顆粒物濃度檢測(cè)傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了顆粒物濃度檢測(cè)傳感器，包括半導(dǎo)體激光器、雪崩光電二極管和光電信號(hào)調(diào)理電路，雪崩光電二極管與光電信號(hào)調(diào)理電路連接，使半導(dǎo)體激光器與雪崩光電二極管之間形成檢測(cè)通道。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，具有測(cè)量準(zhǔn)確、反應(yīng)快、誤差小、靈敏度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)M2.5濃度進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，有效地提高了檢測(cè)精度。
【專利說明】顆粒物濃度檢測(cè)傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大氣中顆粒物濃度檢測(cè)的傳感器，特別涉及一種檢測(cè)PM2.5的光電傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，光電傳感器已經(jīng)應(yīng)用于PM2.5的檢測(cè)，普通的光電傳感器所選取的光源亮度比較低、光電元件靈敏度也比較低，由于PM2.5的微細(xì)特性，使得調(diào)理電路檢測(cè)到的光強(qiáng)變化微小，影響了光電轉(zhuǎn)換過程，因此PM2.5檢測(cè)精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是要提供一種顆粒物濃度檢測(cè)傳感器，以提高PM2.5的檢測(cè)精度。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了顆粒物濃度檢測(cè)傳感器，包括半導(dǎo)體激光器、雪崩光電二極管和光電信號(hào)調(diào)理電路，雪崩光電二極管與光電信號(hào)調(diào)理電路連接，使半導(dǎo)體激光器與雪崩光電二極管之間形成檢測(cè)通道。
[0005]其有益效果是:由于半導(dǎo)體激光器與雪崩光電二極管之間形成檢測(cè)通道，從而半導(dǎo)體激光器、雪崩光電二極管和光電信號(hào)調(diào)理電路組成了對(duì)射型光電傳感器，使用高亮度、靈敏度高、穩(wěn)定性好的半導(dǎo)體激光器作為發(fā)送器，使用具有內(nèi)增益、靈敏度好的雪崩光電二極管作為接收器，使用穩(wěn)定性好、誤差小的的光電信號(hào)調(diào)理電路作為檢測(cè)電路，因此可以實(shí)現(xiàn)PM2.5的準(zhǔn)確檢測(cè)，也提高了 PM2.5的檢測(cè)精度。
[0006]在一些實(shí)施方式中，光電信號(hào)調(diào)理電路，包括:
[0007]I/V轉(zhuǎn)換電路，用于將雪崩光電二極管光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出；
[0008]電壓放大電路，用于將所述電壓信號(hào)進(jìn)行放大輸出；
[0009]電壓跟隨電路，用于將放大的所述電壓信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓輸出；
[0010]負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器，與電源連接，實(shí)現(xiàn)+5V到-5V電源轉(zhuǎn)換。
[0011]其有益效果是:由于I/V轉(zhuǎn)換電路將雪崩光電二極管光電轉(zhuǎn)換所輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓輸出，再通過電壓放大電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行放大處理，經(jīng)放大處理后的輸出電壓通過電壓跟隨電路實(shí)現(xiàn)緩沖、隔離、阻抗轉(zhuǎn)換以及提高帶載能力，獲得穩(wěn)定的輸出電壓，因此可以實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)調(diào)理電路的可靠性和穩(wěn)定性。
[0012]在一些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體激光器與雪崩光電二極管之間依次設(shè)有第一凸透鏡、第二凸透鏡和第三凸透鏡，第一凸透鏡靠近半導(dǎo)體激光器，第二凸透鏡、第三凸透鏡分別位于檢測(cè)通道的兩側(cè)。
[0013]其有益效果是:由于第一凸透鏡、第二凸透鏡將半導(dǎo)體激光器光源發(fā)出的光照射到光敏感區(qū)，在第一凸透鏡、第二凸透鏡的二次匯聚作用下，穿過檢測(cè)通道，由第三凸透鏡把光收集起來發(fā)送到雪崩光電二極管，因此可以實(shí)現(xiàn)光的收集作用，有效地避免了光的浪費(fèi)。[0014]在一些實(shí)施方式中，傳感器通過黑色鋁管密封。
[0015]其有益效果是:由于整個(gè)傳感器用黑色鋁管密封，避免了光敏感區(qū)以外的雜光進(jìn)入光敏感區(qū)，因此可以實(shí)現(xiàn)收集到的光脈沖信號(hào)穩(wěn)定可靠，傳感器的性能得到提高，增大了輸出信噪比，提高了傳感器靈敏度。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，具有測(cè)量準(zhǔn)確、反應(yīng)快、誤差小、靈敏度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)M2.5濃度進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，有效地提高了檢測(cè)精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的一實(shí)施方式的顆粒物濃度檢測(cè)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1所示顆粒物濃度檢測(cè)傳感器中光電信號(hào)調(diào)理電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0020]圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的顆粒物濃度檢測(cè)傳感器。
[0021]如圖1所示，該顆粒物濃度檢測(cè)傳感器包括半導(dǎo)體激光器1、雪崩光電二極管2和光電信號(hào)調(diào)理電路3，雪崩光電二極管2與光電信號(hào)調(diào)理電路3連接，使半導(dǎo)體激光器I與雪崩光電二極管2之間形成檢測(cè)通道4。
[0022]半導(dǎo)體激光器I與雪崩光電二極管2之間自左向右設(shè)有第一凸透鏡5、第二凸透鏡6和第三凸透鏡7，第一凸透鏡5和第二凸透鏡6位于檢測(cè)通道4的一側(cè)，第三凸透鏡7位于檢測(cè)通道4的另一側(cè)。
[0023]如圖1所示，圖中箭頭方向指示了光線照射的路徑。光源采用工作電壓4.5V?5V,波長(zhǎng)650nm，功率IOmW的半導(dǎo)體激光器，其亮度高、穩(wěn)定性好。光電檢測(cè)元件采用AD500-8-T052-S1的Si雪崩光電二極管，其結(jié)電容小、靈敏度高、響應(yīng)快，能快速反應(yīng)顆粒物濃度的變化，在650nm波長(zhǎng)上有較高的響應(yīng)度，且最佳增益是60，不用高增益的放大電路就可以得到理想結(jié)果，減少了噪聲干擾和降低了電路不穩(wěn)定性。
[0024]半導(dǎo)體激光器I向第一凸透鏡5照射出平行光，從第一凸透鏡5照射出的光線匯聚點(diǎn)為第二凸透鏡6的焦點(diǎn)，經(jīng)第二凸透鏡6穿過檢測(cè)通道4向第三凸透鏡7照射出平行光。該平行光的照射區(qū)域與檢測(cè)通道4相交形成光敏感區(qū)8。該平行光從第三凸透鏡7照射出的光線匯聚于其焦點(diǎn)。在該焦點(diǎn)位置安裝雪崩光電二極管2，使得半導(dǎo)體激光器I照射出的光線最大限度地收集并照射于雪崩光電二極管2，增大了光強(qiáng)。整個(gè)傳感器用黑色鋁管密封，有效地避免了光敏感區(qū)以外的雜光進(jìn)入光敏感區(qū)8。
[0025]如圖2所示，光電信號(hào)調(diào)理電路3包括I/V轉(zhuǎn)換電路9、電壓放大電路10、電壓跟隨電路11和負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器12。
[0026]半導(dǎo)體激光器I發(fā)射的光束被雪崩光電二極管2接收，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電流i，并輸入Ι/v轉(zhuǎn)換電路9，I/V轉(zhuǎn)換電路9采用電阻Rl和電解電容Cl分別與雪崩光電二極管2并聯(lián)所構(gòu)成的弱信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，從而使得電流i通過電阻Rl轉(zhuǎn)換為電壓VIN，即Vin = i*Rl。
[0027]電壓Vin輸入電壓放大電路10進(jìn)行放大，電壓放大電路10采用運(yùn)算放大器Ul，Ul可以選用AD8610,由于Vin的檢測(cè)信號(hào)比較小，通過AD8610同相放大電路進(jìn)行放大以便于后級(jí)的數(shù)據(jù)采集，并且調(diào)節(jié)電阻R3來改變?cè)鲆妫覞M足公式:
[0028]Voutl ^ {I+ -Wts
[0029]電壓放大電路10中C2、C3起到輸入電源的濾波作用。
[0030]電壓Vin經(jīng)放大后輸出電，并輸入電壓跟隨電路11，電壓跟隨電路11采用運(yùn)算放大器U2，U2可以選用TL072，TL072包含兩個(gè)運(yùn)放，該兩個(gè)運(yùn)放的參數(shù)一致、輸入電壓偏差和偏置電流都相等，當(dāng)R4=R5時(shí)，
[0031]V0UTi — Vout
[0032]從而通過阻抗轉(zhuǎn)換，獲得穩(wěn)定的輸出電壓VOTT，為后級(jí)的信號(hào)處理提供可靠保證。電壓跟隨電路11中電容C4可以避免高頻自激振蕩，C5、C6起到輸入電源的濾波作用。
[0033]負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器12米用極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器U3,U3可以選用ICL7660,電源的穩(wěn)定性和正負(fù)電源的電壓平衡性對(duì)運(yùn)放性能直接影響，利用ICL7660芯片實(shí)現(xiàn)+5V到-5V電源轉(zhuǎn)換，從而減小對(duì)光電信號(hào)調(diào)理電路3的影響。
[0034]以上所述的僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范
圍。`
【權(quán)利要求】
1.顆粒物濃度檢測(cè)傳感器，其特征在于，包括半導(dǎo)體激光器、雪崩光電二極管和光電信號(hào)調(diào)理電路，所述雪崩光電二極管與所述光電信號(hào)調(diào)理電路連接，使所述半導(dǎo)體激光器與所述雪崩光電二極管之間形成檢測(cè)通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述光電信號(hào)調(diào)理電路，包括: I/V轉(zhuǎn)換電路，用于將雪崩光電二極管光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出； 電壓放大電路，用于將所述電壓信號(hào)進(jìn)行放大輸出； 電壓跟隨電路，用于將放大的所述電壓信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓輸出； 負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器，與電源連接，實(shí)現(xiàn)+5V到-5V電源轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器與雪崩光電二極管之間依次設(shè)有第一凸透鏡、第二凸透鏡和第三凸透鏡，所述第一凸透鏡靠近半導(dǎo)體激光器，所述第二凸透鏡、第三凸透鏡分別位于檢測(cè)通道的兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器通過黑色鋁管密封。
【文檔編號(hào)】G01N15/06GK103674797SQ201310727374
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】楊永杰, 申紅民, 許 鵬, 楊賽程, 張?jiān)? 楊北平, 陳培 申請(qǐng)人:南通大學(xué)