[实用新型]二氧化碳气体浓度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种二氧化碳气体浓度传感器。

技术背景

二氧化碳气体浓度在工业、农业、环保、医疗卫生等方面都是一个重要参数，二氧化碳浓度的测量越来越受到人们的重视。现有的二氧化碳浓度测试仪主要采用红外二氧化碳传感器、电化学二氧化碳传感器。其中红外二氧化碳传感器测量速度快、精度高、价格昂贵。而电化学二氧化碳传感器测量速度慢，精度低，已不适用于现在的二氧化碳测量仪器。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种廉价而实用的二氧化碳浓度传感器，降低仪器的成本及售价。

本实用新型所利用的基本原理是：光谱分析表明一定浓度的二氧化碳气体具有很强的吸收4.25μm波长红外光的能力，气体中二氧化碳浓度越高，吸收4.25μm红外光的能力越强。如果气室一端设置一个4.25μm的红外光源，一端设置一个红外传感器，则红外传感器输出的信号将与二氧化碳浓度成一定的比例关系。但是产生4.25μm红外光源是一件很困难的事情，现有产品采用的是利用产生4.25μm红外光源的发光管，但这种发光管的价格极其昂贵。本实用新型的方案是：气室的一端设置一个普通白光光源，气室的另一端设置一个附加仅通过4.25μm红外光的滤波片和一个普通的国产红外传感器。由于白光光源所含4.25μm的红外光极少，红外传感器输出的与二氧化碳浓度成比例的信号很弱。因此必须解决以下问题才能获得与二氧化碳浓度成比例的信号：

1.将与二氧化碳浓度成比例的信号放大数千倍。

2.滤掉与二氧化碳浓度无关的信号，克服干扰信号所带来的误差。

3.解决温漂、零漂的影响。

4.解决红外传感器受空气流动变化以及光强变化产生测量误差的问题。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是，二氧化碳气体浓度传感器由信号采集单元、信号取样电路、放大滤波电路和整形电路构成；信号采集单元负责采集空气中的二氧化碳的浓度信号，然后将采集到的信号输入信号取样电路，减小信号输出的输出电阻，然后经过放大和滤波电路进行电信号放大，并且由滤波电路滤除工频和其它频率的干扰信号，得到有效的二氧化碳浓度信号，然后将信号通过整形电路处理得到方波脉冲信号。通过这一系列的措施，本实用新型获得了比较理想的和二氧化碳浓度相关的方波脉冲宽度信号。

所述信号采集单元由普通白光光源和红外传感器构成，传感器接受窗前安装4.25μm滤波片，外部再装上一个保护罩，保护罩上有一透光薄膜孔与传感器的接受点对应；光源的电源由振荡器产生，产生周期为3s的占空比为50％的方波，光源的聚光点对应红外传感器的接受窗，灯泡与传感器之间的距离在10-15cm之间可调。基本工作原理如下：红外传感器感应的信号是红外光强的变化，输出的信号与红外光强变化成一定的比例。传感器外的保护罩克服了空气流动及其他光源(太阳光、室内灯光等)对传感器输出的影响。

本实用新型的有益效果有：

分辨率高。本实用新型中各级运放的放大倍数是反复调整的，并通过RC去藕处理防止外部干扰和低频自激，利用超低通滤波器有效的滤去信号的直流分量和工频及高频干扰，最后两级运放完成信号的调整，保证了信号的有效性。同时，通过采用对二氧化碳浓度传感器输出信号测脉宽技术，能有效的克服温漂、零漂带来的影响，并且大大提高了信号的分辨率。若采用测量波形幅值的大小的方法，那么温漂的影响将很难去克服，同时，这种方式将信号通过A/D转换电路得到一个相应的数值，若A/D转换电路的输入信号为0～5V，输出为10位数字量，当输入幅值为5V时，对应的二氧化碳浓度为4000PPM，A/D转换输出为1024，则其分辨度为4000/1024PPM，其精度则和A/D转换器的精度密切相关。如果采用测脉宽技术，信号的周期为3s，而对信号的脉宽是以us为单位计数的，我们通过测试所得两组数据列表如下：