[发明专利]基于真有效值检测的颗粒物浓度传感器

权利要求书

1.一种基于真有效值检测的颗粒物浓度传感器，其特征在于，包括：稳压供电电路、气泵、激光器、检测壳、硅光二极管、信号转换与滤波电路、真有效值检测电路；

所述稳压供电电路，用于减小电源噪声以及地电位的波动，为激光器、气泵、检测电路提供低纹波的直流电压；

所述气泵，用于产生稳定的抽气气流；

所述激光器，用于产生稳定的激光信号；

所述检测壳，用于组装并固定气泵、金属管、激光器和硅光二极管；

所述硅光二极管，用于散射光信号的检测；

在检测壳的左侧开有一个圆孔以安装激光器，在检测壳的顶部和底部均安装有一根长30mm，内径1mm，外径2mm的金属管并形成气路，上部的金属管通过PU气管与气泵相连，在检测壳的右侧装有光陷阱，以减小检测壳内激光的反射强度，在检测壳上开有一直径10mm的小孔，所述的小孔在激光器与光陷阱连线以检测中心为中心顺时针旋转40°方向上，孔内安装有硅光二极管；

所述信号转换与滤波电路，用于实现光电流到电压的转换，低频直流信号的滤除；

所述真有效值检测电路，用于将信号转换与滤波电路得到的信号进行转换，以便于将产生的散射光信号波动以等效的直流电压输出，并作为整个传感器的输出信号；真有效值检测电路采用AD637J真有效值转换芯片，其输出真有效值最大总误差为1mV，所述AD637J芯片的VIN引脚与RC高通滤波器输出引脚相连，所述AD637J芯片的+VS引脚连接+5V电压并通过一个0.1uF的电容接地以减小+5V电压的纹波，所述AD637J芯片的-VS引脚连接-5V电压并通过一个0.1uF的电容接地以减小-5V电压的纹波，所述AD637J芯片的CS引脚连接一个4.7KΩ的电阻后连接+5V电压，所述AD637J芯片的BUFF IN引脚分别与COMMON引脚和OUTPUT OFFSET引脚连接后接地，所述AD637J芯片的CAV引脚接一个33uF的钽电容后分别与RMS OUT引脚和DEN INPUT引脚相连。

2.根据权利要求1所述的基于真有效值检测的颗粒物浓度传感器，其特征在于：所述稳压供电电路用于为激光器、气泵、信号转换与滤波电路及真有效值检测电路进行供电。

3.根据权利要求2所述的基于真有效值检测的颗粒物浓度传感器，其特征在于：所述激光器的供电由稳压芯片L7805C和TPS78633提供，交流电或直流电经过这两个芯片得到稳定的3.3V直流；所述气泵的供电由稳压芯片L7805C和TPS7A4501提供，TPS7A4501通过接一个5K滑动变阻器调节输出直流电压，直流电压在0~5V之间变化；信号转换与滤波电路以及真有效值检测电路的供电由芯片L7805C提供+5V直流，由芯片AMS117-2.5提供+2.5V直流，由两片负电压芯片ICL7660分别提供-5V和-2.5V直流。

4.根据权利要求1所述的基于真有效值检测的颗粒物浓度传感器，其特征在于：所述气泵为美国HARGRAVES高效气泵1C34N2，在单泵头、3V供电情况下气体流量为1.0升/分；

所述激光器的输出功率为100mW，波长为548nm的激光器；所述硅光二极管为日本滨松公司的 S2386-44K硅光二极管。

5.根据权利要求1所述的基于真有效值检测的颗粒物浓度传感器，其特征在于：所述检测壳由高性能塑料通过3D打印形成。

6.根据权利要求1所述的基于真有效值检测的颗粒物浓度传感器，其特征在于：所述检测壳内部涂有低反射率涂料以进一步降低激光器在检测壳内的反射光。

7.根据权利要求1所述的基于真有效值检测的颗粒物浓度传感器，其特征在于：所述信号转换与滤波电路包括电流-电压转换电路和RC高通滤波电路。

8.根据权利要求7所述的基于真有效值检测的颗粒物浓度传感器，其特征在于：所述电流-电压转换电路主要由芯片LMP7721实现，硅光二极管输出电流信号引脚与LMP7721芯片的IN-引脚连接，硅光二极管另一个引脚接地并与LMP7721芯片的IN+引脚相连，LMP7721芯片的IN-引脚连接一个100MΩ的金属膜电阻后与LMP7721芯片的Vout引脚相连，金属膜电阻两侧并联一个10PF的聚四氟乙烯电容，以提高整个传感器的动态性能。

9.根据权利要求7所述的基于真有效值检测的颗粒物浓度传感器，其特征在于：所述RC高通滤波电路中，电容的容量为0.01~0.1uF，串联在真有效值检测电路的输入端与电流电压转换电路的输出端之间；电阻为1~10MΩ，连接在电容与地线之间。