CN111982850A - 传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测装置及方法，包括液晶操控面板和探测器，所述探测器包括红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器，所述红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器均与单片机的AD采样口连接，所述单片机与液晶操控面板连接。本发明实现了乙酸干扰试验中红外甲烷传感器抗乙酸干扰的目的，利用催化燃烧式传感器对乙酸无响应性这一特点，通过红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器联合检测的方式解决乙酸干扰对红外甲烷传感器的影响。结构简单、设计科学合理，使用方便，从而提升了传感器在不同环境中的适用性、可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测装置及方法。
背景技术
随着人口的增长和经济的发展，我国正面临着十分严重的环境污染问题。研制能够实时监测环境气体的探测仪器对改善人类的生存环境具有重大的意义，其中探测仪器中核心器件就是气体传感器。
红外气体传感器与其他类别气体传感器如：电化学式、催化燃烧式和半导体式等相比，其可靠性高、精度高、选择性好、抗中毒、寿命长、受环境影响小和对氧气不依赖等优点而应用越来越广泛。
目前红外甲烷气体传感器是红外气体传感器应用最广泛的一种。但根据《中华人民共和国国家标准——GB 15322.1-2019》，在抗气体干扰性能试验中，一直存在红外甲烷气体传感器从原理上无法实现抗乙酸干扰的难题。
红外气体传感器的红外光谱吸收传感原理是：当一定频率的红外光照射被测物质的分子时，一旦分子中的某个基团的振动频率和外界红外辐射频率一致时，光的能量就会通过分子自身偶极矩的变化被分子吸收，被测物质分子中的基团就会吸收这一特定频率的红外光，产生振动跃迁。将分子吸收红外光的能量大小通过仪器记录就可以得到该被测物质的红外吸收光谱图，利用光谱图中的吸收峰的波长、强度和形状就可以确定被测物质的性质。
红外吸收光谱中甲烷红外吸收峰的波长为3.2-3.3um，而乙酸红外吸收峰的波长为3.2-3.4um，可见乙酸红外吸收峰的波长覆盖了甲烷红外吸收峰，理论上检测甲烷的传感器对乙酸也会有响应，从而传感器在乙酸环境中出现浓度示值，目前使用甲烷吸收峰波段的检测器件无法避免乙酸干扰。
催化燃烧式传感器(根本传感器技术株式会社产品)具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。原理是：采用惠斯通电桥原理，感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，温度使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，桥路输出电压变化，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大，再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测装置及方法解决了红外甲烷气体传感器从原理上无法实现抗乙酸干扰的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测装置，包括液晶操控面板和探测器，所述探测器包括红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器，所述红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器均与单片机的AD采样口连接，所述单片机与液晶操控面板连接。
进一步地：所述红外甲烷传感器NDIR的1端连接5V电压，所述红外甲烷传感器NDIR的3端接地，所述红外甲烷传感器NDIR的2端与电阻R23的一端连接，所述电阻R23的另一端分别与接地电容C16和芯片U4A的3端连接，所述芯片U4A的4端接地，所述芯片U4A的2端通过电阻R24分别与芯片U4A的1端和电阻R22的一端连接，所述芯片U4A的5端分别与接地电容C14和电阻R21的一端连接，所述电阻R21的另一端连接5V电压，所述电阻R22的另一端与接地电容C15连接并输出AD_SIGNAL2信号，所述AD_SIGNAL2信号与单片机的AD采样口连接，所述芯片U4A的型号为MCP6002。
进一步地：所述催化燃烧式传感器的插座J3的1端分别与电阻R6的一端和2.7V电压连接，所述电阻R6的另一端分别与电阻R1的一端、电阻R的一端、电阻R9的一端连接，所述电阻R8的另一端和电阻R9的另一端均与插座J4的2端连接并接地，所述插座J3的2端分别与接地电阻R7、电阻R4的一端和电阻R19的一端连接，所述电阻R4的另一端分别与接地电容C5和芯片U1B的3端连接，所述芯片U1B的1端分别与电阻R3的一端、电阻R12的一端和电容C2的一端连接，所述电阻R3的另一端与接地电容C4连接并输出AD_SIGNAL1信号，素数电阻R12的另一端和电容C2的另一端均连接芯片U1B的2端连接并连接电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端分别与电阻R10的一端和芯片U1A的1端连接，所述芯片U1A的5端分别与接地电容和电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端连接5V电压，所述芯片U1A的2端分别与电阻R10的另一端和接地电阻R13连接，所述芯片U1A的3端分别与电容C1的一端和电阻R1的另一端连接，所述芯片U1A的4端与电容C1的另一端连接并接地，所述电阻R19的另一端分别与接地电容C12和芯片U4B的3端连接，所述芯片U4B的2端通过电阻R25分别与芯片U4B的1端和电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端连接接地电容C13并输出AD_STATE信号，所述AD_SIGNAL1信号和AD_STATE信号均与单片机的AD采样口连接，所述芯片U1A、芯片U1B和芯片U4B的型号均为MCP6002。
进一步地：一种传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测方法，包括以下步骤：
S1、完成初始上电，使红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器自检1分钟完成后，开始浓度显示；
S2、当单片机接收到红外甲烷传感器检测到的浓度C<5％FS，且催化燃烧式传感器检测到的浓度C1<5％FS时，则根据红外甲烷传感器检测到的浓度C决定在液晶操控面板上显示的浓度；
当3％FS<C<5％FS时，则在液晶操控面板上显示浓度为1％FS-5％FS；
当C≤3％FS时，则在液晶操作控制面板上显示浓度为0％FS-1％FS；
S3、当单片机接收到红外甲烷传感器检测到的浓度C≥5％FS，且催化燃烧式传感器检测到的浓度C1<5％FS时，则在液晶操控面板上显示浓度为5％FS；
S4、当单片机接收到红外甲烷传感器检测到的浓度C≥5％FS，且催化燃烧式传感器检测到的浓度C1≥5％FS，则在液晶操控面板上显示浓度为红外甲烷传感器检测到的浓度C。
进一步地：所述催化燃烧式传感器的输出信号AD_STATE用于判断催化燃烧式传感器是否正常。
进一步地：当所述液晶操控面板上显示E02时，则红外甲烷传感器故障，终止探测。
本发明的有益效果为：本发明实现了乙酸干扰试验中红外甲烷传感器抗乙酸干扰的目的，利用催化燃烧式传感器对乙酸无响应性这一特点，通过红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器联合检测的方式解决乙酸干扰对红外甲烷传感器的影响。结构简单、设计科学合理，使用方便，从而提升了传感器在不同环境中的适用性、可靠性。通过单片机对催化燃烧式传感器智能监控，解决了传感器在跌落过程中催化燃烧式传感器异常和长期工作零点电压衰减所带来的新问题。同时，增加故障检测功能，实现智能监控，大大降低用户的维护成本。
附图说明
图1为本发明的工作原理图；
图2为本发明中红外甲烷传感器信号处理电路的电路原理图；
图3为本发明中催化燃烧式传感器信号处理电路的电路原理图；
图4为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测装置，包括液晶操控面板和探测器，所述探测器包括红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器，所述红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器均与单片机的AD采样口连接，所述单片机与液晶操控面板连接。
如图2所示，所述红外甲烷传感器NDIR的1端连接5V电压，所述红外甲烷传感器NDIR的3端接地，所述红外甲烷传感器NDIR的2端与电阻R23的一端连接，所述电阻R23的另一端分别与接地电容C16和芯片U4A的3端连接，所述芯片U4A的4端接地，所述芯片U4A的2端通过电阻R24分别与芯片U4A的1端和电阻R22的一端连接，所述芯片U4A的5端分别与接地电容C14和电阻R21的一端连接，所述电阻R21的另一端连接5V电压，所述电阻R22的另一端与接地电容C15连接并输出AD_SIGNAL2信号，所述AD_SIGNAL2信号与单片机的AD采样口连接，所述芯片U4A的型号为MCP6002。
如图3所示，所述催化燃烧式传感器的插座J3的1端分别与电阻R6的一端和2.7V电压连接，所述电阻R6的另一端分别与电阻R1的一端、电阻R的一端、电阻R9的一端连接，所述电阻R8的另一端和电阻R9的另一端均与插座J4的2端连接并接地，所述插座J3的2端分别与接地电阻R7、电阻R4的一端和电阻R19的一端连接，所述电阻R4的另一端分别与接地电容C5和芯片U1B的3端连接，所述芯片U1B的1端分别与电阻R3的一端、电阻R12的一端和电容C2的一端连接，所述电阻R3的另一端与接地电容C4连接并输出AD_SIGNAL1信号，素数电阻R12的另一端和电容C2的另一端均连接芯片U1B的2端连接并连接电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端分别与电阻R10的一端和芯片U1A的1端连接，所述芯片U1A的5端分别与接地电容和电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端连接5V电压，所述芯片U1A的2端分别与电阻R10的另一端和接地电阻R13连接，所述芯片U1A的3端分别与电容C1的一端和电阻R1的另一端连接，所述芯片U1A的4端与电容C1的另一端连接并接地，所述电阻R19的另一端分别与接地电容C12和芯片U4B的3端连接，所述芯片U4B的2端通过电阻R25分别与芯片U4B的1端和电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端连接接地电容C13并输出AD_STATE信号，所述AD_SIGNAL1信号和AD_STATE信号均与单片机的AD采样口连接，所述芯片U1A、芯片U1B和芯片U4B的型号均为MCP6002。
如图4所示，一种传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测方法，包括以下步骤：
S1、完成初始上电，使红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器自检1分钟完成后，开始浓度显示；
S2、当单片机接收到红外甲烷传感器检测到的浓度C<5％FS，且催化燃烧式传感器检测到的浓度C1<5％FS时，则根据红外甲烷传感器检测到的浓度C决定在液晶操控面板上显示的浓度；
当3％FS<C<5％FS时，则在液晶操控面板上显示浓度为1％FS-5％FS；
当C≤3％FS时，则在液晶操作控制面板上显示浓度为0％FS-1％FS；
S3、当单片机接收到红外甲烷传感器检测到的浓度C≥5％FS，且催化燃烧式传感器检测到的浓度C1<5％FS时，则在液晶操控面板上显示浓度为5％FS；
S4、当单片机接收到红外甲烷传感器检测到的浓度C≥5％FS，且催化燃烧式传感器检测到的浓度C1≥5％FS，则在液晶操控面板上显示浓度为红外甲烷传感器检测到的浓度C。
催化燃烧式传感器的输出信号AD_STATE用于判断催化燃烧式传感器是否正常。单片机通过判断AD_SIGNAL1输出阈值电压(浓度C1)和AD_SIGNAL2输出阈值电压(浓度C)控制探测器浓度显示。
当所述液晶操控面板上显示E02时，则红外甲烷传感器故障，终止探测。否则循环监测。
Claims (6)
1.一种传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测装置，其特征在于，包括液晶操控面板和探测器，所述探测器包括红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器，所述红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器均与单片机的AD采样口连接，所述单片机与液晶操控面板连接。
2.根据权利要求1所述的传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测装置，其特征在于，所述红外甲烷传感器NDIR的1端连接5V电压，所述红外甲烷传感器NDIR的3端接地，所述红外甲烷传感器NDIR的2端与电阻R23的一端连接，所述电阻R23的另一端分别与接地电容C16和芯片U4A的3端连接，所述芯片U4A的4端接地，所述芯片U4A的2端通过电阻R24分别与芯片U4A的1端和电阻R22的一端连接，所述芯片U4A的5端分别与接地电容C14和电阻R21的一端连接，所述电阻R21的另一端连接5V电压，所述电阻R22的另一端与接地电容C15连接并输出AD_SIGNAL2信号，所述AD_SIGNAL2信号与单片机的AD采样口连接，所述芯片U4A的型号为MCP6002。
3.根据权利要求1所述的传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测装置，其特征在于，所述催化燃烧式传感器的插座J3的1端分别与电阻R6的一端和2.7V电压连接，所述电阻R6的另一端分别与电阻R1的一端、电阻R的一端、电阻R9的一端连接，所述电阻R8的另一端和电阻R9的另一端均与插座J4的2端连接并接地，所述插座J3的2端分别与接地电阻R7、电阻R4的一端和电阻R19的一端连接，所述电阻R4的另一端分别与接地电容C5和芯片U1B的3端连接，所述芯片U1B的1端分别与电阻R3的一端、电阻R12的一端和电容C2的一端连接，所述电阻R3的另一端与接地电容C4连接并输出AD_SIGNAL1信号，素数电阻R12的另一端和电容C2的另一端均连接芯片U1B的2端连接并连接电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端分别与电阻R10的一端和芯片U1A的1端连接，所述芯片U1A的5端分别与接地电容和电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端连接5V电压，所述芯片U1A的2端分别与电阻R10的另一端和接地电阻R13连接，所述芯片U1A的3端分别与电容C1的一端和电阻R1的另一端连接，所述芯片U1A的4端与电容C1的另一端连接并接地，所述电阻R19的另一端分别与接地电容C12和芯片U4B的3端连接，所述芯片U4B的2端通过电阻R25分别与芯片U4B的1端和电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端连接接地电容C13并输出AD_STATE信号，所述AD_SIGNAL1信号和AD_STATE信号均与单片机的AD采样口连接，所述芯片U1A、芯片U1B和芯片U4B的型号均为MCP6002。
4.一种传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、完成初始上电，使红外甲烷传感器和催化燃烧式传感器自检1分钟完成后，开始浓度显示；
S2、当单片机接收到红外甲烷传感器检测到的浓度C<5％FS，且催化燃烧式传感器检测到的浓度C1<5％FS时，则根据红外甲烷传感器检测到的浓度C决定在液晶操控面板上显示的浓度；
当3％FS<C<5％FS时，则在液晶操控面板上显示浓度为1％FS-5％FS；
当C≤3％FS时，则在液晶操作控制面板上显示浓度为0％FS-1％FS；
S3、当单片机接收到红外甲烷传感器检测到的浓度C≥5％FS，且催化燃烧式传感器检测到的浓度C1<5％FS时，则在液晶操控面板上显示浓度为5％FS；
S4、当单片机接收到红外甲烷传感器检测到的浓度C≥5％FS，且催化燃烧式传感器检测到的浓度C1≥5％FS，则在液晶操控面板上显示浓度为红外甲烷传感器检测到的浓度C。
5.根据权利要求4所述的传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测方法，其特征在于，所述催化燃烧式传感器的输出信号AD_STATE用于判断催化燃烧式传感器是否正常。
6.根据权利要求4所述的传感器阵列用于红外抗乙酸干扰的检测方法，其特征在于，当所述液晶操控面板上显示E02时，则红外甲烷传感器故障，终止探测。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111982850B (zh) | 2023-11-21 |
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