基于紅外傳感器的CO氣體檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

基于紅外傳感器的CO2氣體檢測(cè)電路設(shè)計(jì)隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平得到了迅速提高，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模也迅速擴(kuò)大，但同時(shí)導(dǎo)致了二氧化碳的排放成倍增長，如溫室效應(yīng)，土地荒漠化程度加速等，嚴(yán)重影響并破壞著人類的生存環(huán)境。另外，二氧化碳是作物光合作用的主要原料，其含量合適與否直接影響作物的生長。近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，科技進(jìn)步的進(jìn)步，如何快速檢測(cè)二氧化碳的含量，削減二氧化碳的排放，已成為各級(jí)政府和廣大有識(shí)之士特別關(guān)注的問題，因此研究并設(shè)計(jì)二氧化碳檢測(cè)電路具有十分重要的意義。

目前檢測(cè)二氧化碳的方法主要有化學(xué)法、電化學(xué)法、氣相色譜法、容量滴定法等，這些方法普遍存在著價(jià)格貴，普適性差等問題，且測(cè)量精度還較低。而傳感器法具有安全可靠、快速直讀、可連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。目前各種檢測(cè)用的二氧化碳傳感器主要有固體電解質(zhì)式、鈦酸鋇復(fù)合氧化物電容式、電導(dǎo)變化型厚膜式等，這些傳感器存在對(duì)氣體的選擇性差、易出現(xiàn)誤報(bào)、需要頻繁校準(zhǔn)、使用壽命較短等不足。而紅外吸收型二氧化碳傳感器具有測(cè)量范圍寬、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。為此本設(shè)計(jì)采用紅外吸收型二氧化碳傳感器，整個(gè)電路設(shè)計(jì)力求簡單易用，快速直讀，價(jià)格低廉。

1檢測(cè)電路的工作原理

1.1紅外吸收型二氧化碳?xì)怏w傳感器的工作原理〔1〕

紅外吸收型CO2氣體傳感器是基于氣體的吸收光譜隨物質(zhì)的不同而存在差異的原理制成的。不同氣體分子化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，對(duì)不同波長的紅外輻射的吸收程度就不同，因此，不同波長的紅外輻射依次照射到樣品物質(zhì)時(shí)，某些波長的輻射能被樣品物質(zhì)選擇吸收而變?nèi)?，產(chǎn)生紅外吸收光譜，故當(dāng)知道某種物質(zhì)的紅外吸收光譜時(shí)，便能從中獲得該物質(zhì)在紅外區(qū)的吸收峰。同一種物質(zhì)不同濃度時(shí)，在同一吸收峰位置有不同的吸收強(qiáng)度，吸收強(qiáng)度與濃度成正比關(guān)系。因此通過檢測(cè)氣體對(duì)光的波長和強(qiáng)度的影響，便可以確定氣體的濃度。

根據(jù)比爾朗伯定律，輸出光強(qiáng)度、輸入光強(qiáng)度和氣體濃度之間的關(guān)系為：

式中為摩爾分子吸收系數(shù)；C為待測(cè)氣體濃度；L為光和氣體的作用長度（傳感長度）。對(duì)上式進(jìn)行變換得：

通過檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)就可以得知?dú)怏w的濃度

圖1

二氧化碳傳感器探頭結(jié)構(gòu)

紅外二氧化碳傳感器探頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。是由紅外光源、測(cè)量氣室、可調(diào)干涉濾光鏡、光探測(cè)器、光調(diào)制電路、放大系統(tǒng)等組成。紅外光源采用鎳鉻絲，其通電加熱后可發(fā)出3～10μm的紅外線，其中包含了4.26μm處CO2氣體的強(qiáng)吸收峰。在氣室中，二氧化碳吸收光源發(fā)出特定波長的光，經(jīng)探測(cè)器檢測(cè)則可顯示出二氧化碳對(duì)紅外線的吸收情況。干涉濾光鏡是可調(diào)的，調(diào)節(jié)他可改變其通過的光波波段，從而改變探測(cè)器探測(cè)到信號(hào)的強(qiáng)弱。紅外探測(cè)器為薄膜電容，吸收了紅外能量后，氣體溫度升高，導(dǎo)致室內(nèi)壓力增大，電容兩極間的距離就要改變，電容值隨之改變。CO2氣體的濃度愈大，電容值改變也就愈大。

1.2檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)原理

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