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气体传感器的模拟前端

2022-05-27 15:19分类:传感器 阅读:

 

  压缩天然气(LPG)是我们在家里最常见的汽体。压缩天然气的泄露有可能给生活产生威协。即便浓度值较低,它也可以令人室息;而浓度值非常高时,它还会继续引发火灾事故或发生爆炸。因而,检测自然环境中压缩天然气的含量十分关键。

  另一种应当不断检测并将其浓度值维持在一定区域内的废气是二氧化碳(CO2)。浓度值较高的二氧化碳会引起吸气难题,而长期性曝露在这其中会致使身亡。

  我们可以根据纪录和保持自然环境中的混合气体浓度值避免汽体泄漏安全事故的产生。气体传感器在这些方面可以起到主要功效,在汽体浓度值超过事先设定的安全性限制值时立即传出报警。

  当代半导体技术的发展使我们可以制定出各种各样成本低、功耗低的感测器解决方法,根据检测自然环境中的混合气体浓度值来增强家居家具、办公室和生命安全。

  全部的传感器系统软件都包括这两个一部分:一个用以精确测量电阻器、电容器等一个或好几个电气设备主要参数的传感器元器件,及其一个用以精确测量那些基本参数的变动的电源电路。大部分该类感应器能够应用充电电池工作中,因而,能够持续无间断工作中多年。因而,减少他们的运作功能损耗是必然趋势。

  为了更好地将感应器传感到的传递信息给控制板,大家必须应用仿真模拟前面(AFE)。AFE将脉冲信号转换为模拟信号,随后对所得到的信息开展后期制作,进而使微处理器了解感应器发过来的脉冲信号。

  感应器检测的主要参数

  1. 电阻器

  精确测量电阻器转变 有俩种常见方式。

  A. 分压电路

  在一个分压电路中,大家应用一个电阻器随溫度、工作压力等技术参数的变动而变动的感应器,将控制器的改变值与一个定值电阻开展比照。在该线路中,定值电阻与控制器的接入连接点(ADC)处的工作电压在于感应器的电阻器,因而也在于所测定的物理化学主要参数。

  图1

  这一工作电压由ADC精确测量,而ADC的数据輸出可能被微处理器开展解决。微处理器内嵌一种优化算法,它运用感应器电阻器的变动与所测定的物理化学主要参数中间的已经知道关联测算出物理学主要参数。

  B. 运用一个已经知道电流量

  在这个办法中,一个已经知道电流量根据一个超声波换能器,后面一种的电阻值随所测定的物理化学基本参数的变动而转变 。依据欧姆定律:

  V=IR

  图2

  超声波换能器两边的工作电压随所测定的基本参数的变动而转变 。工作电压能够由ADC测到,随后应用ADC的测定結果测算出该主要参数。

  2. 电容器

  一些感应器实质上便是电容器,我们可以根据精确测量这种感应器的合理电容器测算出有关技术参数的值。精确测量电力电容器有很多种方式。

  A. 应用一个已经知道电流量给电力电容器电池充电:

  一个电流量模数转换器(IDAC)给可变电容器电池充电,当电力电容器处的电流超出键入端处的电流时,电源开关被开启,让电力电容器充放电,随后反复这一全过程。在每一个电池充电和充放电周期时间内,记数存储器的值会被记下来,并在固定件中获得解决,应用有关数学课方程式计算出电容器值。

  图3

  B. 运用一个已经知道AC数据信号:

  在这个办法中,一个已经知道AC波型根据一个可变电容器,随后精确测量电力电容器引进的相位角。电源电路中的相位角能够由下列式子测算出:

  图4

  在其中,Xc = 给出頻率下电力电容器的容抗。

  图5

  C. 电力电容器中间的正电荷共享资源:

  在这个办法中,应用一个已经知道工作电压对一个已经知道参照电力电容器电池充电,将不明电力电容器联接至这一已经知道电力电容器。这时可能产生正电荷共享资源效用,电力电容器两边的工作电压降低。根据精确测量这一损耗,大家就能应用下列式子测算出不明电力电容器的电容器值:

  图6

  在其中,V’是将不明电力电容器联接至已经知道电力电容器以后的工作电压;

  VKnown Cap是联接不明电力电容器以前的已经知道电力电容器两边的工作电压;

  VUnknown Cap是联接至已经知道电力电容器以前的不明电力电容器两边的工作电压。

  图7

  气体传感器基本

  图8

  一个主要的气体传感器(MQ系列产品)包括一个由5V上下的AC或DC电源加温的电加热器。被加温后,它就能给予感应器自带的有机化学感应器需要的自然环境标准。感应器的电阻值随所测定的混合气体浓度值而转变 。应用一个附加的电阻器建立一个电阻分压器,其輸出被输送到AFE,后面一种一般 是一个ADC。

  使我们看一下怎样完成一个气体传感器AFE。在本例中,大家将应用赛普拉斯半导体材料出品的一个PSoC4。凭着较高的协调能力,PSoC适用一系列普遍的运用,在其中包含工业设备、物联网技术、消费性商品、电器产品和医疗器械。

  图9

  这一汽体感测器解决方法应用了2个不一样的感应器:一个LPG感应器和一个气体传感器。这种感应器的輸出被输送到一个ADC,后面一种的输入输出在固定件中获得解决。PSoC 4中的ADC转化成一个12 位結果,后面一种在ADC的常用硬件配置均值器的幫助下被进一步均值。ADC的这一被均值的輸出在一个配置IIR过滤器的固定件中获得解决(请阅读文章赛普拉斯的运用AN2099,进一步掌握怎么使用PSoC的IIR过滤器)。ADC的值与每一个控制器的单独幅值开展比照,当一切安全通道的ADC輸出超出这一门特惠,LED显示灯逐渐开始闪动,以警示客户。此外,无源蜂鸣器的管脚工作电压上升,将晶体三极管Q1放置工作模式。该晶体三极管随后逐渐推动无源蜂鸣器,向客户播放视频响声报警。

  压缩天然气(LPG)是我们在家里最常见的汽体。压缩天然气的泄露有可能给生活产生威协。即便浓度值较低,它也可以令人室息;而浓度值非常高时,它还会继续引发火灾事故或发生爆炸。因而,检测自然环境中压缩天然气的含量十分关键。

  另一种应当不断检测并将其浓度值维持在一定区域内的废气是二氧化碳(CO2)。浓度值较高的二氧化碳会引起吸气难题,而长期性曝露在这其中会致使身亡。

  我们可以根据纪录和保持自然环境中的混合气体浓度值避免汽体泄漏安全事故的产生。气体传感器在这些方面可以起到主要功效,在汽体浓度值超过事先设定的安全性限制值时立即传出报警。

  当代半导体技术的发展使我们可以制定出各种各样成本低、功耗低的感测器解决方法,根据检测自然环境中的混合气体浓度值来增强家居家具、办公室和生命安全。

  全部的传感器系统软件都包括这两个一部分:一个用以精确测量电阻器、电容器等一个或好几个电气设备主要参数的传感器元器件,及其一个用以精确测量那些基本参数的变动的电源电路。大部分该类感应器能够应用充电电池工作中,因而,能够持续无间断工作中多年。因而,减少他们的运作功能损耗是必然趋势。

  为了更好地将感应器传感到的传递信息给控制板,大家必须应用仿真模拟前面(AFE)。AFE将脉冲信号转换为模拟信号,随后对所得到的信息开展后期制作,进而使微处理器了解感应器发过来的脉冲信号。

  感应器检测的主要参数

  1. 电阻器

  精确测量电阻器转变 有俩种常见方式。

  A. 分压电路

  在一个分压电路中,大家应用一个电阻器随溫度、工作压力等技术参数的变动而变动的感应器,将控制器的改变值与一个定值电阻开展比照。在该线路中,定值电阻与控制器的接入连接点(ADC)处的工作电压在于感应器的电阻器,因而也在于所测定的物理化学主要参数。

  图1

  这一工作电压由ADC精确测量,而ADC的数据輸出可能被微处理器开展解决。微处理器内嵌一种优化算法,它运用感应器电阻器的变动与所测定的物理化学主要参数中间的已经知道关联测算出物理学主要参数。

  B. 运用一个已经知道电流量

  在这个办法中,一个已经知道电流量根据一个超声波换能器,后面一种的电阻值随所测定的物理化学基本参数的变动而转变 。依据欧姆定律:

  V=IR

  图2

  超声波换能器两边的工作电压随所测定的基本参数的变动而转变 。工作电压能够由ADC测到,随后应用ADC的测定結果测算出该主要参数。

  2. 电容器

  一些感应器实质上便是电容器,我们可以根据精确测量这种感应器的合理电容器测算出有关技术参数的值。精确测量电力电容器有很多种方式。

  A. 应用一个已经知道电流量给电力电容器电池充电:

  一个电流量模数转换器(IDAC)给可变电容器电池充电,当电力电容器处的电流超出键入端处的电流时,电源开关被开启,让电力电容器充放电,随后反复这一全过程。在每一个电池充电和充放电周期时间内,记数存储器的值会被纪录出来,并在固定件中获得解决,应用有关数学课方程式计算出电容器值。

  图3

  B. 运用一个已经知道AC数据信号:

  在这个办法中,一个已经知道AC波型根据一个可变电容器,随后精确测量电力电容器引进的相位角。电源电路中的相位角能够由下列式子测算出:

  图4

  在其中,Xc = 给出頻率下电力电容器的容抗。

  图5

  C. 电力电容器中间的正电荷共享资源:

  在这个办法中,应用一个已经知道工作电压对一个已经知道参照电力电容器电池充电,将不明电力电容器联接至这一已经知道电力电容器。这时可能产生正电荷共享资源效用,电力电容器两边的工作电压降低。根据精确测量这一损耗,大家就能应用下列式子测算出不明电力电容器的电容器值:

  图6

  在其中,V’是将不明电力电容器联接至已经知道电力电容器以后的工作电压;

  VKnown Cap是联接不明电力电容器以前的已经知道电力电容器两边的工作电压;

  VUnknown Cap是联接至已经知道电力电容器以前的不明电力电容器两边的工作电压。

  图7

  气体传感器基本

  图8

  一个主要的气体传感器(MQ系列产品)包括一个由5V上下的AC或DC电源加温的电加热器。被加温后,它就能给予感应器自带的有机化学感应器需要的自然环境标准。感应器的电阻值随所测定的混合气体浓度值而转变 。应用一个附加的电阻器建立一个电阻分压器,其輸出被输送到AFE,后面一种一般 是一个ADC。

  使我们看一下怎样完成一个气体传感器AFE。在本例中,大家将应用赛普拉斯半导体材料出品的一个PSoC4。凭着较高的协调能力,PSoC适用一系列普遍的运用,在其中包含工业设备、物联网技术、消费性商品、电器产品和医疗器械。

  图9

  这一汽体感测器解决方法应用了2个不一样的感应器:一个LPG感应器和一个气体传感器。这种感应器的輸出被输送到一个ADC,后面一种的输入输出在固定件中获得解决。PSoC 4中的ADC转化成一个12 位結果,后面一种在ADC的常用硬件配置均值器的幫助下被进一步均值。ADC的这一被均值的輸出在一个配置IIR过滤器的固定件中获得解决(请阅读文章赛普拉斯的运用AN2099,进一步掌握怎么使用PSoC的IIR过滤器)。ADC的值与每一个控制器的单独幅值开展比照,当一切安全通道的ADC輸出超出这一门特惠,LED显示灯逐渐开始闪动,以警示客户。此外,无源蜂鸣器的管脚工作电压上升,将晶体三极管Q1放置工作模式。该晶体三极管随后逐渐推动无源蜂鸣器,向客户播放视频响声报警。

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