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红外传感器CO2气体检测论文电路设计论文

[摘要]调零、调增益电路用来对放大电路进行调整，运放调零

是因为其输入失调电压和输入偏置电流引起的，在输入端没有电压输

入时，输出端有个比较小的电压输出，这个电压就称为输出失调电压。

一、检测电路的工作原理

1、红外吸收型CO2气体传感器的工作原理

由于各种气体对不同波长红外辐射的吸收程度各不相同，因此不

同波长的红外辐射依次照射到样品气体时，某些波长的辐射能被气体

选择吸收而变弱，产生红外吸收光谱。当知道待测气体的红外吸收光

谱时，从中获得该气体在红外区的吸收峰。同一种气体不同浓度时，

在同一吸收峰位置有不同的吸收强度，吸收强度与浓度成正比关系。

不同气体分子化学结构不同，对应于不同的吸收光谱，而每种气体在

光谱中，对特定波长的光有较强的吸收。那么通过检测气体对该波长

的光的强度的影响，便可以确定气体的成分及浓度。

红外CO2气体传感器是利用CO2气体的红外吸收光谱作为检测机

制。所以必须明确CO2气体的吸收谱线，找出适合设计要求的红外区

的吸收峰，依此决定光源和其它器件的选择。

2、检测电路的设计原理

红外传感器二氧化碳气体检测是通过电路导通来实现的，在对功

能进行优化时首先要考虑的是电路问题。检测电路的功能有单片机模

块来实现，在制作前需要在计算机设备中绘制出数字电路与模拟电

路，通过试验检验功能是否可以实现，确保已经达到使用标准后使用

嵌入式技术将其倒入到单片机中。下面会以功能框图的形式对电路工

作原理进行阐述。

图1检测电路原理框图

图1为检测电路原理框图，由六大功能模块组成，在使用阶段气

体首先会进入到气室中，因此电路设计中首先导通的是红外光线二氧

化碳传感器。光波经过其他吸收折射后波的长短会发生变化，只有捕

捉这一变化后才可发出后续指令，电流会向干扰滤波镜导通。此阶段

气体浓度是未知的，供电系统稳定性很难保障，一旦电压不稳便会影

响到发光情况，因此会出现一个稳压电路，虽然不会参与到检测环节

中，但可以为供电系统提供稳压保障。感受到光线变化后电路系统中

会产生波形震荡，频率较小不容易被捕捉到，放大电路便在此环节中

发挥作用，经过处理后以电磁信号的形式进入到单片机模块中。元件

温度升高会增大电路系统的损耗，这一环节中可开展温度补偿，用来

控制测量数据稳定性。最后将测量结果输出，由指定的液晶显示屏将

示数展现出来，计算环节在单片机模块中完成。

3、检测电路的设计

检测电路的设计，可以明确电容在其中起到调节作用，用来控制

光亮强度，但同时也会受到反馈结果的影响，快速调节供电量，保障

系统可以发出满足使用需求的光线。在数字滤波与单片机模块之间出

现了两次电路放大装置，有用波形被放大的同时干扰波形也随之被放

大，红外传感器中的干扰滤波镜可以过滤掉无用光波。由电路图可知，

单片机模块直接与液晶显示屏相连接，可做到实时观测，检测过程中

气体浓度一旦发生变化也会以同种形式显示出来，方便工作人员记

录。检验初期气体流动性大，显示结果或有所变动，但持续时间非常

短，因此在检测气体浓度时应结合温度时间差异进行分析，记录多项

数值对比得出平均数，可避免测量结果与真实情况存在误差。

二、红外传感器CO2气体检测电路设计与实现

这里主要介绍红外气体传感器检测电路及软件设计。硬件方面主

要包括电源模块电路、红外光源驱动电路、信号调理电路、外围接口

电路、单片机控制电路和计算机通讯接口电路设计。软件方面主要包

括单片机主控程序设计、数据采样、光源控制和数码显示程序设计，

系统工作原理如图2所示。

图2系统工作原理图

1、光源调制电路

由于二氧化碳红外吸收信号微弱，背景噪声干扰较大，而且所采

用的光源特性表明，其在脉冲条件下有较高的发光效率，所以应当对

光源进行频率调制。

对光源输出强度的调制一般采用两种方法：一是机械调制法，而

是电学调制法。传统的红外气体分析仪由旋转的折光盘调制宽频带的

红外光源，该折光盘可以支承一个或多个限制光源波长的光学带通虑

光器，输出为接近单色光的脉冲，这种方法需要笨重的机械装置，所

以会给使用中带来麻烦。随之高性能的中红外发光的二极管

（MIR-LED）的出现，电学调制设计更加趋向于便捷化，而且电学调

制能够提高IRL715瞬间的发光功率，从而提高检查的灵敏度。

2、滤波电路

这