、電容ClO的負(fù)極、電阻R7的一端、電阻R7的另一端和插座Jl的3、5腳共同接地。本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，利用硅光電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光電ニ極管或光電倍增管將采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在Ι/v轉(zhuǎn)換電路中采用了極低偏置電流運(yùn)算放大器將電流放大并轉(zhuǎn)換成電壓進(jìn)行輸出，在電壓放大電路中采用了低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器對(duì)I/V轉(zhuǎn)換電路中輸出的電壓進(jìn)行放大處理，在電壓跟隨電路中采用了低噪聲、非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器作為跟隨器的主要處理部件，從而使本發(fā)明具有工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的原理框圖。圖2為圖I所示的I/V轉(zhuǎn)換電路的電原理圖。圖3為圖I所示的電壓放大電路的電原理圖。圖4為圖I所示的電壓跟隨電路的電原理圖。圖5為圖I所示的電源引入與信號(hào)輸出電路的電原理圖。
具體實(shí)施例方式為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人將在下面以實(shí)施例的方式結(jié)合附圖作詳細(xì)說(shuō)明，但是對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的等效變換都應(yīng)視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。請(qǐng)參閱圖1，一種用于粉塵濃度傳感器的光電信號(hào)采集轉(zhuǎn)換裝置，包括I/V轉(zhuǎn)換電路I、電壓放大電路2、電壓跟隨電路3和電源引入與信號(hào)輸出電路4，所述的電源引入與信號(hào)輸出電路4將主電路提供的直流電源分別供給I/V轉(zhuǎn)換電路I、電壓放大電路2和電壓跟隨電路3，I/V轉(zhuǎn)換電路I的輸出端與電壓放大電路2連接，電壓放大電路2的輸出端與電壓跟隨電路3連接，電壓跟隨電路3的輸出端接電源引入與信號(hào)輸出電路4，由電源引入與信號(hào)輸出電路4將采集轉(zhuǎn)換得到的信號(hào)輸出給下級(jí)設(shè)備。請(qǐng)參閱圖2，前述的I/V轉(zhuǎn)換電路I包括硅光電池D1、電阻R2、R3、R5、電容Cl C3、C8和極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul，在本實(shí)施例中，所述的硅光電池Dl采用S1227，極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul采用AD549JH。其中硅光電池Dl將煤礦井下的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將采集的信號(hào)電流Is送入極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的2腳、3腳，電容CS起濾波作用，電阻R2、R3作為輸出放大的比例電阻，電容Cl、C3起電源濾波作用，電阻R5和電容 C2對(duì)電路的輸出電壓進(jìn)行阻容濾波，從而使下一級(jí)電路能得到純凈的輸入信號(hào)，第一輸出電壓Voutl與電流Is的比例關(guān)系為
Voutl=Is*(R2+R3)
請(qǐng)參閱圖3，前述的電壓放大電路2包括電阻Rl、R4、電容C5、C7和低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2，在本實(shí)施例中，所述的低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2采用AD623AR。其中低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的3腳作為電路的輸入端接所述的I/V轉(zhuǎn)換電路I輸出的第ー輸出電壓Voutl，電阻Rl、R4作為比例放大電阻，電容C5、C7起電源濾波作用，低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的6腳輸出第二輸出電壓Vout2,第二輸出電壓Vout2與第一輸出電壓Voutl的比例關(guān)系為
Vout2= (1+100K Ω/(R1+R4))*Voutl。請(qǐng)參閱圖4，前述的電壓跟隨電路3包括電容C4、C6、電阻R6和雙極性運(yùn)算放大器U3。在本實(shí)施例中，所述的雙極性運(yùn)算放大器U3采用0P07CSZ，為低噪聲、非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器，其作為跟隨器使用，主要作用是降低輸出阻杭。雙極性運(yùn)算放大器U3的2、6腳相連做反饋使用，電容C4、C6起電源濾波作用，電阻R6為限流電阻，通過(guò)該電阻輸出第三輸出電壓Vout3。請(qǐng)參閱圖5，前述的電源引入與信號(hào)輸出電路4包括插座Jl、電容C9、ClO和電阻R7，其中電容C9、C10起電源濾波作用，電阻R7為接地電阻，插座Jl為主電路電源輸入與第三輸出電壓Vout3輸出的接ロ。綜上所述，本發(fā)明提供的技術(shù)方案克服了已有技術(shù)中的欠缺，達(dá)到了發(fā)明目的，體現(xiàn)了申請(qǐng)人所述的技術(shù)效果。
權(quán)利要求
1. 一種用于粉塵濃度檢測(cè)的光學(xué)式傳感器的光電信號(hào)采集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于包括用于輸出第一輸出電壓Voutl的I/V轉(zhuǎn)換電路(I)、用于輸出第二輸出電壓Vout2的電壓放大電路(2)、用于輸出第三輸出電壓Vout3的電壓跟隨電路(3)和電源引入與信號(hào)輸出電路(4)，電源引入與信號(hào)輸出電路⑷的輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路(I)、電壓放大電路(2)和電壓跟隨電路⑶連接，I/V轉(zhuǎn)換電路(I)的輸出端與電壓放大電路⑵連接，電壓放大電路(2)的輸出端與電壓跟隨電路(3)連接，電壓跟隨電路(3)的輸出端與電源引入與信號(hào)輸出電路⑷連接，所述的I/V轉(zhuǎn)換電路⑴包括硅光電池01、電阻1 2、1 3、1 5、電容(1 C3、CS和極低偏置電流運(yùn)算放大器U1，硅光電池Dl的負(fù)極與極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的2腳、電阻R2的一端以及電容CS的一端連接，極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的6腳與電阻R3的一端、電容C8的另一端以及電阻R5的一端連接，電阻R3的另一端接電阻R2的另一端，電阻R5的另一端接電容C2的一端并輸出所述第一輸出電壓Voutl,極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的7腳和電容Cl的一端共同接正直流電源VCC，極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的4腳和電容C3的一端共同接負(fù)直流電源-VCC，極低偏置電流運(yùn)算放大器Ul的3、8腳、硅光電池Dl的正極、電容Cl的另一端、電容C3的另一端和電容C2的另一端共同接地；所述的電壓放大電路⑵包括電阻Rl、R4、電容C5、C7和低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2，低 噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的I腳接電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端接電阻R4的一端，電阻R4的另一端接低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的8腳，低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的3腳接所述的I/V轉(zhuǎn)換電路I輸出的第一輸出電壓Voutl，低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的6腳輸出所述第二輸出電壓Vout2，低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的7腳和電容C5的一端共同接正直流電源VCC，低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的4腳和電容C7的一端共同接負(fù)直流電源-VCC，電容C5的另一端、電容C7的另一端和低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器U2的2、5腳共同接地；所述的電壓跟隨電路(3)，包括電容C4、C6、電阻R6和雙極性運(yùn)算放大器U3，雙極性運(yùn)算放大器U3的2腳接6腳和電阻R6的一端，電阻R6的另一端輸出所述第三輸出電壓Vout3，雙極性運(yùn)算放大器U3的3腳接所述的電壓放大電路(2)輸出的第二輸出電壓Vout2，雙極性運(yùn)算放大器U3的7腳和電容C4的一端共同接正直流電源VCC，雙極性運(yùn)算放大器U3的4腳和電容C6的一端共同接負(fù)直流電源-VCC，電容C4的另一端和電容C6的另一端共同接地；所述的電源引入與信號(hào)輸出電路(4)包括插座J1、電容C9、ClO和電阻R7，插座Jl的I腳和電容ClO的正極共同接正直流電源VCC，插座Jl的2腳和電容C9的負(fù)極共同接負(fù)直流電源-VCC，插座Jl的4腳接所述的電壓跟隨電路3輸出的第三輸出電壓Vout3，用于連接下級(jí)設(shè)備，電容C9的正極、電容ClO的負(fù)極、電阻R7的一端、電阻R7的另一端和插座Jl的3、5腳共同接地。
全文摘要
一種用于粉塵濃度檢測(cè)的光學(xué)式傳感器的光電信號(hào)采集轉(zhuǎn)換裝置，屬于測(cè)量電子技術(shù)領(lǐng)域。包括用于輸出第一輸出電壓的I/V轉(zhuǎn)換電路、用于輸出第二輸出電壓的電壓放大電路、用于輸出第三輸出電壓的電壓跟隨電路和電源引入與信號(hào)輸出電路，電源引入與信號(hào)輸出電路的輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路和電壓跟隨電路連接，I/V轉(zhuǎn)換電路的輸出端與電壓放大電路連接，電壓放大電路的輸出端與電壓跟隨電路連接，電壓跟隨電路的輸出端與電源引入與信號(hào)輸出電路連接，I/V轉(zhuǎn)換電路包括硅光電池D1、電阻R2、R3、R5、電容C1～C3、C8和極低偏置電流運(yùn)算放大器U1。具有工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N15/06GK102854116SQ20121031703
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者王雪華, 陳小峰, 陳新鋒 申請(qǐng)人:常熟市德虞礦山機(jī)電有限公司