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TI NDIR AFE CO2 Gas Detection System

关键词:CO2传感器,CO2 sensor,气体探测点击:
用于NDIR气体传感的LMP91051传感器AFE

集成的模拟前端(AFE)可通过整合这些功能节省设计时间和复杂性的分立运放解决方案集成到一个芯片中。 LMP91051 AFE包含一个双通道PGA可以轻松连接双通道NDIR传感器。 通过消除由于光源偏差导致的错误在双通道系统中获得最佳精度。 这种偏差导致长期漂移,这发生很长一段时间。 因此,要求同时采样两个参考并且不需要同时激活通道。 您可以使用输入多路复用器(MUX)进行切换在两个通道之间,降低系统成本和复杂性,同时保持精度。

LMP91051还具有完全可编程增益和失调调整功能。 这有助于确保小热电堆输出(100μV)与采样模数转换器的动态范围相匹配(A / D)并提高系统分辨率。 LMP91051还提供了电平转换的共模偏置热电堆传感器的信号远离负极导轨,从而可以准确地检测出来传感器偏移电压的存在。

LMP91051气体检测系统
LMP91051气体检测系统


所提出的系统中使用的NDIR传感器是Alphasense IRC-AT。传感器由IR组成灯,两个热电堆通道和一个用于温度校准的热敏电阻。为了节省电力并且为了避免装置过热,灯源通常以50%的占空比进行调制频率为1到3Hz。检测器(有源)和参考通道输出直接连接到LMP91051的输入。滤波电容器从每个输入连接到共模参考,CMOUT,提供低通滤波。 LMP91051外部滤波选项被禁用,引脚A0和A1在芯片内部短路。内部不需要高通滤波(交流耦合)偏移DAC用于消除信号链中的偏移误差。这有助于更快地进行测量传统的交流耦合系统将在本应用笔记后面进一步讨论。 NDIR传感器有一个内部热敏电阻,它连接到一个电阻桥,然后通过放大器进行缓冲。MSP430微控制器通过SPI编程LMP91051。微控制器利用内部12bit复用A / D采样LMP91051输出,缓冲热敏电阻输出和系统共模。整个系统可以由3V单电源供电。

气体检测方法和设置

在2通道NDIR系统中,集成IR灯以50%的占空比脉动(典型1至3Hz)导致在有源和参考通道的输出端均出现小的100μVRC波形。至提高测量精度这些信号被放大和峰峰值波形电压比较活动通道和参考通道。在直流耦合单电源系统中,为了确保增益级的输出不饱和,需要有源直流偏置调整并去除信号链偏移误差。
在Muxed 2通道系统中,按顺序以增加的速率(即100Hz)完成通道之间的切换可靠地重建两个渠道。为确保取样准确,应采取多个样品每个频道在切换频道之前。优选地,采样与灯脉冲同步以确保数据正在相对于灯开关的预期时间捕获并且在一个灯内的相同样品循环可以在多个灯周期中查看以确定噪声性能。下图提供了一个提出的气体检测方法的视觉解释。
气体检测方法和设置
在实验室中构建和验证的系统具有以下设置。 下图显示实际系统RC波形,如实验室测量。
灯脉冲频率:2 Hz
系统增益:2000 V / V
系统偏移:Apx。-700mV
输入通道复用器切换频率:100Hz
Ch。 每个样品的样品 切换:10
ADC采样率:1ksps

 


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