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紅外CO2傳感器原理

二氧化碳傳感器主要是為了測(cè)量空氣中的二氧化碳濃度而存在的，在眾多的二氧化碳傳感器中，紅外二氧化碳傳感器是比較常見的一種傳感器，他是一種新型的電調(diào)制紅外光源的傳感器。

先進(jìn)的點(diǎn)調(diào)制光源替代了以前的加熱調(diào)制部件，而且紅外二氧化碳傳感器還采用了高精度干涉濾光片一體化紅外傳感熱調(diào)制部件，高精度干涉濾光片一體化紅外傳感器以及單光束波長抑制技術(shù)。配合易拆卸的鍍金氣室及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成，即電調(diào)制非分光紅外氣體傳感器;紅外光源發(fā)射出 1-20um 的紅外光，通過一定長度的氣室吸收，再經(jīng)過一個(gè)4.26μm 波長的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監(jiān)測(cè)透過4.26um波長紅外光強(qiáng)度，以此來探測(cè)二氧化碳?xì)怏w的濃度。

在設(shè)計(jì)傳感器的光學(xué)系統(tǒng)部分的時(shí)候，避免減少紅外傳感器微弱信號(hào)的衰減以及外界信號(hào)干擾的情況，紅外CO2傳感器采取了電磁屏蔽措施。為了使氣體紅外吸收信號(hào)具有較好的分辨率，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),紅外光源、氣室、紅外探測(cè)器在同一光軸上;此外為了使得信號(hào)足夠大，使用了拋物線型反射鏡;紅外光源穩(wěn)壓供電,保證測(cè)量氣體的準(zhǔn)確度;紅外光源發(fā)出的紅外光入射到氣室，二氧化碳?xì)怏w吸收特定波長的紅外光，紅外傳感器根據(jù)表面得到穿透氣室的紅外光強(qiáng)度產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。

由于調(diào)制紅外光的作用紅外傳感器輸出交流的電信號(hào)二氧化碳傳感器，通過精度高和飄移低的窄帶濾波前置放大電路放大以后，得到了一個(gè)和被測(cè)氣體濃度對(duì)應(yīng)的直流信號(hào)送入MCU。紅外傳感器信號(hào)進(jìn)行智能運(yùn)算分析,然后經(jīng)過數(shù)字濾波、線性插值以及溫度補(bǔ)償?shù)溶浖幚砗?給出氣體濃度測(cè)量值，并在二氧化碳?xì)怏w濃度達(dá)到設(shè)定的數(shù)值時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。

解析紅外二氧化碳傳感器

二氧化碳傳感器在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防，醫(yī)療衛(wèi)生，環(huán)境保護(hù)，航空航天等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。目前二氧化碳傳感器的種類很多，就其原理分有熱導(dǎo)式，密度計(jì)式、輻射吸收式、電導(dǎo)式二氧化碳傳感器硫化氫報(bào)警器，化學(xué)吸收式，電化學(xué)式，色譜式，質(zhì)譜式，紅外光學(xué)式等。其中紅外光學(xué)式二氧化碳傳感器以其測(cè)量范圍寬、靈敏度高、精度高、反應(yīng)快、有良好的選擇性及能進(jìn)行連續(xù)分析和自動(dòng)控制等特點(diǎn)已經(jīng)成為二氧化碳?xì)怏w分析最常用的方法 。

按照測(cè)量光束的數(shù)目，紅外二氧化碳傳感器可分為時(shí)問雙光束結(jié)構(gòu)和空間雙光束結(jié)構(gòu) n~l'uq 雙光束結(jié)構(gòu)具有單光源、單氣室、單探測(cè)器件的優(yōu)點(diǎn)．但萁最大弱點(diǎn)是存在活動(dòng)部件，抗振性能差?？臻g雙光束結(jié)構(gòu)無活動(dòng)部件，克服了時(shí)間雙光束結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)二氧化硫檢測(cè)儀，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元器件多，且對(duì)加工、裝配工藝要求高 +造價(jià) 昂貴 。

隨著電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及光電探測(cè)器件性能的提高+不切光單光束結(jié)構(gòu)在紅外二氧化碳分析中已經(jīng)展現(xiàn)了較好的應(yīng)用前景。從光學(xué)結(jié)構(gòu)上看，不切光單光束結(jié)翻是單光 源、單氣室、單探測(cè)器件，且無光束調(diào)制元件。因此．它的主要特點(diǎn)足無活動(dòng)部件，抗振性能好，且結(jié)構(gòu)簡單 。該紅外二氧化碳傳感器由紅外光源 、測(cè)量氣室、紅外探fj9『器、溫度和氣壓敏感元件，穩(wěn)流電路、放大電路、單片機(jī)系統(tǒng)及采樣氣泵等組成，對(duì)于紅外二氧化碳傳感器，不論是采用時(shí)間雙光柬結(jié)構(gòu)還是采用空問雙光束結(jié)構(gòu)，其目的都是為了實(shí)現(xiàn)渤I量光柬與參考光束的參比處理，以消除紅外光源輻射功率及紅外探測(cè)器響應(yīng)度溫度漂移等因素的影響，提高測(cè)量精度。對(duì)于不切光單光束結(jié)構(gòu)．它只有測(cè)量光束，不能實(shí)現(xiàn)參比處理 。 為此該紅外二氧化碳傳感器采用了如下關(guān)鍵技術(shù) ：

①設(shè)計(jì)并采用了高性紅外光源反饋穩(wěn)流電路。該電路提供一恒定的光源電流，穩(wěn)定紅外光源的輸出功率。紅外光源反饋穩(wěn)流電路方框圖如圖 4所示，精密基準(zhǔn)電壓 由MC1403輸出恒定的2V電壓作為比較器的比較基準(zhǔn)。

②二氧化碳傳感器選用了高性能薄膜溫差電堆紅外探涮器件。

③采用附加誤差補(bǔ)償與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。環(huán)境參數(shù)變化(環(huán)境溫度和大氣壓的變化) 所產(chǎn)生的附加誤差是紅外氣體分析 中難 以有效解決的主要問題之一．在該傳感器中設(shè)置了溫度和氣壓敏感元件二氧化碳傳感器，并由單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)探測(cè)到的環(huán)境參數(shù)(溫度和氣壓)對(duì)附加誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合補(bǔ)償和修正。

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