苏州普隆恩电子科技有限公司

苏州普隆恩电子科技有限公司

    苏州普隆恩电子科技有限公司           
    专业的电子元器件代理商        

基于模拟前端AFE LMP91051的二氧化碳浓度检测仪

关键词:LMP91051,二氧化碳,传感器,气体浓度检测仪点击:
1 非分光红外气体浓度检测基本原理
非分光红外(NDIR)气体浓度检测技术是利用气体分子对 特定波长的红外光具有吸收作用,而对其它波长红外光没有 影响的原理来进行气体浓度检测的,一般可采用在热电堆传 感器前的带通滤光片滤去某一特定波长以外的红外光,再通 过对这一特定波长的红外光强进行检测来得到二氧化碳气体 浓度。由于二氧化碳气体对波长为 4.26 m 的红外光具有较 强的吸收作用,而其它气体对该波长的红外光没有吸收作用, 因此,可以通过对经过气体层的且波长为4.26 m 的红外光强 进行测量从而得二氧化碳气体的浓度。
当红外光穿过二氧化碳气体时,部分光强会被气体层吸
收,入射光强和出射光强符合 Lambert-Beer 定律:
                                                          (1)
其中,I 为出射光强,I0 为入射光强,k 为吸收系数,c 为气 体浓度,l 为气体层长度。理论上,通过对入射光强、出射光强 和气体层长度的测量即可得到气体浓度。
当有光线照射在热电堆传感器时,会使传感器温度发生 变化,因此,传感器内部热电堆的温度变化可等效为光强变化, 而温度的变化又将会使传感器内部的热电堆输出电压,且该 电压满足下列等式:
                                (2)
其中, 为传感器内部两个热电堆材料的赛贝克系数差, n 为热电堆的数量,T 光源为光源温度可等效为入射光强,T 传感器 为热电堆温度,可等效为出射光强,因此,可以通过对热电堆 温度的检测得出二氧化碳气体浓度。但由于光源温度不易测 量,所以一般采用加入参考通道的方法消除环境量对测量结 果的影响,即加入一个传感器测量二氧化碳气体吸收波长以 外的出射光强度,并将它的强度等效为光源温度。
2  LMP91051 传感器模拟前端
由于热电堆输出的电压信号一般为 uV 级信号,因此, 需要采用放大电路对该信号进行放大,传统红外气体浓度传 感器放大电路均采用差分和多级放大电路,此类电路的放大 性能较差且电路较为繁琐,故本系统采用 TI 公司生产的专 门 为 红 外 气 体 浓 度 传 感 器 所 设 计 的模 拟前 端 (AFE) LMP91051 芯片完成放大功能。LMP91051 芯片内部含有 双通道可编程增益放大器可分别对应放大 NDIR 传感器的 气体通道输出和参考通道输出,且该芯片内部的多路转换开 关可以在两个通道输出之间进行切换,这极大地降低了系统 的造价和复杂程度,同时还保证了系统精度,另外,该芯片 还具有可编程增益和补偿调整功能,可以通过该功能使传感 器输出的 uV 级信号与模数转换器的动态响应范围相匹配,提高系统的分辨率.

3. 二氧化碳气体浓度信号的采集系统
在系统工作过程中,经传感器采集的信号首先输入至 LMP91051 芯片 的 内 部,进行 放 大 并 通过 SPI 接 口 使 用 MSP430 单片机完成对信号的采集和处理以及对光源的控制 功能。MSP430 内部的 12 位多通道可切换 A/D 转换器将对测 量通道和参考通道的输出信号进行采样和模数转换,同时在 两个参考通道的输出端使用滤波电容连接到 LMP91051 的 CMOUT 引脚对信号进行低通滤波,完成对噪声的抑制和消 除。其电路整体设计如图 2 所示。

NDIR_CO2
图1 传统分立放大器二氧化碳气体浓度信号的采集系统整体设计

图 2 二氧化碳气体浓度信号的采集系统整体设计
当系统工作时,红外光源在脉冲信号的驱动下,在测量通 道和参考通道将得到信号输出,为了提高系统测量精度,系统 使用通道切换开关以一定频率轮流对测量通道和参考通道的 两个信号进行采样和放大,并通过后期处理消除噪声对检测 结果的影响。


相比于传统的二氧化碳气体浓度检测系统,采用模拟前 端(AFE)的红外二氧化碳气体浓度检测系统,在气体传感器信 号放大和处理方面极大地提高了系统的测量精度、降低了系 统的复杂性,同时,加入一体化设计的红外气体浓 度传感器使系统具有高灵敏度、高精度、稳定性好和响应迅速等特点,为生产和生活中二氧化碳气体浓度监测与定量分析提供了一种比较理想的方法与解决方案。



------分隔线----------------------------
产品展示
联系方式
  • 苏州普隆恩电子科技有限公司
  • 联系人:朱女士
  • 电话:17372639668
  • 传真:0512-8639668
  • 邮箱:sale@purotech.cn
  • 微信:17372639668
  • Q Q 号:293212
  • 地址:苏州市养育巷99号
  • 请扫二维码加入微信公众号