[发明专利]一种红外二氧化碳传感器

说明书

本发明公开了一种红外二氧化碳传感器，包括光源及探测接收模块(传感头)、电堆传感器、低通滤波模块、滤波电路和前向通道、微控制器和后向通道。选择恰当的光源和滤光片以及相应的探测器是非常关键的一步。从传感器出来的信号是极其微弱的，必须对其进行放大和滤波，在获得较强的信号的同时保证尽可能地消除噪声，达到较高的信噪比，为后续的信号处理提供真实有效的数据。微控制器负责信号的运算和浓度的换算、自动标定、实时的显示跟踪以及实现与计算机的数据通信等等。

技术领域

本发明涉及传感器领域，其中所涉及一种红外二氧化碳传感器。

背景技术

众所周知二氧化碳（CO2）是大气重要组成成分之一,与人们的生产生活密不可分。其含量过高不但会危害人类的健康,还会产生温室效应等不良影响；同时它在动植物的生长环境中也扮演着极其重要的角色。目前国内生产和使用的CO2气体传感器主要是固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等,这些传感器存在许多不足之处:对气体的选择性差、易出现误报,系统需要频繁校准,使用寿命也较短。红外二氧化碳气体传感器新技术国内尚处于起步阶段，于2005年才取得一定进展实现了电调制，但关键元件仍需要进口。而现行红外二氧化碳分析仪多半存在着不仅价格昂贵，而且体积大、质量大等缺点。随着科学技术的不断发展和人民生活水平的日益提高以及人们对环境保护的日益重视，在空调、农业、医疗、汽车及环保等方面,对CO2气体的浓度进行定量监测与控制成为日益增长的需求,开发出灵敏度高、选择性和稳定性好、小型化、便携式的CO2 气体传感器必是大势所趋。基于这一理念作为一种尝试，提出一种红外吸收型便携式CO2气体传感器并给出其软硬件设计方案。

发明内容

本发明解决本发明为了解决上述问题，从而提供一种红外二氧化碳传感器。

本发明的目的在于提供一种红外二氧化碳传感器，包括光源及探测接收模块(传感头)、电堆传感器、低通滤波模块、滤波电路和前向通道、微控制器和后向通道。

光源在连续工作模式和间歇性工作模式下的辐射强度特性曲线，即老化特性。在连续工作模式，1500小时后，其辐射强度降到初始值的95％左右，之后基本保持并略有回升。而在间歇性工作模式（工作1秒，停5秒），其辐射强度则呈上升趋势。因此，利用脉冲控制有利于增强光源的辐射特性，减缓其老化速度，同时也可提高测量的精度。

电堆传感器为双元传感，配备了两片不同的滤光片，一片中心波长为4.0um，半波带宽为90nm，作为参考滤光片，一片中心波长为4.26um，半波带宽为180nm，作为气体选择滤光片，提取参考信号和气体信号。结合光源设计光路实现了非分光红外（NDIR）电调制。

滤波电路，选择了专用高阶开关电容低通滤波IC电路分别对参考信号和气体信号进行放大滤波，采用8阶BUTTERWORTH低通滤波实现，以有效的提高系统的信噪比。

经信号调理得到的模拟信号，再由A/D转换器转换成数字信号，输入微控制器，完成前向通道的设计。微控制器则选用了常用的AT89C52作为核心处理器，负责信号的处理和后向通道的显示以及数据通信。由于智能化和网络化将是传感器发展的趋势，可增加与上位机的通信口。

具体实施方式

对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明包括光源及探测接收模块(传感头)、电堆传感器、低通滤波模块、滤波电路和前向通道、微控制器和后向通道。

光源在连续工作模式和间歇性工作模式下的辐射强度特性曲线，即老化特性。在连续工作模式，1500小时后，其辐射强度降到初始值的95％左右，之后基本保持并略有回升。而在间歇性工作模式（工作1秒，停5秒），其辐射强度则呈上升趋势。因此，利用脉冲控制有利于增强光源的辐射特性，减缓其老化速度，同时也可提高测量的精度。