用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路的製作方法
2023-06-10 07:01:21 1
用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路，其中，包括參考電壓產生電路、甲烷氣體傳感器信號輸出電路、信號保持及驅動電路和正反饋放大電路，所述甲烷氣體傳感器信號輸出電路輸出信號V1和參考電壓產生電路輸出的參考電壓信號V2，同時送給信號保持及驅動電路，經過信號保持及驅動電路的處理，形成驅動能力強的傳感器信號V4和參考信號V3，V2與V3幅度和相位相同，V1與V4幅度和相位相同，然後將V4、V3送給正反饋放大電路。本實用新型實現了對甲烷氣體傳感器信號的參考處理、信號驅動能力的增強處理、正反饋放大處理，該電路簡單、穩定可靠、元器件少、成本低，便於市場推廣利用。
【專利說明】用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於氣體檢測領域，涉及一種氣體信號處理電路，尤其是涉及一種用 於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路。
【背景技術】
[0002] 隨著社會的進步，科技的發展，人類對能源需求量的增加，使得煤的需求量迅猛增 力口，與此同時，國家針對煤礦安全生產，制定了一系列的標準，以此來保證煤礦工人的人身 安全及煤礦的安全生產。瓦斯氣體是威脅煤礦安全生產的重要因素之一，瓦斯氣體易燃易 爆，對煤礦安全生產及礦工的生命造成嚴重的威脅，瓦斯氣體的主要成分是甲烷，因此，甲 烷氣體的檢測成為煤礦安全生產及保護礦工生命的重要因素，甲烷氣體的檢測難點在於對 甲烷氣體傳感器輸出信號的處理，為此，國內外很多專家學者提出了不同的處理方法，包括 提高氣體傳感器的精度，但是其成本太高，較難在礦上推廣，特別是一些技術條件及經濟狀 況比較落後的小礦，也有提出使用高精度處理晶片方案，該方案同樣存在成本高的問題，使 得適用其方法的設備較難在煤礦市場上推廣。 實用新型內容
[0003] 有鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反 饋處理電路，該處理電路使用較少的分立元器件，實現了對甲烷氣體傳感器信號的參考處 理、信號驅動能力的增強處理、正反饋放大處理，該電路簡單、穩定可靠、元器件少、成本低， 便於市場推廣利用。
[0004] 為達到上述目的，本實用新型採用以下技術方案：
[0005] -種用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路，其中，包括參考電壓產生 電路、甲烷氣體傳感器信號輸出電路、信號保持及驅動電路和正反饋放大電路，所述甲烷氣 體傳感器信號輸出電路輸出信號VI和參考電壓產生電路輸出的參考電壓信號V2,同時送 給信號保持及驅動電路，經過信號保持及驅動電路的處理，形成驅動能力強的傳感器信號 V4和參考信號V3, V2與V3幅度和相位相同，VI與V4幅度和相位相同，然後將V4、V3送給 正反饋放大電路。
[0006] 作為優選，所述參考電壓產生電路包括電阻R10、R11，及電位器RP1 ;電阻R10-端 分別接電源VCC和甲烷氣體傳感器信號輸出電路，另一端分別連接電位器RP1的端定端和 滑動端，電位器RP1的滑動端輸出參考電壓信號V2給信號保持及驅動電路，電位器RP1的 另一固定端連接電阻R11的一端，電阻R11的另一端接電源負端GND。
[0007] 作為優選，所述甲燒氣體傳感器信號輸出電路包括氣體傳感器XS6,所述氣體傳感 器XS6的1端連接電源VCC和電阻R10, 2端輸出信號VI給信號保持及驅動電路，3端接電 源負端GND。
[0008] 作為優選，所述信號保持及驅動電路包括集成晶片U3B、U3D，參考電壓信號V2連 接集成晶片U3B的正輸入端5,集成晶片U3B的負輸入端6與其輸出端7連接，輸出參考信 號V3 ;信號VI連接集成晶片U3D的正輸入端12,集成晶片U3D的負輸入端13與其輸出端 14連接，輸出傳感器信號V4。
[0009] 作為優選，所述正反饋放大電路包括電阻R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和集成 晶片U3C，電阻R12、R13、R14、R15、R16、R18阻值相等，R17為正反饋電阻；參考信號V3連 接電阻R12的一端，電阻R12的另一端分別連接電阻R13和集成晶片U3C的負輸入端9,傳 感器信號V4連接電阻R15的一端，電阻R15的另一端分別連接電阻R16和集成晶片U3C的 正輸入端10,電阻R13的另一端分別連接電阻R14和電阻R17的一端，集成晶片U3C的輸出 端連接電阻R14的另一端，輸出調理信號V9 ;電阻R16的另一端分別連接電阻R17的另一 端和電阻R18的一端，電阻R18的另一端接GND。
[0010] 作為優選，所述集成晶片U3B、U3C、U3D採用LM324晶片。
[0011] 本實用新型的有益效果是：
[0012] 本實用新型利用較少的分立元器件，實現對甲烷氣體傳感器信號的參考電壓的設 置，信號驅動能力的增強及正反饋放大，可以有效的提高本實用新型對甲烷氣體傳感器輸 出弱信號的增強處理，且該電路簡單，使得使用本實用新型的設備穩定性及可靠性都很高， 降低了使用本實用新型設備的成本，便於市場推廣及應用。
[0013] 本實用新型的其他優點、目標和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡 述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或 者可以從本實用新型的實踐中得到教導。本實用新型的目標和其他優點可以通過下面的說 明書或者附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實用新型的電路原理圖；
[0015] 圖2為本實用新型的參考電壓產生及甲烷氣體傳感器信號輸出電路圖；
[0016] 圖3為本實用新型的信號保持及驅動能力增強電路圖；
[0017] 圖4為本實用新型的正反饋放大電路圖；
[0018] 圖5為本實用新型的一種具體實施電路圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
[0020] 如圖1所示，本實用新型包括參考電壓產生電路、甲烷氣體傳感器信號輸出電路、 信號保持及驅動電路和正反饋放大電路，所述甲烷氣體傳感器信號輸出電路輸出信號VI 和參考電壓產生電路輸出的參考電壓信號V2,同時送給信號保持及驅動電路，經過信號保 持及驅動電路的處理，形成驅動能力強的傳感器信號V4和參考信號V3, V2與V3幅度和相 位相同，VI與V4幅度和相位相同，然後將V4、V3送給正反饋放大電路，V4、V3經過正反饋 放大電路處理，形成我們需要的甲烷氣體傳感器調理信號V9,供後級單片機或AD使用。
[0021] 如圖2所示，參考電壓產生電路包括電阻R10、R11，及電位器RP1 ;電阻R10-端分 別接電源VCC和甲烷氣體傳感器信號輸出電路，另一端分別連接電位器RP1的端定端和滑 動端，電位器RP1的滑動端輸出參考電壓信號V2給信號保持及驅動電路，電位器RP1的另 一固定端連接電阻R11的一端，電阻R11的另一端接電源負端GND。
[0022] 甲燒氣體傳感器信號輸出電路包括氣體傳感器XS6,所述氣體傳感器XS6的1端連 接電源VCC和電阻R10,2端輸出信號VI給信號保持及驅動電路，3端接電源負端GND。參 考電壓產生電路產生我們需要的參考電壓信號V2,供後級使用，甲烷氣體傳感器信號輸出 部分輸出催化氣體傳感器產生的信號VI，供後級使用，其中GND為設備供電電源負端。
[0023] 如圖3所示，信號保持及驅動電路包括集成晶片U3B、U3D，參考電壓信號V2連接 集成晶片U3B的正輸入端5,集成晶片U3B的負輸入端6與其輸出端7連接，輸出參考信號 V3 ;信號VI連接集成晶片U3D的正輸入端12,集成晶片U3D的負輸入端13與其輸出端14 連接，輸出傳感器信號V4。由參考電壓產生及甲燒氣體傳感器信號輸出部分輸出的信號 V2、VI經過信號保持及驅動能力增強部分，形成帶載能力很強的驅動信號V3、V4,供後級正 反饋放大部分使用，其中，V2與V3幅度和相位相同，VI與V4幅度和相位相同。
[0024] 如圖4所示，正反饋放大電路包括電阻R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和集成芯 片U3C。參考信號V3連接電阻R12的一端，電阻R12的另一端分別連接電阻R13和集成芯 片U3C的負輸入端9,傳感器信號V4連接電阻R15的一端，電阻R15的另一端分別連接電阻 R16和集成晶片U3C的正輸入端10,電阻R13的另一端分別連接電阻R14和電阻R17的一 端，集成晶片U3C的輸出端連接電阻R14的另一端，輸出調理信號V9 ;電阻R16的另一端分 別連接電阻R17的另一端和電阻R18的一端，電阻R18的另一端接GND。
[0025] 其中，電阻町2、1?13、1?14、1?15、1?16、1?18阻值相等，1?17為正反饋電阻，由1?17、1?18 來決定放大倍數，由信號保持及驅動能力增強部分輸送過來的信號V3、V4,經過正反饋放大 電路的處理，形成我們需要的調理信號V9,其中V5、V6、V7、V8供電路分析使用，V9供後級 單片機及AD處理使用。
[0026] 根據上面的描述，並根據電路基礎知識可以計算V9與VI、V2的關係，其關係為 「9 圖5給出了一種本實用新型的具體應用電路，並給出了每個器件的值， 但所有器件並不局限於此值。
[0027] 參考電壓產生電路包括R10、RP1、R11，R10為10K的電阻，R11為8. 2K電阻，RP1為 2K電位器，XS6為MJC4/2. 8J催化氣體傳感器。信號保持及驅動能力增強部分，包括由集成 晶片U3B、U3D組成的信號保持及驅動電路，如圖3所示，U3B、U3D為低功耗運放晶片LM324， 將前級輸入的信號經過處理後，形成帶載能力很強的與原信號同幅度同相位的信號，供後 級使用。正反饋放大電路中，虹2、1?13、1?14、1?15、1?16、1?18均為1201(的電阻，1?17為271(電 阻。
[0028] 根據圖5所示元器件的值及上面的描述，可得V9與VI、V2的固定關係，其關係為 四= 10.gSS9(n-FC)。
[0029] 最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，本領域 普通技術人員對本實用新型的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本實用 新型技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1. 一種用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路，其特徵在於：包括參考電壓 產生電路、甲烷氣體傳感器信號輸出電路、信號保持及驅動電路和正反饋放大電路，所述甲 燒氣體傳感器信號輸出電路輸出信號VI和參考電壓產生電路輸出的參考電壓信號V2,同 時送給信號保持及驅動電路，經過信號保持及驅動電路的處理，形成驅動能力強的傳感器 信號V4和參考信號V3, V2與V3幅度和相位相同，VI與V4幅度和相位相同，然後將V4、V3 送給正反饋放大電路。
2. 根據權利要求1所述的一種用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路，其特 徵在於：所述參考電壓產生電路包括電阻RIO、R11，及電位器RP1 ;電阻R10 -端分別接電 源VCC和甲烷氣體傳感器信號輸出電路，另一端分別連接電位器RP1的端定端和滑動端，電 位器RP1的滑動端輸出參考電壓信號V2給信號保持及驅動電路，電位器RP1的另一固定端 連接電阻R11的一端，電阻R11的另一端接電源負端GND。
3. 根據權利要求2所述的一種用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路，其特 徵在於：所述甲燒氣體傳感器信號輸出電路包括氣體傳感器XS6,所述氣體傳感器XS6的1 端連接電源VCC和電阻R10, 2端輸出信號VI給信號保持及驅動電路，3端接電源負端GND。
4. 根據權利要求3所述的一種用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路，其特 徵在於：所述信號保持及驅動電路包括集成晶片U3B、U3D，參考電壓信號V2連接集成晶片 U3B的正輸入端5,集成晶片U3B的負輸入端6與其輸出端7連接，輸出參考信號V3 ;信號 VI連接集成晶片U3D的正輸入端12,集成晶片U3D的負輸入端13與其輸出端14連接，輸 出傳感器信號V4。
5. 根據權利要求4所述的一種用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路，其特 徵在於：所述正反饋放大電路包括電阻R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和集成晶片U3C， 電阻R12、R13、R14、R15、R16、R18阻值相等，R17為正反饋電阻；參考信號V3連接電阻R12 的一端，電阻R12的另一端分別連接電阻R13和集成晶片U3C的負輸入端9,傳感器信號V4 連接電阻R15的一端，電阻R15的另一端分別連接電阻R16和集成晶片U3C的正輸入端10， 電阻R13的另一端分別連接電阻R14和電阻R17的一端，集成晶片U3C的輸出端連接電阻 R14的另一端，輸出調理信號V9 ;電阻R16的另一端分別連接電阻R17的另一端和電阻R18 的一端，電阻R18的另一端接GND。
6. 根據權利要求5所述的一種用於甲烷氣體傳感器信號處理的正反饋處理電路，其特 徵在於：所述集成晶片U3B、U3C、U3D採用LM324晶片。
【文檔編號】H03F1/38GK204046567SQ201420371588
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】任春紅, 步東偉, 李敬波, 李曉輝, 高偉峰, 聶山權, 周鵬 申請人:鄭州創威煤安科技有限公司