CN104614423B - 基于减法器的电化学甲醛传感器抗干扰电路设计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于减法器的甲醛电化学传感器硬件抗干扰设计法。包括两支同种型号的甲醛电化学传感器、运算放大器、半透膜。一支甲醛传感器作为采样电路，处于待测环境中；另一支作为对比电路同样放置到待测环境中，但需用半透膜覆盖其进气口从而避免甲醛其他含量对其输出造成影响。运算放大器是作为减法器使用，将采样传感器输出的数据输入减法器的同相输入端，对比传感器输出数据输入减法器的反相输入端。这样便可以将采样信号中由于环境因素造成的干扰成分滤除掉。进而解决了传统采用热敏电阻、湿敏电阻作为甲醛传感器补偿电路的缺陷，极大的提高了甲醛检测的精度与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式甲醛检测方法，尤其涉及一种基于减法器硬件抗干扰电路及数字滤波甲醛检测方法，属于检测技术领域
背景技术
甲醛是一种无色、有特殊刺激气味的气体，对人眼、鼻等有强烈的刺激作用。主要用于纺织业以及木材业，是一种重要的有机溶剂和化工原料。目前在家庭装修中广泛使用的木质地板以及墙体涂料中含有大量甲醛，这造成新装修的房屋中甲醛污染问题十分严重。如果长期处于甲醛超标的环境中，会导致慢性呼吸道疾病并由可能引起鼻部发生癌症，并有可能引发白血病等。目前对甲醛的主要检测方法有：分光光度法、气相色谱法、液相色谱法等，这些方法虽然可能检测精度较高，但是操作方法复杂，不适合大众化的检测使用。电化学甲醛传感器检测方法使用灵活具有便携式等优点，但电化学传感器在实际使用中易受到环境中温度、湿度等因素影响，从而导致测量误差较大、准确性不高。虽然使用热敏、湿敏电阻可以在一定程度上补偿测量误差，但是在实际使用时很难符合要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于减法器的电化学甲醛传感器抗干扰电路，能够补偿因为环境温度、湿度变化造成测量精度误差，同时可以最大限度的降低零点漂移问题。
本发明所采取的技术方案是：设计采用两支同种型号的电化学甲醛气敏传感器进行差分补偿的设计思路。将两个传感器同时放于应用环境中，但是只让测量传感器完全暴露于应用环境；对比传感器也放置于实际应用环境中，但需要用半透膜将其进气通道进行隔离，使其只受环境温度与空气湿度影响而不受环境中甲醛浓度的影响。当温度、湿度变化导致甲醛传感器气敏元件的输出值发生变化时，作为采样电路的甲醛传感器的敏感元件的输出值也会发生相应的变化。将采样传感去输出的数据输入到减法器的同相输入端，将对比传感器的数据数据输入到减法器的反相输入端，此时减法器输出的数据就是甲醛传感器仅受甲醛浓度影响而输出的电信号数据。然后再将此信号进行共模放大与差模放大处理后，送给A/D采样电路，MCU通过采集A/D输出的数据后，经过相关算法处理后，便可以得到相应的环境中的甲醛浓度信息。
附图说明
图1是本发明一实施方式的基于减法器的电化学甲醛传感器抗干扰电路设计硬件电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一种甲醛检测的硬件抗干扰电路。该电路包括：传感器实际测量电路、传感器采样对比电路、减法器电路和运算放大器电路；其中，传感器实际测量电路和采样对比电路分别于减法器电路相连，减法器电路与运算放大器电路相连；传感器实际测量电路包括：传感器IF2和电阻RL2；其中，传感器IF2和电阻RL2并联，且电阻RL2的第一端与减法器电路相连，第二端与地相连；传感器采样对比电路包括：传感器IF1和电位器RL1；其中，传感器IF1和电位器RL1，且电位器RL1的第一端与减法器电路相连，第二端与地相连；减法器电路包括：电阻R1、电阻R3、电阻R2、电阻R4和减法器U3；其中，电阻R1的第一端与实际测量电路相连，第二端与电阻R3第一端和减法器U3的反向输入端相连，电阻R3的第二端与减法器的输出端相连，电阻R2第一端与采样对比电路相连，第二端与电阻R4的第一端、减法器的同向输入端相连，电阻R4的第二端与地相连；运算放大器电路包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电位器R8、电容C1和运算放大器U4；其中，电阻R5的第一端与减法器电路相连，第二端与电位器R8的第一端相连，电位器R8的第二端与电阻R6的第一端、运算放大器U4的反向输入端相连，运算放大器U4的同向输入端与地相连，电阻R6的第二端与电阻R7的第一端、运算放大器U4的输出端相连，电阻R7的第二端与甲醛浓度信号的输出端相连，甲醛浓度信号的输出端与电容C1的第一端相连，电容C1的第二端与地相连；其中传感器IF2、传感器IF1为同种型号的甲醛传感器，减法器U3、运算放大器U4型号均为AD8571。需要用半透膜将采样电路的传感器的进气道进行隔离，使其不受环境中甲醛浓度的影响。如图所示，当环境中温度、湿度变化导致甲醛传感器气敏元件的输出值发生变化时，作为采样电路的甲醛传感器的敏感元件的输出值也会发生相应的变化。由U3构成的减法器可以将测量电路输出量中的对比误差量滤除。因同型号的甲醛气敏传感器具有相同的热敏、湿敏特性，故这种差分补偿具有很好的实际应用效果。
根据电路原理，实际检测电路的输出电压为
Vc2＝RL2×(If2+Ia2)
采样对比电路的输出为
Vc1＝RL1×(If1+Ia1)
经过U3构成的减法器后，U3的输出为
由于U1与被测气体隔离，则有
If1＝0
Ia1＝Ia2
即u1为甲醛传感器受被测气体的影响而产生的电信号，微控制器通过采集该信号进而可以计算出待测环境中甲醛气体浓度信息。
本发明基于减法器的电化学甲醛传感器硬件抗干扰电路设计，可以用于对环境中甲醛含量进行检测的智能仪器，该检测方法可以避免环境中温度、湿度等信息改变对测量精度的影响。同时也可以最大限度的降低基线漂移问题。
以上所述的仅是本发明的实施方式。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的情况下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.基于减法器的电化学甲醛传感器硬件抗干扰电路，其特征在于，包括：传感器实际测量电路、传感器采样对比电路、减法器电路和运算放大器电路；其中，传感器实际测量电路和采样对比电路分别于减法器电路相连，减法器电路与运算放大器电路相连；
传感器实际测量电路包括：传感器IF2和电阻RL2；其中，传感器IF2和电阻RL2并联，且电阻RL2的第一端与减法器电路相连，第二端与地相连；
传感器采样对比电路包括：传感器IF1和电位器RL1；其中，传感器IF1和电位器RL1，且电位器RL1的第一端与减法器电路相连，第二端与地相连；
减法器电路包括：电阻R1、电阻R3、电阻R2、电阻R4和减法器U3；其中，电阻R1的第一端与实际测量电路相连，第二端与电阻R3第一端和减法器U3的反向输入端相连，电阻R3的第二端与减法器的输出端相连，电阻R2第一端与采样对比电路相连，第二端与电阻R4的第一端、减法器的同向输入端相连，电阻R4的第二端与地相连；
运算放大器电路包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电位器R8、电容C1和运算放大器U4；其中，电阻R5的第一端与减法器电路相连，第二端与电位器R8的第一端相连，电位器R8的第二端与电阻R6的第一端、运算放大器U4的反向输入端相连，运算放大器U4的同向输入端与地相连，电阻R6的第二端与电阻R7的第一端、运算放大器U4的输出端相连，电阻R7的第二端与甲醛浓度信号的输出端相连，甲醛浓度信号的输出端与电容C1的第一端相连，电容C1的第二端与地相连；
其中传感器IF2、传感器IF1为同种型号的甲醛传感器，减法器U3、运算放大器U4型号均为AD8571。
2.根据权利要求1所述的基于减法器的电化学甲醛传感器硬件抗干扰电路，其特征在于，所述甲醛传感器为电化学传感器，且为同种厂家生产的同种信号传感器。
3.根据权利要求1所述的基于减法器的电化学甲醛传感器硬件抗干扰电路，其特征在于，所述运算放大器主要是构成减法器及放大差分信号。
4.根据权利要求1所述的基于减法器的电化学甲醛传感器硬件抗干扰电路，其特征在于，还包括：过滤甲醛气态的半透膜，所述半透膜为可以过滤甲醛气体的半透膜。
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