[实用新型]基于差分式采集的气体浓度测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于气体浓度测量技术领域，具体涉及一种基于差分式采集的气体浓度测量装置。

背景技术

气体浓度测量装置，通常包括气体传感器(探头)、变换器单元、数据采集单元和计算机软件处理单元四个部分。测量装置的实现方式是将气体传感器输出经过变换器放大后，模拟信号直接送入A/D转换器的模拟输入端，而信号端的地与A/D转换器的地连在一起，即通过单端的A/D转换器实现传感器信号的采集。数据采集单元将A/D转换后得到的数字信号进行控制和传输，送入计算机软件处理单元，实现气体浓度数据的显示和处理。

上述传统技术中，对于传统的单端A/D转换器采集气体传感器信号的方法，传感器的信号地和A/D转换器的地线连在一起。当探头与变换器单元间的连线较长时，在气体传感器的模拟信号线上容易受到干扰，导致数据采集单元输出端的信号噪声较大，对于低浓度的气体测量而言，信号会基本淹没在噪声中，信噪比很低，不利于低浓度气体的精确测量和分辨。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于差分式采集的气体浓度测量装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

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，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。

具体地，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。

具体地，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。

作为优选，差分式A/D转换器型号是ADS1118。

作为优选，USB通信芯片型号是FT245。

具体地，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。

作为优选，运算放大器U1A和运算放大器U1B的型号均为ADA4077-2。