紅外co的製作方法
2023-07-09 04:06:16 1
專利名稱：紅外co的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種CO2濃度測試儀器，具體說是一種紅外CO2測試儀。
背景技術：
CO2濃度在工業、農業、環保、醫療衛生等方面都是一個重要的參數，隨著技術的發展和人們生活水平的提高，對CO2濃度的檢測越來越受到人們的重視。現在國內市場上的紅外CO2測試儀主要是國外的產品，這些測試儀多數採用紅外傳感器，有的採用電-化學傳感器，它們一般具有較高的精度，屬於成分分析儀表。由於這些產品追求高精度和高分辨洌，因此開發成本和製造成本高，價格過於昂貴，使它們難以在工、農、環保和日常消費中廣泛應用。事實上，工、農、環保和日常消費應用中，並不要求很高的精度和很高的解析度，但是要求較低的價格。有的產品，結構複雜，例如採用了內置泵、封閉氣室等機械部件，給維修和使用帶來不便，同時也提高了儀表的成本和價格；產品缺少對於空氣流動的防護措施，因此對使用環境有比較嚴格的要求，難以在工業、農業、礦山等等環境較為惡劣的場合使用；所使用的傳感器，沒有從屏蔽電磁波和隔熱兩方面考慮傳感器的封裝，因此為了克服電氣幹擾和環境溫度的變化不得不增加硬體和軟體的開銷，提高了儀表的成本和價格。目前市場上沒有一種既能滿足普通CO2濃度測試，又結構簡單、價格低廉的CO2測試儀。
實用新型內容對於農業、工業、環保、日常消費應用中的CO2濃度測試，並不要求測試儀的解析度和精度有太高的水平，所以用不到使用價格昂貴的分析儀表。本實用新型所要解決的技術問題在於克服現有技術存在的缺陷，提供一種結構簡單、價格低廉的紅外CO2測試儀，以滿足農業、工業、環保、日常消費應用中的CO2濃度測試的需要。
本實用新型紅外CO2測試儀，包括信號採集裝置、自校正電路、放大和濾波電路、A/D轉換器、單片機及顯示器；信號採集裝置與自校正電路相聯，自校正電路連接放大和濾波電路，放大和濾波電路經A/D轉換器與單片機連接，顯示器與單片機相聯。信號採集裝置負責採集空氣中的CO2的濃度信號，然後輸入到自校正電路進一步克服環境溫度變化引起的工作點漂移，經過校正的信號然後送入放大和濾波電路進行電信號放大，並且由濾波電路濾除工頻和其它頻率的幹擾信號，得到有效的CO2濃度信號輸入給A/D轉換器，由A/D轉換器將模擬信號轉換成數位訊號，單片機對CO2的數位訊號進行進一步的數字濾波和處理，獲得CO2的濃度信息，在顯示器上顯示測試的結果，並發出控制信號，控制信號控制報警裝置或換氣裝置。
信號採集裝置由空氣採集室、光源、濾波片、傳感器構成，空氣採集室由透氣薄膜包圍，光源、傳感器分別設置於空氣採集室的兩端，傳感器前端設置濾波片，傳感器連接自校正電路。
為了避免傳感器受到環境溫度變化的影響，還可以給傳感器加裝塑料溫度隔離防護盒，即傳感器有內外兩層封裝，內層為金屬封裝，外層為塑料封裝，內外層之間有空氣。傳感器置於防護盒內部，周身被塑料密封，只有濾波片暴露在紅外光下，隔離了金屬外殼對溫度的傳導作用，塑料封裝和金屬封裝之間的空氣層由於熱傳導性低更加強了隔熱作用，從而大大地降低了環境溫度變化對測量的影響。經過這樣改造，傳感器具有了金屬和塑料雙層封裝，塑料隔熱層有效地克服了環境溫度變化的影響，同時又保留了金屬封裝屏蔽電磁幹擾的能力。
塑料封裝有效地克服了環境溫度變化對測試儀的影響，但是並不是百分之百地克服。從熱釋電器件得到的CO2信號極其微弱，溫漂、零漂以及幹擾信號還是存在的，為獲得正確的CO2信號，在多級放大的基礎上加入了自校正電路，使運放工作點自動校正，達到克服溫漂、零漂的目的。所述的自校正電路由由四級運放電路組成，第一級兩隻運放完成對信號的取樣。第二級運放配合RC濾波完成信號的自適應取樣，第三、四級運放完成對信號的差模放大。該電路對溫漂、零、信號的波動均能實現自適應抑制，使電路自動工作在線性放大狀態。
圖1、為本實用新型紅外CO2測試儀結構示意圖；圖2、為信號採集裝置結構示意圖；圖3、加裝塑料溫度隔離防護盒的傳感器結構示意圖；圖4、為自校正電路圖；圖5、為系統主程序框圖；圖6、為採樣程序框圖；圖7、為採樣一次程序框圖；圖8、為工頻幹擾濾波電路圖；
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
實施例如圖1所示，本實用新型紅外CO2測試儀包括信號採集裝置、自校正電路、放大和濾波電路、A/D轉換器、單片機及顯示器；信號採集裝置與自校正電路相聯，自校正電路連接放大和濾波電路，放大和濾波電路經A/D轉換器與單片機連接，顯示器與單片機相聯。
如圖2所示，信號採集裝置由空氣採集室1、光源2、濾波片3、傳感器4構成，空氣採集室1由透氣薄膜包圍，光源2、傳感器4分別設置於空氣採集室1的兩端，傳感器4前端設置濾波片3，傳感器4連接自校正電路。光源採用普通手電燈燈泡，用反光罩將燈光聚焦到距離120mm左右的傳感器表面的濾波片上，聚焦距離太短會降低測試靈敏度。聚焦成的光斑直徑應稍大於濾波片窗口。傳感器採用上海尼塞拉公司的雙元熱釋電紅外傳感器，表面安裝4.25μm濾波片。然後如圖3所示，在傳感器外部再裝上塑料隔熱防護盒，即傳感器有內外兩層封裝，內層為金屬封裝，外層為塑料封裝，內外層之間有空氣。透氣薄膜使用水汽透過率從5000克-8000克/M2，25-40g/m2克重的產品。
如圖4所示，所述的自校正電路由由四級運放電路組成，第一級兩隻運放完成對信號的取樣。第二級運放配合RC濾波完成信號的自適應取樣，第三、四級運放完成對信號的差模放大。
放大電路是一般的放大器，由於線路不可避免地受到工頻幹擾，所以電路中包括對工頻幹擾的濾波線路，如圖8所示。該濾波電路也可以移到A/D轉換器的輸入端，具體放在何處，應視效果而定。
信號採集裝置負責採集空氣中的CO2的濃度信號，然後輸入到自校正電路進一步克服環境溫度變化引起的工作點漂移，經過校正的信號然後送入放大和濾波電路進行電信號放大，並且由濾波電路濾除工頻和其它頻率的幹擾信號，得到有效的CO2濃度信號輸入給A/D轉換器，由A/D轉換器將模擬信號轉換成數位訊號，單片機對CO2的數位訊號進行進一步的數字濾波和處理，獲得CO2的濃度信息，在顯示器上顯示測試的結果，並發出控制信號，控制信號控制報警裝置或換氣裝置。
紅外CO2測試儀內部程序本實用新型開發的紅外CO2測試儀實際上是一個採樣控制系統。軟體的任務主要包括控制光源以最佳的頻率開關，以便獲得理想的信號波形。
以適當的採樣頻率採樣，以便獲得準確的採樣結果。
由於信號如圖7所示存在最大值得，所以要用軟體求取信號的最大值。
雖然硬體已經進行過濾波處理，但是信號中不可避免地還存在幹擾，所以需要進行軟體數字濾波。
為了進一步克服環境溫度變化對採樣結果的影響，對環境溫度定時採樣，並且根據當時的環境溫度，對採樣結果進行溫度補償。
對數位訊號進行標度變換，轉換成用戶熟悉的百分比表示的CO2濃度信息，並且在LED顯示器上顯示。
對採樣信號和設定值進行比較，根據一定的算法求到控制信號，並且從單片機的I/O口輸出給用戶使用。
如圖5所示系統主程序負責協調上述各項任務。系統開始工作後，首先關閉中斷，以免幹擾信號中斷系統工作，然後進行系統初始化，對系統資源和輸入輸出口進行設置，對工作變量賦初值，然後系統進行自檢，自檢成功後開始周而復始的採樣和控制工作。
為了便於對數據進行處理，對CO2信號每採4個量再進行各種處理。
如圖6所示採樣程序。包括對光源的開關控制，為了控制光源開或關的持續時間，分別為它們設置了單獨的計數器，改變計數器的值，就可以改變光源開或關的持續時間，即光源的工作頻率。光源接通後，就開始對信號連續採樣，為了既保證採樣數據的準確性，又不致使數據量太大，前後2次採樣之間安排了一定的延時，該延時時間是決定採樣周期的，同樣是通過實驗反覆整定的，使系統採集到了反映信號原來面目的足夠的信息。
表1 對某個信號波形採樣的數據
表1對某個信號波形採樣的數據，顯然，採樣數據很正確的反映了模擬信號的真實情況。
每採到一個新的實踐，就調用求最大值程序，並且把最大值及時保存，供後面的濾波和溫度補償程序使用。
如圖5所示，採樣一次程序主要是對A/D轉換器的設置和控制。
本本實用新型紅外CO2測試儀還具有控制能力，它將測試到的CO2濃度和理想值(即設定值)進行比較，當測試值高於設定值時，表示空氣中的CO2濃度已經過高，可以發出一個控制信號去驅動通風裝置工作，或發出報警信號；在另外一些應用場合，可能要求空氣中的CO2濃度不能低於某個設定值，如果測試儀測試到這種情況，則可以用控制信號去驅動CO2發生設備，由該設備產生CO2補充CO2的不足。
權利要求1.一種紅外CO2測試儀，包括信號採集裝置、自校正電路、放大和濾波電路、A/D轉換器、單片機及顯示器；信號採集裝置與自校正電路相聯，自校正電路連接放大和濾波電路，放大和濾波電路經A/D轉換器與單片機連接，顯示器與單片機相聯；其特徵是信號採集裝置由空氣採集室(1)、光源(2)、濾波片(3)、傳感器(4)構成，空氣採集室(1)由透氣薄膜包圍，光源(2)、傳感器(4)分別設置於空氣採集室(1)的兩端，傳感器(4)前端設置濾波片(3)，傳感器(4)連接自校正電路。
2.根據權利要求1所述的紅外CO2測試儀，其特徵是所述傳感器有內外兩層封裝，內層為金屬封裝，外層為塑料封裝，內外層之間有空氣。
專利摘要本實用新型公開了一種紅外CO
文檔編號G01N35/00GK2731442SQ20042008044
公開日2005年10月5日 申請日期2004年10月22日 優先權日2004年10月22日
發明者俞光昀, 王思聰 申請人:南京師範大學