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NDIR:热释电传感器的电路和信号提取

关键词:NDIR,传感器,热释电传感器,信号提取点击:
1.介绍
 NDIR传感器由红外光源,光腔,双通道组成热释电探测器和内部热敏电阻。本应用笔记详细介绍了电子接口从传感器获得有用的信号是必要的。
2.源驱动器
红外源应该以50%的占空比以低频率切换。一个开关建议从晶体振荡器源产生2到2.5Hz的频率。源应该由恒压源驱动,应注意确保电源不供电包含会调节输出的低频纹波。名义上的阻力在环境温度下电源大约为9到10欧姆,并且将消耗大约50到60欧姆毫安(mA)。当以50%占空比驱动时,平均电流将是此数值的一半。图2所示的电路使用一个n沟道MOSFET来切换源极的低端高端连接到一个稳定的电源(通常为+5 VDC)。 MOSFET应具有低RDS ON阻止电压降最小化。如果高端被驱动而低端被接地,那么小心必须采取保持探测器地面分离源地面,以避免由于捡拾源电流在检测器接地中循环。源头与本地电隔离传感器中的探测器和热敏电阻。

3.检测器信号放大和滤波
原始有源信号和参考信号由DC偏移电压(典型值为0.7 V - 1.0 V)组成一个小的(〜20 - 50 mV峰 - 峰)叠加的响应信号,与其相位交替源驱动电压(见图1(a)和(b),仅显示活动通道)。交替信号应该被提取和放大(图1(c)),以获得峰值峰值的测量值这个振荡分量的幅度。然后可以使用该峰 - 峰值幅度确定气体浓度(参见应用笔记AAN 201)。
图2显示了驱动Alphasense IRC-A1传感器的合适电路。有两个双传感器热释电探测器内部有相同的探测器FET。 CO2检测器将会响应二氧化碳水平的变化,而参考基本上不受二氧化碳水平的影响。都探测器将受环境温度和红外光源光度的影响并适当两个通道的处理将减轻这些不需要的影响。探测器FET被安排为源极跟随器。负载电阻(图2中的R1和R2)应设置为在FET中提供大约30μA的偏置电流。标称输出电压FET源电压在0.6到1.2 V之间。负载电阻应连接到负偏压电源允许更大的输出电压摆幅,如果传感器受到影响可能是必需的突然的温度变化。推荐使用-2VDC电源,该电源必须很好地去耦AGND。
源和探测器有很长的响应时间(因此相对较低的原因脉冲频率)。放大级应该包括高通响应,并且滚降约四倍开关频率以降低高频噪声,以及一个低通(AC耦合)级约。 0.1 Hz以消除FET的直流偏置。
频率不需要精确,但两个探测器(参考和活动)应该匹配特点。 检测器将具有典型的45 mV峰峰值输出,因此电路应该如此提供足够的增益来给任何使用的ADC提供合理的输入。图2所示的电路将提供约3 V的峰 - 峰值(双极性,大约为0 V)。 对于单极性ADC,C1,C2,R5,R6,R7和R8可以连接到中间轨道电源,AGND。



图2 热释电传感器的光源驱动和信号放大电路.


4.热敏电阻输出
该传感器包含一个内置热敏电阻,用于监测内部温度。 在内部,热敏电阻连接到AGND。 热敏电阻输出应与已知的串联连接电阻和参考电压。 然后可以使用电阻器之间的连接点的电位通过下表确定热敏电阻的电阻和温度。
请注意,尽管您的气体检测器可能有另一个温度传感器来监测环境温度时,应使用传感器中的热敏电阻来校正NDIR读数的温度因为NDIR传感器的工作温度比环境温度高2°C至5°C由于红外光源产生的热量。


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