便攜式紅外甲烷傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種便攜式紅外甲烷傳感器，包括：紅外光源、紅外氣室、熱釋探測(cè)器、處理器、光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路；所述紅外光源設(shè)于所述紅外氣室內(nèi)；所述光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路與所述紅外光源連接；所述熱釋探測(cè)器和所述信號(hào)調(diào)理電路連接；所述信號(hào)調(diào)理電路與所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路與所述處理器連接。本發(fā)明提高紅外光的穩(wěn)定性和對(duì)電路提供過(guò)壓保護(hù)；不僅縮小了氣室體積，而且增加了有效光程，而且降低了受外界因素的干擾，輸出信號(hào)中存在的噪聲。
【專利說(shuō)明】
便攜式紅外甲烷傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于氣體檢測(cè)傳感器領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種便攜式紅外甲烷傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]甲烷是煤礦瓦斯的主要成分。低濃度甲烷極易爆炸，爆炸界限為(5?16)%，在煤礦開采過(guò)程中，必須及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)出瓦斯的濃度，避免事故發(fā)生。
[0003]傳統(tǒng)的甲烷傳感器有燃燒催化型、熱傳導(dǎo)型、半導(dǎo)體氣敏型等，它們的檢測(cè)技術(shù)落后，測(cè)量范圍狹窄，需經(jīng)常校正且操作復(fù)雜，易產(chǎn)生錯(cuò)誤信息導(dǎo)致事故。目前，利用紅外技術(shù)測(cè)量甲烷濃度已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。但是，使用中的紅外傳感器普遍存在光源發(fā)光功率易波動(dòng)，紅外光不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有紅外傳感器普遍存在光源發(fā)光功率易波動(dòng)的問(wèn)題。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種便攜式紅外甲烷傳感器，包括:紅外光源、紅外氣室、熱釋探測(cè)器、處理器、光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路;所述紅外光源設(shè)于所述紅外氣室內(nèi)；所述光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路與所述紅外光源連接;所述熱釋探測(cè)器和所述信號(hào)調(diào)理電路連接;所述信號(hào)調(diào)理電路與所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路與所述處理器連接。
[0006]進(jìn)一步的，所述紅外氣室為反射式氣室，所述紅外氣室內(nèi)壁鍍膜。
[0007]進(jìn)一步的，所述處理器為MSP430單片機(jī)。
[0008]進(jìn)一步的，所述光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)有穩(wěn)壓器和場(chǎng)效應(yīng)管。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以獲得包括以下技術(shù)效果:
[0010]I)光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路提高紅外光的穩(wěn)定性和對(duì)電路提供過(guò)壓保護(hù)。
[0011]2)反射式氣室，不僅縮小了氣室體積，而且增加了有效光程。
[0012]3)信號(hào)調(diào)理電路降低了受外界因素的干擾，輸出信號(hào)中存在的噪聲。
[0013]當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有技術(shù)效果。
【附圖說(shuō)明】
[0014]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的便攜式紅外甲烷傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路圖；
[0017]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的放大電路圖；
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的濾波電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下將配合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，藉此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
[0020]本發(fā)明公開了一種便攜式紅外甲烷傳感器，如圖1所示，包括:紅外光源200、紅外氣室300、熱釋探測(cè)器400、處理器700、光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路100、信號(hào)調(diào)理電路500以及A/D轉(zhuǎn)換電路600;所述紅外光源200設(shè)于所述紅外氣室300內(nèi)；所述光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路100與所述紅外光源200連接;所述熱釋探測(cè)器400和所述信號(hào)調(diào)理電路500連接;所述信號(hào)調(diào)理電路500與所述A/D轉(zhuǎn)換電路600連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路600與所述處理器700連接。
[0021]本實(shí)施例中，所述紅外氣室300為反射式氣室，所述紅外氣室300內(nèi)壁鍍膜;氣室作為紅外甲烷傳感器的關(guān)鍵部件，為了延長(zhǎng)有效光程L同時(shí)減小氣室體積，本實(shí)施例中使用反射式氣室，紅外光經(jīng)過(guò)一次反射照射到熱釋電探測(cè)器接收面;并且為了提高紅外光的反射效率，降低反射過(guò)程中的光損耗。
[0022]可選地，所述紅外氣室300內(nèi)壁進(jìn)行鍍膜處理，鍍膜材料選用Ag，Al,Au。
[0023]可選地，所述紅外氣室300內(nèi)壁進(jìn)行鍍膜處理，鍍膜材料選用Au;雖然Al、Ag、Au對(duì)波長(zhǎng)大于Iym波均有很高的反射率，但Au化學(xué)穩(wěn)定性和附著性更好，不易氧化。
[0024]可選地，所述處理器700為MSP430單片機(jī)，采用MSP430單片機(jī)作為檢測(cè)模塊的控制器，該控制器具有高集成度和超低功耗的特性，可應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)如下:
[0025](I)超低功耗:活動(dòng)模式電流為280μΑ，待機(jī)模式為1.6yA，RAM保持模式僅為0.ΙμΑ;
[0026](2)處理能力強(qiáng):具有16個(gè)能夠任意嵌套的中斷源;具有參與多種運(yùn)算的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和寄存器；
[0027](3)時(shí)鐘系統(tǒng)配置靈活:包括外部時(shí)鐘ΧΤ1(32.768ΚΗζ)、ΧΤ2內(nèi)置時(shí)鐘、內(nèi)置匹配電容等；
[0028](4)片上外設(shè)豐富:如集成LCD驅(qū)動(dòng)、溫度傳感器、電源電壓檢測(cè)模擬等。
[0029]可選地，所述紅外光源200采用IRL715光源，IRL715是白熾燈;所述紅外光源200是紅外甲烷傳感器的重要部件，發(fā)光特性決定著紅外光的穩(wěn)定性，直接影響檢測(cè)結(jié)果。
[0030]如圖2所示，光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路100用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件發(fā)光，為紅外氣室提供光源。所述光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路100中設(shè)有穩(wěn)壓器U5和場(chǎng)效應(yīng)管Ql，所述穩(wěn)壓器U5輸入端Vin I連接電源DC，接地端GND 2接地，輸出端Vout3連接電阻R20—端，所述電阻R20另一端連接光源IRL715；所述電阻R20阻值為10 Ω ；還設(shè)有電容C8，所述電容C8—端接地，另一端連接所述穩(wěn)壓器U5的輸出端Vout3，所述電容C8電容為0.1沾;為使光源發(fā)光穩(wěn)定，在電路中使用11178穩(wěn)壓器來(lái)為光源提供穩(wěn)定的電壓;本電路還使用了場(chǎng)效應(yīng)管Ql，所述場(chǎng)效應(yīng)管Ql的D端連接光源IRL715，S端接地，G端連接電阻R16的一端，所述電阻R16另一端連接電源IN，所述電阻R16阻值為100 Ω ;場(chǎng)效應(yīng)管Ql的型號(hào)為2N7000A，對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有安全工作區(qū)域?qū)?、輸入阻抗高、功耗低、噪聲低等?yōu)點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用于集成電路中。
[0031]所述信號(hào)調(diào)理電路500包括放大電路和濾波電路；由所述熱釋探測(cè)器400輸出的信號(hào)十分微弱，并且夾雜著大量噪音和干擾，需采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和方法將有用信號(hào)放大，進(jìn)而從噪聲和干擾中提取出來(lái)，輸送給處理器700。
[0032]為了保證調(diào)理后的信號(hào)與原信號(hào)的一致性，本發(fā)明采用兩路形式相同的兩級(jí)放大濾波電路。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例的放大電路圖，如圖3所示，電阻R32連接于放大器U2-A的端點(diǎn)2，電容C31 一端連接于放大器U2-A的端點(diǎn)2，另一端連接于放大器U2-A的端點(diǎn)I，電阻Rl —端連接于放大器U2-A的端點(diǎn)2，另一端連接于放大器U2-A的端點(diǎn)I;所述電容C31與所述電阻Rl并聯(lián)，所述電阻Rl的阻值為9.1 Ω。
[0034]所述放大電路將原輸入信號(hào)進(jìn)行放大，達(dá)到需要的幅值要求。所述放大器U2-A選用LM358H集成運(yùn)算放大器，它具有直流電壓增益高，單位增益頻帶寬，輸出電壓擺幅大，低功耗，適于電池供電等特點(diǎn)。
[0035]本發(fā)明實(shí)施例的濾波電路圖，如圖4所示，濾波器U2-B的端點(diǎn)5連接有電阻Rll，端點(diǎn)6連接有電容C13;所述電阻Rl I與所述電容13并聯(lián);還設(shè)有電阻R8—端連接于所述濾波器U2-B的端點(diǎn)6，另一端連接濾波器U2-B的端點(diǎn)7;還設(shè)有電容C12，所述電容C12與所述電阻R8并聯(lián)。
[0036]所述濾波電路濾去放大信號(hào)中的紋波，確保輸出信號(hào)與原信號(hào)一致，第一級(jí)負(fù)反饋放大電路。通過(guò)設(shè)計(jì)良好的電阻匹配，將所有信號(hào)放大到一定程度，調(diào)節(jié)兩通道的數(shù)據(jù)比值，為后級(jí)濾波做基礎(chǔ);濾波電路，采用有源無(wú)限增益多反饋二階帶通濾波器，為了調(diào)整負(fù)反饋放大電路輸出信號(hào)的相位，使用運(yùn)算器反相端輸入。
[0037]采用結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全相同的信號(hào)調(diào)理電路500，對(duì)輸出的檢測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。該電路有效地將噪音和干擾過(guò)濾，將有用信號(hào)準(zhǔn)確保留并放大，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路600輸送到處理器700處理。
[0038]本發(fā)明提高紅外光的穩(wěn)定性和對(duì)電路提供過(guò)壓保護(hù)；不僅縮小了氣室體積，而且增加了有效光程，而且降低了受外界因素的干擾，輸出信號(hào)中存在的噪聲。
[0039]還需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“包括”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的商品或者系統(tǒng)不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種商品或者系統(tǒng)所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系統(tǒng)中還存在另外的相同要素。
[0040]上述說(shuō)明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種便攜式紅外甲烷傳感器，其特征在于，包括:紅外光源、紅外氣室、熱釋探測(cè)器、處理器、光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路;所述紅外光源設(shè)于所述紅外氣室內(nèi)；所述光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路與所述紅外光源連接;所述熱釋探測(cè)器和所述信號(hào)調(diào)理電路連接;所述信號(hào)調(diào)理電路與所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路與所述處理器連接。2.如權(quán)利要求1所述的便攜式紅外甲烷傳感器，其特征在于，所述紅外氣室為反射式氣室，所述紅外氣室內(nèi)壁鍍膜。3.如權(quán)利要求2所述的便攜式紅外甲烷傳感器，其特征在于，鍍膜材料選用Ag，Al,Au。4.如權(quán)利要求1所述的便攜式紅外甲烷傳感器，其特征在于，所述處理器為MSP430單片機(jī)。5.如權(quán)利要求1所述的便攜式紅外甲烷傳感器，其特征在于，所述光源穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)有穩(wěn)壓器和場(chǎng)效應(yīng)管。
【文檔編號(hào)】G01N21/3504GK105973830SQ201610280522
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】李曉輝
【申請(qǐng)人】重慶工商職業(yè)學(xué)院