適用于多種氣體傳感器的信號處理模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體傳感器輸出信號處理電路模塊，尤其是涉及適用于多種氣體傳感器的信號處理模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有市售的氣體探測器有多種，如檢測氧氣的探測器、檢測一氧化碳的探測器、檢測乙醇氣體的探測器等等。根據(jù)檢測氣體的不同，所使用的氣體傳感器也不同。而檢測各種不同氣體的傳感器，對其輸出信號的處理模塊也不同，即不具有通用性，因此對不同的氣體傳感器需要制作不同的PCB(印刷電路板)，這不僅增加了氣體探測器的制造成本，而且也增加了使用者的購買成本。同時，各種不同氣體檢測傳感器的輸出信號處理模塊的制造、儲存都要區(qū)分開來進行，增加了材料的消耗量和倉儲量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種適用于多種氣體傳感器的信號處理模塊。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案:
本發(fā)明所述適用于多種氣體傳感器的信號處理模塊，包括第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1、第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2、第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3、運算放大器U1、跨阻放大器U2、場效應管Q1和氣體傳感器;所述氣體傳感器的計數(shù)電極分為兩路，一路通過電阻R2與所述第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl2和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j22連接，另一路通過電阻R1與所述第一運算放大器U1的輸出端連接;第一運算放大器U1的反向輸出端通過由電阻R9和電阻R4構(gòu)成的串聯(lián)支路與氣體傳感器的參考電極連接，第一運算放大器U1的正向輸出端通過電阻R10與所述第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的動觸點j31連接;所述場效應管Q1的柵極G通過電阻R5與電源Vcc連接，場效應管Q1的源極S與氣體傳感器的參考電極連接，場效應管Q1的漏極D與氣體傳感器的感應電極連接;所述跨阻放大器U2的反向輸入端通過R6分別與氣體傳感器的感應電極、第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl3和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j23連接，并通過電阻R8與第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl2連接;跨阻放大器U2的正向輸入端通過R7分別與第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的動觸點j21和第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的靜觸點j32連接，跨阻放大器U2的輸出端Vout為氣體傳感器的檢測信號輸出端;第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl2與第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j22連接，第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的動觸點與第一參考電壓Vref連接;第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j23通過電阻R3與第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl2連接;第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的靜觸點j33與第二參考電壓Vbias連接;場效應管Q1、電阻R2、電阻R3、電阻R6、電阻R8均為活動插接在印刷電路板的電路中。
[0005]所述氣體傳感器包括無偏壓的三電極電化學傳感器、兩電極電化學傳感器和帶偏壓的三電極電化學傳感器。
[0006]本發(fā)明通過對現(xiàn)有應用于不同氣體的傳感器的信號處理電路進行分析，科學地找出它們的共同點和不同點，通過電路設計巧妙地將場效應管Q1、電阻R2、電阻R3、電阻R6、電阻R8等五個電器元器件設置成活動插接方式，解決了現(xiàn)有不同氣體傳感器對其輸出信號處理需要不同的電路模塊的不足，即本使用新型的信號處理模塊實現(xiàn)了具有通用性的效果。從而達到減少PCB(印刷電路板)使用量、減少PCB外協(xié)焊接時物料的準備及焊接時的工作量目的。同時便于在生產(chǎn)過程中對出現(xiàn)問題的處理和售后產(chǎn)品的檢修，便于產(chǎn)品在檢測應用過程中檢測不同氣體之間的切換。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的電路原理圖。
[0008]圖2是本發(fā)明用于檢測C0氣體時的電路原理圖。
[0009]圖3是本發(fā)明用于檢測02氣體時的電路原理圖。
[0010]圖4是本發(fā)明用于檢測ΕΤ0氣體時的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0011]如圖1所示，本發(fā)明所述適用于多種氣體傳感器的信號處理模塊，包括第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1、第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2、第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3、運算放大器U1、跨阻放大器U2、場效應管Q1和氣體傳感器1;氣體傳感器1的計數(shù)電極2分為兩路，一路通過電阻R2與第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點j 12和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j22連接，另一路通過電阻R1與第一運算放大器U1的輸出端連接;第一運算放大器U1的反向輸出端通過由電阻R9和電阻R4構(gòu)成的串聯(lián)支路與氣體傳感器1的參考電極3連接，第一運算放大器U1的正向輸出端通過電阻R10與第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的動觸點j31連接;場效應管Q1的柵極G通過電阻R5與電源Vcc連接，場效應管Q1的源極S與氣體傳感器1的參考電極3連接，場效應管Q1的漏極D與氣體傳感器1的感應電極4連接;跨阻放大器U2的反向輸入端通過R6分別與氣體傳感器1的感應電極4、第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl3和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j23連接，并通過電阻R8與第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl2連接;跨阻放大器U2的正向輸入端通過R7分別與第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的動觸點j21和第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的靜觸點j32連接，跨阻放大器U2的輸出端Vout為氣體傳感器1的檢測信號輸出端;第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl2與第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j22連接，第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的動觸點與第一參考電壓Vref連接;第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j23通過電阻R3與第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點j 12連接;第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的靜觸點j33與第二參考電壓Vbias連接;場效應管Q1、電阻R2、電阻R3、電阻R6、電阻R8均為活動插接在印刷電路板的電路中。
[0012]實施例1:
如圖2所示，現(xiàn)以檢測一氧化碳(C0)為例作進一步說明:
當檢測CO氣體時，氣體傳感器1為CO氣體傳感器1。
[0013]首先將第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的動觸點jll與靜觸點jl2閉合，將第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的動觸點j 21與靜觸點j 22閉合，將第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的動觸點j 31與靜觸點j 32閉合，然后將電阻R2、R8自印刷電路板的電路插孔中拔出即可。
[0014]工作原理為:C0氣體通過C0氣體傳感器1前面的薄膜擴散到其內(nèi)部，并與感應電極4相互作用；參考電極3提供反饋信號，以便通過改變計數(shù)電極2上的電壓保持感應電極4的恒定電位。在該電路中，運算放大器U1從計數(shù)電極2吸取足夠的電流，以便在感應電極4和參考電極3引腳間保持0 V電位。
[0015]感應電極4上的電流方向取決于發(fā)生的反應是氧化反應還是還原反應。在一氧化碳情況下發(fā)生的是氧反應，因此，電流會流入感應電極4，通過跨阻放大器U2，電阻R7將該電流轉(zhuǎn)換為與氣體濃度成正比的電壓，通過跨阻放大器U2的輸出端Vout輸出給氣體探測器的Α/D轉(zhuǎn)換模塊，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出給單片機，經(jīng)單片機內(nèi)部程序處理后輸出給顯示器進行顯示。
[0016]實施例2:
如圖3所示，現(xiàn)以檢測氧氣(02)為例作進一步說明:
當檢測02氣體時，氣體傳感器1為02氣體傳感器1。
[0017]首先將第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的動觸點jll與靜觸點jl3閉合，將第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的動觸點j 21與靜觸點j23閉合，將第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的動觸點j 31與靜觸點j 32閉合，然后將場效應管Q1、電阻R3、電阻R6自印刷電路板的電路插孔中拔出即可。
[0018]工作原理為:02氣體傳感器1是一種電流源，電流大小相應地取決于氧氣反應速度;通過電阻R2將電流轉(zhuǎn)換為電壓，由跨阻放大器U2、電阻R7、電阻R8將該電壓進行放大后，通過跨阻放大器U2的輸出端Vout輸出給氣體探測器的Α/D轉(zhuǎn)換模塊，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出給單片機，經(jīng)單片機內(nèi)部程序處理后輸出給顯示器進行顯示。
[0019]實施例3:
當檢測ΕΤ0氣體時，氣體傳感器1為ΕΤ0氣體傳感器1。
[0020]首先將第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的動觸點jll與靜觸點jl2閉合，將第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的動觸點j 21與靜觸點j22閉合，將第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的動觸點j 31與靜觸點j 33閉合，然后將場效應管Q1、電阻R2、電阻R8自印刷電路板的電路插孔中拔出即可。
[0021]工作原理為:ΕΤ0氣體通過ΕΤ0氣體傳感器1前面的薄膜擴散到其內(nèi)部，并與感應電極4相互作用，參考電極3提供反饋信號，以便通過改變計數(shù)電極2上的電壓保持感應電極4的恒定電位。在該電路中，第二參考電壓Vbias通過運算放大器U1向參考電極3提供偏置電壓，并從計數(shù)電極2吸取足夠的電流，使感應電極4和參考電極3引腳間保持恒定電位差。
[0022]ΕΤ0氣體傳感器1感應電極4上的電流方向取決于發(fā)生的反應是氧化反應還是還原反應，此電流通過跨阻放大器U2，電阻R7轉(zhuǎn)換為與氣體濃度成正比的電壓后，通過跨阻放大器U2輸出端Vout輸出給氣體探測器的Α/D轉(zhuǎn)換模塊，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出給單片機，經(jīng)單片機內(nèi)部程序處理后輸出給顯示器進行顯示。
【主權(quán)項】
1.一種適用于多種氣體傳感器的信號處理模塊，其特征在于:包括第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1、第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2、第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3、運算放大器U1、跨阻放大器U2、場效應管Q1和氣體傳感器(1);所述氣體傳感器(1)的計數(shù)電極(2)分為兩路，一路通過電阻R2與所述第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl2和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j22連接，另一路通過電阻R1與所述第一運算放大器U1的輸出端連接;第一運算放大器U1的反向輸出端通過由電阻R9和電阻R4構(gòu)成的串聯(lián)支路與氣體傳感器(1)的參考電極(3)連接，第一運算放大器U1的正向輸出端通過電阻R10與所述第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的動觸點j31連接;所述場效應管Q1的柵極G通過電阻R5與電源Vcc連接，場效應管Q1的源極S與氣體傳感器(1)的參考電極(3)連接，場效應管Q1的漏極D與氣體傳感器(1)的感應電極(4)連接;所述跨阻放大器U2的反向輸入端通過R6分別與氣體傳感器(1)的感應電極(4)、第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl3和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j23連接，并通過電阻R8與第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl2連接;跨阻放大器U2的正向輸入端通過R7分別與第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的動觸點j21和第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的靜觸點j32連接，跨阻放大器U2的輸出端Vout為氣體傳感器(1)的檢測信號輸出端;第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl2與第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j22連接，第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的動觸點與第一參考電壓Vref連接;第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的靜觸點j23通過電阻R3與第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1的靜觸點jl2連接;第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3的靜觸點j33與第二參考電壓Vbias連接;場效應管Q1、電阻R2、電阻R3、電阻R6、電阻R8均為活動插接在電路中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于多種氣體傳感器的信號處理模塊，其特征在于:所述氣體傳感器(1)包括無偏壓的三電極電化學傳感器、兩電極電化學傳感器和帶偏壓的三電極電化學傳感器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于多種氣體傳感器的信號處理模塊，包括第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1、第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2、第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3、運算放大器U1、跨阻放大器U2、場效應管Q1和氣體傳感器。本發(fā)明通過對現(xiàn)有應用于不同氣體的傳感器的信號處理電路進行分析，科學地找出它們的共同點和不同點，通過電路設計巧妙地將場效應管Q1、電阻R2、電阻R3、電阻R6、電阻R8等五個電器元器件設置成活動插接方式，解決了現(xiàn)有不同氣體傳感器對其輸出信號處理需要不同的電路模塊的不足，即本使用新型的信號處理模塊實現(xiàn)了具有通用性的效果。從而達到減少PCB（印刷電路板）使用量、減少PCB外協(xié)焊接時物料的準備及焊接時的工作量目的。
【IPC分類】G01N27/26
【公開號】CN105466977
【申請?zhí)枴緾N201510802768
【發(fā)明人】石保敬, 王明軍, 張靜, 任濤, 高相臣, 楊海波, 朱斌
【申請人】河南馳誠電氣股份有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月19日