一種用於可燃氣體探測器的負反饋信號處理電路的製作方法

2023-07-27 06:38:11

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可燃氣體探測器的負反饋信號處理電路。

背景技術：

能源的生產、加工、儲存、運輸及使用已經滲透到工業生產的方方面面，煤炭及金屬的開採，井下可燃氣體的監測及通風控制必不可少；液化石油氣、油制氣的開採、加工、存儲、運輸每一個環節都必須時刻監測可燃氣體的濃度並在濃度超過設定值時進行報警；酒精生產的各環節也離不開可燃氣體的監測。

可燃氣體可靠監測技術已成為工業安全生產的重要一環。對於可燃氣體的監測，國內外很多專家學者提出了不同的處理方法，包括提高精度、降低功耗、使用高精度處理晶片等方案，但成本較高，很難在工業安全生產可燃氣體監測領域大範圍推廣及應用。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種用於可燃氣體探測器的負反饋信號處理電路，具有電路簡單、抗幹擾性強、元器件少、成本低、穩定可靠的優點。

為了實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案是：一種用於可燃氣體探測器的負反饋信號處理電路，包括可燃氣體採集電路、氣體信號放大電路、參考電壓調零處理電路和負反饋差分放大電路；

所述可燃氣體採集電路用於檢測並輸出可燃氣體濃度電信號Vi給所述氣體信號放大電路，所述可燃氣體濃度電信號Vi經所述氣體信號放大電路放大處理後生成可燃氣體濃度電信號Vo1，並傳送給所述負反饋差分放大電路；

所述參考電壓調零電路包括參考電壓生成電路和參考電壓放大電路，所述參考電壓生成電路生成參考電壓信號Vri，經所述參考電壓放大電路放大處理後輸出零點參考電壓信號Vro至所述負反饋差分放大電路；

所述可燃氣體濃度電信號Vo1和所述零點參考電壓信號Vro經所述負反饋差分放大電路，輸出本負反饋信號處理電路的處理結果可燃氣體濃度電信號Vo。

基於上述，所述可燃氣體濃度電信號Vo1和所述零點參考電壓信號Vro為共模信號。

基於上述，所述參考電壓調零處理電路包括參考電壓生成電路和參考電壓放大電路，所述參考電壓生成電路包括可調電位器R1、電阻R2和電阻R3，所述電源依次經過所述電阻R2、所述可調電位器R1和所述電阻R3後連接電源地，所述可調電位器R1的中間抽頭與所述電阻R3連接並輸出參考電壓信號Vri。

基於上述，所述參考電壓放大電路包括集成晶片N1C和電阻R4，所述集成晶片N1C的正輸入端連接所述參考電壓信號Vri，所述集成晶片N1C的負輸入端通過所述電阻R4連接所述集成晶片N1C的輸出端，所述集成晶片N1C的輸出端輸出零點參考電壓信號Vro。

基於上述，所述可燃氣體採集電路包括可燃氣體探測器QMJ，所述可燃氣體探測器QMJ的電源端連接電源Vc，所述可燃氣體探測器QMJ的輸出端3和輸出端3連接後輸出可燃氣體濃度電信號Vi，所述可燃氣體探測器的地端連接電源地GND。

基於上述，所述氣體信號放大電路包括電阻R7、電阻R5、可調電位器R6和集成晶片N1B，所述可燃氣體濃度電信號Vi連接所述集成晶片N1B的正輸入端，所述集成晶片N1B的負輸入端通過所述電阻R7連接所述可調電位器R6的一端，所述可調電位器R6的中間抽頭和所述可調電位器R6的另一端連接後接至所述集成晶片N1C的負輸入端；所述集成晶片N1B的負輸入端還通過所述電阻R5連接所述集成晶片N1B的輸出端，所述集成晶片N1B的輸出端輸出可燃氣體濃度電信號Vo1。

基於上述，所述負反饋差分放大電路包括電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、集成晶片N1D和電容C9；所述可燃氣體濃度電信號Vo1通過所述電阻R9和所述電阻R10連接電源地GND，所述電阻R9和所述電阻R10的中間連接部分還與所述集成晶片N1D的正輸入端連接；所述零點參考電壓信號Vro通過所述電阻R8連接所述集成晶片N1D的負輸入端，所述集成晶片N1D的負輸入端還通過所述電阻R11連接所述集成晶片N1D的輸出端，所述集成晶片N1D的輸出端輸出可燃氣體濃度電信號Vo。

基於上述，所述集成晶片N1B、N1C、N1D為LM324晶片，所述電容C9為鋁電解電容。

本實用新型相對現有技術具有實質性特點和進步，具體的說，本實用新型利用較少的分立元器件，實現對可燃氣體探測器信號的參考電壓的設置及放大，信號驅動能力的增強及負反饋差分放大，有效的提高可燃氣體濃度測量的精確度，且該電路簡單，設備穩定性及可靠性都很高，降低了使用成本，便於市場推廣及應用。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路原理圖。

圖2為本實用新型的可燃氣體採集電路圖。

圖3為本實用新型的參考電壓調零處理電路。

圖4為本實用新型的氣體信號放大電路。

圖5為本實用新型的負反饋差分放大電路。

圖6為本實用新型的一種具體實施電路圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

如圖1所示，一種用於可燃氣體探測器的負反饋信號處理電路，包括可燃氣體採集電路、氣體信號放大電路、參考電壓調零處理電路和負反饋差分放大電路；

所述可燃氣體採集電路用於檢測並輸出可燃氣體濃度電信號Vi給所述氣體信號放大電路，所述可燃氣體濃度電信號Vi經所述氣體信號放大電路放大處理後生成可燃氣體濃度電信號Vo1，並傳送給所述負反饋差分放大電路；

所述參考電壓調零電路包括參考電壓生成電路和參考電壓放大電路，所述參考電壓生成電路生成參考電壓信號Vri，經所述參考電壓放大電路放大處理後輸出零點參考電壓信號Vro至所述負反饋差分放大電路；

所述可燃氣體濃度電信號Vo1和所述零點參考電壓信號Vro經所述負反饋差分放大電路，輸出本負反饋信號處理電路的處理結果可燃氣體濃度電信號Vo。

具體的，所述可燃氣體濃度電信號Vo1和所述零點參考電壓信號Vro為驅動能力強的共模信號，兩者的相位和大小均相同。

優選的，如圖2所示，所述可燃氣體採集電路包括可燃氣體探測器QMJ，所述可燃氣體探測器QMJ的電源端連接電源Vc，所述可燃氣體探測器QMJ的輸出端3和輸出端3連接後輸出可燃氣體濃度電信號Vi，所述可燃氣體探測器的地端連接電源地GND。

優選的，如圖3所示，所述參考電壓生成電路包括可調電位器R1、電阻R2和電阻R3，所述電源依次經過所述電阻R2、所述可調電位器R1和所述電阻R3後連接電源地，所述可調電位器R1的中間抽頭與所述電阻R3連接並輸出參考電壓信號Vri。所述參考電壓放大電路包括集成晶片N1C和電阻R4，所述集成晶片N1C的正輸入端連接所述參考電壓信號Vri，所述集成晶片N1C的負輸入端通過所述電阻R4連接所述集成晶片N1C的輸出端，所述集成晶片N1C的輸出端輸出零點參考電壓信號Vro。

優選的，如圖4所示，所述氣體信號放大電路包括電阻R7、電阻R5、可調電位器R6和集成晶片N1B，所述可燃氣體濃度電信號Vi連接所述集成晶片N1B的正輸入端，所述集成晶片N1B的負輸入端通過所述電阻R7連接所述可調電位器R6的一端，所述可調電位器R6的中間抽頭和所述可調電位器R6的另一端連接後接至所述集成晶片N1C的負輸入端；所述集成晶片N1B的負輸入端還通過所述電阻R5連接所述集成晶片N1B的輸出端，所述集成晶片N1B的輸出端輸出可燃氣體濃度電信號Vo1。

優選的，如圖5所示，所述負反饋差分放大電路包括電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、集成晶片N1D和電容C9；優選的，所述電阻R10、所述R11、所述R12的阻值相等，所述電阻R8和所述R9的阻值相等。所述可燃氣體濃度電信號Vo1通過所述電阻R9和所述電阻R10連接電源地GND，所述電阻R9和所述電阻R10的中間連接部分還與所述集成晶片N1D的正輸入端連接；所述零點參考電壓信號Vro通過所述電阻R8連接所述集成晶片N1D的負輸入端，所述集成晶片N1D的負輸入端還通過所述電阻R11連接所述集成晶片N1D的輸出端，所述集成晶片N1D的輸出端輸出可燃氣體濃度電信號Vo。

根據上面的描述，並根據電路基礎知識可以計算Vo與Vi、Vri的關係，其關係為：

公式①中ΔR6為所述氣體信號放大電路中的所述可調電位器R6中間抽頭與所述電阻R7一端之間的可調電阻值。

公式②中ΔR1為所述參考電壓調零處理電路中所述可調電位器R1中間抽頭與所述電阻R3之間的可調電阻值。

如圖6所示為本實用新型的一種具體應用電路，圖中給出了每個器件的值，但所有器件並不局限於此值。

具體的，所述集成晶片N1B、所述集成晶片N1C、所述集成晶片N1D為LM324晶片，所述電容C9為鋁電解電容；所述可調電位器R1的阻值為500ohm，所述電阻R2的阻值為10K，所述電阻R3的阻值為3K，所述電阻R4的阻值為1.5K，所述電阻R7和所述電阻R5的阻值均為1.5K，所述可調電位器R6的阻值為2K，所述電阻R8和所述電阻R9的阻值為20K，所述電阻R10、所述電阻R11和所述電阻R12的阻值為100K；所述電容C9為鋁電解電容，其容值為4.7uF。

當位於純淨空氣中所述可燃氣體探測器所顯示的可燃氣體濃度值不為0時，則調整所述可調電位器R1的阻值，從而改變零點參考電壓值Vro，促使所述可燃氣體探測器所顯示的可燃氣體濃度值為0。

當位於標準氣樣氛圍中的所述可燃氣體探測器所顯示的可燃氣體濃度值和標準氣樣濃度值不一致時，則調整所述可調電位器R6，從而使所述可燃氣體探測器所顯示的可燃氣體濃度值和標準氣樣濃度值一致。該方法為可燃氣體探測器隨著溫溼度和時間變化性能衰減時提供了一種靈活簡便的校準方法。

同時，所述可燃氣體濃度電信號Vo通過所述電阻R12和所述電容C9組成的濾波電路後輸出ADi信號至後級集成有AD轉換器的單片機進行模數轉換，並顯示出對應的可燃氣體濃度值。

根據圖6中所示的元器件的值及上述描述，可以獲得所述可燃氣體濃度電信號Vo與所述可燃氣體濃度電信號Vi、所述參考電壓信號Vri的固定關係式為：

最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本實用新型的具體實施方式進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本實用新型技術方案的精神，其均應涵蓋在本實用新型請求保護的技術方案範圍當中。