[发明专利]一种电阻型气体传感器柔性电路及气体浓度计算方法

说明书

本发明公开了一种电阻型气体传感器柔性电路及气体浓度计算方法，属于气体传感器应用技术领域。本发明所述电路包括温湿度信息采集模块、DSP信号处理电路和传感器信号调理电路。本发明所述电路通过引入参考电阻切换电路和同相比例放大电路，扩大电路的电阻测量范围；通过将响应电阻对应的电压作为模数转换芯片的参考电压，解决了传感器响应电阻在百兆欧姆时测量不准确的技术问题；通过引入温湿度信息采集模块结合DSP信号处理电路，结合本发明所述气体浓度计算方法，补偿环境温湿度对气体传感器的影响，以快速、稳定得到准确的气体浓度值；应用于气体传感器阵列，通过对气体传感器的响应信号进行预处理，可及时完成对响应信号的提取和分析。

技术领域

本发明属于气体传感器应用技术领域，具体涉及一种电阻型气体传感器柔性电路及气体浓度计算方法。

背景技术

随着环境问题的日益突出，环境气体的成份及其浓度监测是环境评价中不可或缺的一项指标，因而各式各样的气体传感器层出不穷。部分气体传感器使用的敏感材料的特性，导致传感器响应电阻往往在兆欧级别，甚至可达百兆欧。现有的电阻测量方法如分压法及普通万用表已无法准确测量出其响应值，更无法在传感器受温度和湿度影响的条件下测得准确的气体浓度。

现有的电阻测量方法多为逐点测量法，伏安法，分压比例法，均有其局限性。其中，逐点测量法需控制单一变量（如温度、湿度等）对气体传感器的响应电阻值进行逐一测量，该方法只适用于测量传感器的性能；直接的伏安法、分压法在测量几十兆欧级别的大电阻时，因模数转换芯片的输入阻抗的数量级与之相当，从而导致测量结果不可信；且通过分压法测量电阻，所得电压与电阻为非线性关系，不利于后期的校正处理；电桥电路测量电阻，精度高，但测量范围有限。

现有的电阻型气体传感器阵列读出电路，通常是依次逐个选通传感器，通过电阻串联的分压电路将传感器的响应电阻值转换为电压信号，经模数转换芯片采集转换，最后利用单片机经公式换算求出待测气体浓度。在气体传感器的响应电阻值达到兆欧级别及以上和气体传感器所处环境为高温高湿或低温低湿等非常温常湿条件下，该方法测量准确度会急剧下降；在应用于大型气体传感器阵列监测环境气体成分复杂的条件下，遍历式的读取更是无法实现对传感器响应信号的及时提取。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种电阻型气体传感器柔性电路及气体浓度计算方法。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种电阻型气体传感器柔性电路，包括温湿度信息采集模块11、DSP信号处理电路12和传感器信号调理电路13；

温湿度信息采集模块11为数字式温湿度传感器，用于采集所处环境的温度和湿度信息；

DSP信号处理电路12为DSP芯片U5，温湿度信息采集模块11通过串行外设接口将采集信息传输至DSP芯片U5；

传感器信号调理电路13包括传感器信号变换电路131、一级RC低通滤波电路132、同相比例放大电路133和模数采集转换电路134；

传感器信号变换电路131包括电阻R2、电阻R3、气体传感器模块U2和参考电阻切换电路；电阻R2的一端和电阻R3的一端相连，电阻R2的另一端与电压V1相连，电阻R3的另一端与电源地GND相连；参考电阻切换电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和模拟开关芯片U4；电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8的一端分别与模拟开关芯片U4的引脚S1、引脚S2、引脚S3和引脚S4相连，另一端均与电压V1相连；模拟开关芯片U4的通道控制引脚A0和通道控制引脚A1分别与DSP芯片U5的引脚IO2和引脚IO3相连；气体传感器模块U2的接口INA连接模拟开关芯片U4的引脚D，接口INB连接电源地GND；

一级RC低通滤波电路132由电阻R1和电容C1组成；电阻R1的一端连接电阻R2和电阻R3的中间，另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端与电源地GND相连；