一種紅外氣體傳感器的探頭信號處理電路的製作方法

2023-11-04 13:04:27 2

專利名稱：一種紅外氣體傳感器的探頭信號處理電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及氣體檢測領域，尤其是涉及一種紅外氣體傳感器的探頭信號處理電路。
背景技術：
在氣體檢測行業中的紅外氣體傳感器，是由紅外源、探頭、信號放大電路、信號採集處理設備幾部份組成。紅外氣體傳感器提供給用戶使用的是一個由紅外探頭檢測到的隨檢測氣體濃度而變化的、穩定可靠的電子信號。信號放大電路是其中非常重要和關鍵的部份，其功能是對探頭的微弱信號進行放大，得到可採集/識別的有效信號，要求放大後的信號值要儘可能的大，濃度變化量要儘可能的寬，以保證濃度檢測的準確性和穩定性。 當前行業中常用的信號放大電路如圖I所示，由運算放大器A、直流隔離電路B和信號讀取電路C三部份組成。經信號放大電路放大後，最終得到一個近似正弦波的波型，然後由信號採集/處理設備讀取波形的波峰值和波谷值，作差計算得到信號電壓有效值。在具體運用中，為使讀取的信號可靠，可以加入直流分量，將交流的檢測信號轉換為直流信號，以方便信號讀取。這種處理電路存在以下不足之處I、對探頭信號的放大倍數低為保證信號的波形完整性，放大後的電壓信號值不能大於可讀取的範圍值。2、信號波形易失真探頭信號是近似正弦波的微弱電壓信號，經過放大和隔直處 理後，易出現波形失真和移相。3、信號易受幹擾通過對信號放大後，幹擾信號也同時被放大，抗幹擾能力差。
發明內容本實用新型的目的在於針對現有技術存在的問題，提供一種具有可以對探頭信號進行更高倍數的放大，同時抑制幹擾、解決波型失真問題，使紅外檢測信號更加可靠精度更高的紅外氣體傳感器的探頭信號處理電路。本實用新型的目的通過以下技術方案來實現一種紅外氣體傳感器的探頭信號處理電路，設置在紅外氣體傳感器的探頭I與信號採集處理設備4之間，對探頭I採集的信號進行放大處理，其特徵在於，該探頭信號處理電路包括一級運算放大器2及斬波放大電路3 ;所述的一級運算放大器2的輸入端連接探頭1，輸出端連接斬波放大電路3的輸入端，將探頭I採集的信號進行一級放大，得到第一放大信號，並發送給斬波放大電路3 ;所述的斬波放大電路3的輸出端連接信號採集處理設備4，斬波放大電路3對接收到的第一放大信號進行斬波，然後進行二級放大，得到一個半波信號，並將該半波信號發送給信號採集處理設備4。所述的斬波放大電路3包括第一電阻R8、第二電阻R10、二級運算放大器U1B、第三電阻R9、第四電阻R13、第五電阻R15、第六電阻R16;第一電阻R8的一端連接一級運算放大器2，另一端連接二級運算放大器UlB的同相輸入端；第二電阻RlO的一端接地，另一端連接在第一電阻R8與二級運算放大器UlB的同相輸入端之間；第三電阻R9 —端連接二級運算放大器UlB的輸出端，另一端連接信號採集處理設備4 ;第四電阻R13 —端連接二級運算放大器UlB的反相輸入端，另一端連接在二級運算放大器UlB的輸出端與第三電阻R9之間；第五電阻R15 —端連接電源，一端通過第六電阻R16接地，二級運算放大器UlB的反相輸入端連接在第五電阻R15與第六電阻R16之間。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點I、有兩級放大，可以在保證信號不失真的條件下大幅提高信號的放大倍數。2、第二級斬波放大，先斬波，再放大，可以將信號較弱的幹擾信號濾掉，提高信號的抗幹擾性，避免現有技術中隔直處理引入的移相誤差和波形失真。3、斬波處理後，得到的是半波信號，在明確檢測量程的前件下，通過配置斬波放大的斬波基準和放大倍數，可以得到最寬的濃度變化量；
·[0016]4、由於後續的信號讀取時，只需讀取半波信號的波峰值，相當於間接幫助提高紅·外氣體傳感器整體響應速度。

圖I為現有的紅外氣體傳感器的信號放大電路結構示意圖；圖2為本實用新型的紅外氣體傳感器的信號處理電路圖；圖3為本實用新型的信號放大電路結構示意圖；圖4為探頭採集的信號波形圖；圖5為斬波過程示意圖；圖6為斬波放大後得到的半波示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例一種紅外氣體傳感器的探頭信號處理電路在氣體檢測行業中的紅外氣體傳感器，是由紅外源、探頭、信號放大電路、信號採集處理設備幾部份組成。紅外氣體傳感器提供給用戶使用的是一個由紅外探頭檢測到的隨檢測氣體濃度而變化的、穩定可靠的電子信號。信號放大電路是其中非常重要和關鍵的部份，其功能是對探頭的微弱信號進行放大，得到可採集/識別的有效信號，要求放大後的信號值要儘可能的大，濃度變化量要儘可能的寬，以保證濃度檢測的準確性和穩定性。當前行業中常用的信號放大電路如圖I所示，由運算放大器A、直流隔離電路B和信號讀取電路C三部份組成。經信號放大電路放大後，最終得到一個近似正弦波的波型，然後由信號採集/處理設備讀取波形的波峰值和波谷值，作差計算得到信號電壓有效值。但這種信號處理電路會產生很多缺點。本實用新型主要針對這些缺點，發明了一種對傳感器探頭信號進行處理的電路。探頭採集信號過程以及後續對信號電壓有效值的處理都為現有技術。如圖2所示，本實用新型的探頭信號處理電路設置在紅外氣體傳感器的探頭I與信號採集處理設備4之間，對探頭I採集的信號進行放大處理。該探頭信號處理電路包括一級運算放大器2及斬波放大電路3。一級運算放大器2的輸入端連接探頭1，輸出端連接斬波放大電路3的輸入端，將探頭I採集的信號進行一級放大，得到第一放大信號，並發送給斬波放大電路3。斬波放大電路3的輸出端連接信號採集處理設備4，斬波放大電路3對接收到的第一放大信號進行斬波，然後進行二級放大，得到一個半波信號，並將該半波信號發送給信號採集處理設備4。信號採集處理設備4直接讀取半波信號的波峰值作為有效信號，然後進行後續的處理。對於斬波放大電路3，作為優選，如圖3所示，本實用新型的斬波放大電路3包括第一電阻R8、第二電阻R10、二級運算放大器U1B、第三電阻R9、第四電阻R13、第五電阻R15、第六電阻R16。第一電阻R8的一端連接一級運算放大器2，接收一級運算放大器2發送來的第一放大信號，另一端連接二級運算放大器UlB的同相輸入端。第二電阻RlO的一端接地，另一端連接在第一電阻R8與二級運算放大器UlB的同相輸入端之間。第三電阻R9 —端連接二級運算放大器UlB的輸出端，另一端連接信號採集處理設備4，將最終得到的半波信號發送給信號採集處理設備4。第四電阻R13—端連接二級運算放大器UlB的反相輸入端， 另一端連接在二級運算放大器UlB的輸出端與第三電阻R9之間。第五電阻R15 —端連接電源，一端通過第六電阻R16接地，二級運算放大器UlB的反相輸入端連接在第五電阻R15與第六電阻R16之間。本實用新型在使用過程中對紅外氣體傳感器的探頭信號處理過程包括以下步驟第一步紅外氣體傳感器探頭採集到氣體濃度變化信號，然後發送給一級運算放大器，一級運算放大器對氣體濃度變化信號進行一級放大(氣體濃度變化信號處理後的如圖4所示的波形)，以便於後續進行斬波處理，然後一級運算放大器將一級放大後的信號發送給斬波放大電路進行處理；第二步斬波放大電路根據斬波基準對一級放大後的信號先進行斬波處理(如圖5)，然後進行再放大，最終得到一個半波信號(如圖6)，並將該半波信號發送給後續的信號採集處理設備。該步驟可以將信號較弱的幹擾信號濾掉，提高信號的抗幹擾性，避免現有技術中隔直處理引入的移相誤差和波形失真；同時斬波處理後，得到的是半波信號，在明確檢測量程的前件下，通過配置斬波放大的斬波基準和放大倍數，可以得到最寬的濃度變化量。第三步信號採集處理設備直接讀取半波信號的波峰值作為有效信號，然後進行後續的處理。由於信號採集處理設備只需讀取半波信號的波峰值，與現有技術的需要先讀取波形的波峰值和波谷值，然後作差計算才能得到信號電壓有效值相比，相當於間接幫助提高紅外氣體傳感器整體響應速度。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，應當指出的是，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種紅外氣體傳感器的探頭信號處理電路，設置在紅外氣體傳感器的探頭(I)與信號採集處理設備(4 )之間，其特徵在於，該探頭信號處理電路包括一級運算放大器(2 )及斬波放大電路(3);所述的一級運算放大器(2)的輸入端連接探頭(1)，輸出端連接斬波放大電路(3)的輸入端，將探頭(I)採集的信號進行一級放大，得到第一放大信號，並發送給斬波放大電路(3);所述的斬波放大電路(3)的輸出端連接信號採集處理設備(4)，斬波放大電路(3)對接收到的第一放大信號進行斬波，然後進行二級放大，得到一個半波信號，並將該半波信號發送給信號採集處理設備(4 )。
2.根據權利要求I所述的一種紅外氣體傳感器的探頭信號處理電路，其特徵在於，所述的斬波放大電路(3)包括第一電阻(R8)、第二電阻(R10)、二級運算放大器(U1B)、第三電阻(R9)、第四電阻(R13)、第五電阻(R15)、第六電阻(R16);第一電阻(R8)的一端連接一級運算放大器(2)，另一端連接二級運算放大器(UlB)的同相輸入端；第二電阻(RlO)的一端接地，另一端連接在第一電阻(R8)與二級運算放大器(UlB)的同相輸入端之間；第三電阻(R9)—端連接二級運算放大器(UlB)的輸出端，另一端連接信號採集處理設備(4);第四電阻(R13) —端連接二級運算放大器(UlB)的反相輸入端，另一端連接在二級運算放大器(UlB)的輸出端與第三電阻(R9)之間；第五電阻(R15)—端連接電源，一端通過第六電阻(R16)接地，二級運算放大器(UlB)的反相輸入端連接在第五電阻(R15)與第六電阻(R16)之間。
專利摘要本實用新型提供一種紅外氣體傳感器的探頭信號處理電路，該電路設置在紅外氣體傳感器的探頭與信號採集處理設備之間，對探頭採集的信號進行放大處理；探頭信號處理電路包括一級運算放大器及斬波放大電路；一級運算放大器的輸入端連接探頭，輸出端連接斬波放大電路的輸入端，將探頭採集的信號進行一級放大，得到第一放大信號，並發送給斬波放大電路；斬波放大電路的輸出端連接信號採集處理設備，斬波放大電路對接收到的第一放大信號進行斬波，然後進行二級放大，得到一個半波信號，並將該半波信號發送給信號採集處理設備。本實用新型可以對探頭信號進行更高倍數的放大，同時抑制幹擾、解決波型失真問題，使紅外檢測信號更加可靠精度更高。
文檔編號H03F1/32GK202583057SQ201220223838
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者何柳 申請人:成都安可信電子股份有限公司