[发明专利]基于差分式采集的气体浓度测量装置

权利要求书

1.基于差分式采集的气体浓度测量装置，包括用于监测气体浓度和环境温度的探头、用于将气体传感器的信号进行调理和放大，并且同时完成一路温度补偿信号调理的变换器单元、将气体浓度测量数据进行实时处理和显示的计算机单元，其特征在于：还包括利用差分A/D转换器实现差分式数据采集并传输的数据采集及USB通信单元，探头、变换器单元、数据采集及USB通信单元和计算机单元的数据信号依次传输连接；气体传感器的信号进行调理和放大后输入差分式A/D转换器的（+）输入端，温度补偿信号调理后输入差分式A/D转换器的（-）输入端，形成差分输入;

探头包括用于监测气体浓度的气体传感器和用于环境温度监测的温敏电阻；变换器单元包括传感器调理电路和温敏电阻调理电路；气体传感器的信号输出端与传感器调理电路的信号输入端连接，温敏电阻的信号输出端与温敏电阻调理电路的信号输入端连接，传感器调理电路的信号输出端与差分式A/D转换器的（+）输入端连接，温敏电阻调理电路的信号输出端与差分式A/D转换器的（-）输入端连接；

传感器调理电路包括由运算放大器U1A、第一电容、第一电阻和第二电阻组成的同相放大器、由第三电阻和第二电容组成的一阶低通滤波器和由运算放大器U1B构成的射级跟随器，气体传感器的输出信号Ui接入运算放大器U1A的正相输入端，运算放大器U1A的反相输入端分别与第一电阻的第一端、第二电阻的第一端和第一电容的第一端连接，第一电阻的第二端接地，第一电容的第二端分别与第二电阻的第二端、第三电阻的第一端和运算放大器U1A的输出端连接，第三电阻的第二端分别与第二电容的第一端和运算放大器U1B的同相输入端连接，第二电容的第二端接地，运算放大器U1B的反相输入端和运算放大器U1B的输出端连接后输出传感器信号Um；

温敏电阻调理电路包括由运算放大器U1C、第三电容、第八电阻和第九电阻组成的同相放大器、由第十电阻和第四电容组成的一阶低通滤波器、由运算放大器U1D构成的射级跟随器、由第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和温敏电阻构成的恒流源电路，5V电压接入第四电阻的第一端，第四电阻的第二端与第五电阻的第一端连接，第五电阻的第二端分别与运算放大器U1C的正相输入端和第六电阻的第一端连接，第六电阻的第二端与温敏电阻的第一端连接，温敏电阻的第二端与第七电阻的第一端连接，第七电阻的第二端接地，运算放大器U1C的反相输入端分别与第八电阻的第一端、第九电阻的第一端和第三电容的第一端连接，第八电阻的第二端接地，第三电容的第二端分别与第九电阻的第二端、第十电阻的第一端和运算放大器U1C的输出端连接，第十电阻的第二端分别与第四电容的第一端和运算放大器U1D的同相输入端连接，第四电容的第二端接地，运算放大器U1D的反相输入端和运算放大器U1D的输出端连接后输出温度信号Ut。

2.根据权利要求1的基于差分式采集的气体浓度测量装置，其特征在于：数据采集及USB通信单元还包括FPGA主控芯片、用于将获取到的气体传感器信号转换为标准的USB格式数据并进行数据传输的USB通信芯片、通过USB电缆实现与计算机单元连接的标准的B型USB插座，FPGA主控芯片的I/O口分别与A/D转换器的控制及数据输出端口和USB通信芯片的控制及数据输入端口连接，USB通信芯片的数据输出端口与标准B型USB插座的数据端口连接，USB电缆实现标准的B型USB插座与计算机的连接。

3.根据权利要求1的基于差分式采集的气体浓度测量装置，其特征在于：差分式A/D转换器型号是ADS1118。

4.根据权利要求2的基于差分式采集的气体浓度测量装置，其特征在于：USB通信芯片型号是FT245。

5.根据权利要求1的基于差分式采集的气体浓度测量装置，其特征在于：运算放大器U1A和运算放大器U1B的型号均为ADA4077-2。

6.根据权利要求1的基于差分式采集的气体浓度测量装置，其特征在于：运算放大器U1C和运算放大器U1D的型号均为ADA4077-2。