CN112033901A - 一种光源零点补偿装置、传感器及其光源零点补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光源零点补偿装置、传感器及其光源零点补偿方法，该装置包括：采样单元和控制单元；其中，所述控制单元，用于向所述光源的驱动电路发送第一光源驱动信号，以驱动所述光源工作；所述采样单元，用于在所述光源工作的情况下，采样所述光源的光源参数；所述控制单元，用于根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，得到补偿后的第二光源驱动信号；并按补偿后的第二光源驱动信号控制所述光源继续工作。本发明的方案，可以解决二氧化碳传感器长时间工作后光源会出现零点漂移，影响二氧化碳传感器的测量准确性的问题，达到对二氧化碳传感器的光源进行零点补偿以保证二氧化碳传感器的测量准确性的效果。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种光源零点补偿装置、传感器及其光源零点补偿方法，尤其涉及一种NDIR(Non-Dispersive InfraRed，非分散红外技术)二氧化碳传感器光源零点补偿电路、传感器及其光源零点补偿方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，对所处环境中空气质量的关注度也不断提高，为了满足对空气质量的监测，环境类传感器如空气质量传感器(CO2、PM2.5)等市场需求越来越大。二氧化碳浓度是衡量空气质量的重要指标之一，市面上已经存在各式各样用于检测二氧化碳浓度的传感器即二氧化碳传感器。但二氧化碳传感器长时间工作后光源会出现零点漂移，影响二氧化碳传感器的测量准确性。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种光源零点补偿装置、传感器及其光源零点补偿方法，以解决二氧化碳传感器长时间工作后光源会出现零点漂移，影响二氧化碳传感器的测量准确性的问题，达到对二氧化碳传感器的光源进行零点补偿以保证二氧化碳传感器的测量准确性的效果。
本发明提供一种光源零点补偿装置，包括：采样单元和控制单元；其中，所述控制单元，用于向所述光源的驱动电路发送第一光源驱动信号，以驱动所述光源工作；所述采样单元，用于在所述光源工作的情况下，采样所述光源的光源参数；所述控制单元，用于根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，得到补偿后的第二光源驱动信号；并按补偿后的第二光源驱动信号控制所述光源继续工作。
可选地，所述光源参数，包括：流过所述光源的电流参数，或所述光源的电阻参数；所述采样单元，包括：电流采样模块或电阻采样模块；其中，所述电流采样模块，用于采样流过所述光源的电流参数；或者，所述电阻采样模块，用于采样所述光源的电阻参数。
可选地，所述控制单元根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，包括：根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿；在所述第一光源驱动信号需要补偿的情况下，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值；根据所述补偿值对所述第一光源驱动信号进行补偿，以得到补偿后的第二光源驱动信号。
可选地，所述控制单元根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿，包括：将所述光源参数与设定参数进行比较；若所述光源参数与所述设定参数之间的差值的绝对值大于预设值，则确定所述第一光源驱动信号需要补偿。
可选地，所述控制单元根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值，包括：根据设定光源参数与设定补偿值之间的对应关系，将所述对应关系中与所述光源参数相同的设定光源参数对应的设定补偿值，确定为所述第一光源驱动信号的补偿值；或者，确定所述光源参数相对于所述设定参数的增大或减小幅度，并按该幅度确定所述第一光源驱动信号的调节值，以按该幅度对应地调节所述第一光源驱动信号；其中，在所述光源参数包括流过所述光源的电流参数情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号；在所述光源参数包括所述光源的电阻参数的情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种传感器，包括：以上所述的光源零点补偿装置。
与上述传感器相匹配，本发明再一方面提供一种传感器的光源零点补偿方法，包括：向所述光源的驱动电路发送第一光源驱动信号，以驱动所述光源工作；在所述光源工作的情况下，采样所述光源的光源参数；根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，得到补偿后的第二光源驱动信号；并按补偿后的第二光源驱动信号控制所述光源继续工作。
可选地，所述光源参数，包括：流过所述光源的电流参数，或所述光源的电阻参数；所述采样所述光源的光源参数，包括：采样流过所述光源的电流参数；或者，采样所述光源的电阻参数。
可选地，根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，包括：根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿；在所述第一光源驱动信号需要补偿的情况下，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值；根据所述补偿值对所述第一光源驱动信号进行补偿，以得到补偿后的第二光源驱动信号。
可选地，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿，包括：将所述光源参数与设定参数进行比较；若所述光源参数与所述设定参数之间的差值的绝对值大于预设值，则确定所述第一光源驱动信号需要补偿。
可选地，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值，包括：根据设定光源参数与设定补偿值之间的对应关系，将所述对应关系中与所述光源参数相同的设定光源参数对应的设定补偿值，确定为所述第一光源驱动信号的补偿值；或者，确定所述光源参数相对于所述设定参数的增大或减小幅度，并按该幅度确定所述第一光源驱动信号的调节值，以按该幅度对应地调节所述第一光源驱动信号；其中，在所述光源参数包括流过所述光源的电流参数情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号；在所述光源参数包括所述光源的电阻参数的情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号。
本发明的方案，通过检测流经二氧化碳传感器的气室中光源的电流值，根据该电流值确定光源的驱动控制信号，对光源的零点漂移进行补偿，提高传感器长时间工作后的准确性。
进一步，本发明的方案，通过检测流经二氧化碳传感器的气室中光源的电流值，根据该电流值确定光源的驱动控制信号，以控制光源的光照强度不变，通过补偿传感器光源的零点漂移，使传感器的光源在长时间工作后依然能够以标准状态进行工作，从而通过对二氧化碳传感器的光源进行零点补偿以保证二氧化碳传感器的测量准确性。
进一步，本发明的方案，通过对白炽灯的阻值进行监控，并对光照强度进行实时补偿，以控制光源的光照强度不变，对NDIR气体传感器中的光源进行零点漂移补偿，降低零点漂移对传感器数据的影响。
由此，本发明的方案，通过检测流经二氧化碳传感器的气室中光源的电流值，根据该电流值确定光源的驱动控制信号，以控制光源的光照强度不变，解决二氧化碳传感器长时间工作后光源会出现零点漂移，影响二氧化碳传感器的测量准确性的问题，达到对二氧化碳传感器的光源进行零点补偿以保证二氧化碳传感器的测量准确性的效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的光源零点补偿装置的一实施例的结构示意图；
图2为NDIR二氧化碳传感器光源零点补偿电路的一实施例的结构示意图；
图3为NDIR二氧化碳传感器光源零点补偿电路的另一实施例的结构示意图；
图4为本发明的光源零点补偿方法的一实施例的流程示意图；
图5为本发明的方法中根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿的一实施例的流程示意图；
图6为本发明的方法中根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种光源零点补偿装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该光源零点补偿装置可以应用在非分光红外技术的二氧化碳传感器的光源零点漂移的补偿方面，非分光红外技术的二氧化碳传感器的光源零点补偿装置，可以包括：采样单元和控制单元。控制单元，可以是传感器的控制芯片如MCU、DSP等。
具体地，所述控制单元，可以用于向所述光源的驱动电路发送第一光源驱动信号，即向传感器中光源的驱动电路发送第一光源驱动信号，以驱动所述光源工作。
具体地，所述采样单元，设置在所述控制单元与所述光源的驱动电路之间，可以用于在所述光源工作的情况下，采样所述光源的光源参数。
可选地，所述光源参数，可以包括：流过所述光源的电流参数，或所述光源的电阻参数。
可选地，所述采样单元，可以包括：电流采样模块或电阻采样模块。
其中，所述电流采样模块，可以用于采样流过所述光源的电流参数。
例如：电流检测电路可以用于反馈检测流经光源的电流，即检测光源光强变化是通过检测流经白炽灯的电流进行检测。光源的电流检测电路负责实时检测流经光源的电流大小，并根据电流大小确定光照强度的不变，进而实现对光源光强的调控。
或者，所述电阻采样模块，可以用于采样所述光源的电阻参数。
例如：对白炽灯的阻值进行监控，并对光照强度进行实时补偿。
由此，通过多种形式的电源参数，可以根据计算方便性根据不同形式的计算方法对不同形式的电源参数进行计算以确定对所述第一光源驱动信号进行补偿的补偿值，使得对电源的零点漂移的补偿灵活且便捷。
具体地，所述控制单元，可以用于在所述光源出现零点漂移的情况下，根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，得到补偿后的第二光源驱动信号，以实现对所述光源的零点补偿；并按补偿后的第二光源驱动信号控制所述光源继续工作。
其中，所述控制单元按补偿后的第二光源驱动信号控制所述光源继续工作，可以包括：将按补偿后的第二光源驱动信号，由主控芯片输出的光源电压数字信号转换为模拟的光源电压信号后，输出至所述光源的驱动电路，以通过所述驱动电路驱动所述光源继续工作。例如：光源驱动电路可以包括光源稳压电路和光源开关电路。主控芯片输出光源电压数字信号至DAC芯片，DAC芯片输出光源电压信号至光源驱动电路中的光源稳压电路，光源稳压电路输出光源供电电压至光源，光源开关电路连接至光源，光源经电流检测电路后输出检测信号至主控芯片。主控芯片还输出光源控制信号至光源开关电路。控制芯片负责对检测到的光源电流进行计算与处理，控制芯片的作用是检测到电流减小就调高DAC芯片模拟量输出。主控芯片，可以用于控制光源驱动信号，计算补偿量。DAC芯片，可以用于将控制芯片输出的数字信号转为模拟信号。稳压电路中，稳压开关电路即光源稳压电路和光源开关电路，可以用于接收控制芯片信号来导通电路。
例如：在系统处于正常工作的情况下，控制芯片以固定周期对电阻两端电压进行采集。由于光源在长时间工作后，灯内的钨丝存在挥发现象，使灯丝变细，阻值升高，造成流经光源的电流降低，使得光照强度下降，进而影响传感器数值计算的准确度。控制芯片将ADC采样结果作为输入，输入至控制芯片内部算法中，获取到在当前灯丝阻值下维持初始状态光照强度所需要的的电压值。光源电压控制信号即为控制芯片输出的一路PWM波，其为数字信号，当需要提高光源两端电压时，控制芯片提高PWM波的占空比，使DAC芯片的模拟电压输出增加，使光源光照强度得以维持。
由此，通过对光源的零点漂移进行补偿，使传感器的光源在长时间工作后依然能够以标准状态进行工作，可以提高传感器长时间工作后的准确性。
在一个可选例子中，所述控制单元在所述光源出现零点漂移的情况下，根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，可以包括：根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿，以确定所述光源是否出现零点漂移；在所述第一光源驱动信号需要补偿的情况下，即在所述光源出现零点漂移的情况下，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值；根据所述补偿值对所述第一光源驱动信号进行补偿，以得到补偿后的第二光源驱动信号。
例如：控制芯片的ADC引脚连接至电流检测电路，可实现通过ADC转换电流检测电路两端的电压，即与光源串联的小阻值电阻电压，之后通过欧姆定律计算出流经电阻的电流，其与流经光源的电流大小相同。当电流出现下降，则控制芯片通过提高PWM波输出占空比(PWM输出与DAC芯片输入相连接，负责调解DAC芯片输出)，实现DAC芯片输出电压提升，进而使流经光源的电流恢复至初始状态，保证光源光强的稳定性。此系统是一个闭环调控系统，根据电流大小的反馈，控制芯片调解DAC芯片的输入，进而实现DAC芯片的变电压输出。
由此，通过在NDIR气体传感器中的光源出现零点漂移的情况下，对NDIR气体传感器中的光源进行零点漂移补偿，降低零点漂移对传感器数据的影响。
可选地，所述控制单元根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿，可以包括：将所述光源参数与设定参数进行比较；若所述光源参数与所述设定参数之间的差值的绝对值大于预设值，则确定所述第一光源驱动信号需要补偿。当然，若所述光源参数与所述设定参数之间的差值的绝对值不大于预设值，则确定所述第一光源驱动信号不需要补偿。
例如：控制芯片(即主控芯片)负责输出光源控制信号、输出光源电压信号以及检测光源回路中的电流。电流检测电路检测出光源回路中的电流，控制芯片根据检测到的信号，输出对应的光源电压数字信号，如输出数字信号，使DAC芯片的模拟量输出增大，进而补偿电流的降低；数模转换芯片负责将控制芯片输出的光源电压数字信号转换为模拟电压，进而控制光源两端电压，此芯片输出范围至少为0-5V；此模拟电压经过稳压电路稳压，稳压后给光源进行供电；控制芯片输出光源控制器信号，给到光源开关电路，从而控制光源电压的通断。
更可选地，所述控制单元根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值，可以包括：根据设定的补偿关系确定第一光源驱动信号的补偿值的过程，具体可以包括：根据设定光源参数与设定补偿值之间的对应关系，将所述对应关系中与所述光源参数相同的设定光源参数对应的设定补偿值，确定为所述第一光源驱动信号的补偿值。
例如：可以根据电流检测电路的反馈，调整光源两端电压。电流检测电路即为一个小阻值电阻串联在光源与地之间，通过控制芯片的ADC端读取电阻两端电压，再通过欧姆定律计算出电流。控制芯片根据计算出的电流和电流理论值计算出补偿数值。例如：设电流理论值为I0，电流理论值I0为传感器初始工作时的电流；设电流检测结果为I1，若此时电源供电电压为V1，则需要使电压V大于V1方可使电流重回I0，关于V的计算是通过神经网络进行曲线拟合，找出I1、V1和V的关系。
由此，通过根据设定的补偿关系确定第一光源驱动信号的补偿值，确定方式更加简便且精准。
或者，所述控制单元根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值，还可以包括：根据光源参数增大或减小的幅度确定第一光源驱动信号的补偿值的过程，具体可以包括：根据所述光源参数与所述设定参数之间的差值，确定所述光源参数相对于所述设定参数的增大或减小幅度，并按该幅度确定所述第一光源驱动信号的调节值，以按该幅度对应地调节所述第一光源驱动信号。
其中，在所述光源参数可以包括流过所述光源的电流参数情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号。
在所述光源参数可以包括所述光源的电阻参数的情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号。
例如：电流检测电路是个串联在光源上小阻值电阻，控制芯片能够通过ADC端检测电阻两端电压，进而计算出电流(欧姆定律)。假设初始阶段电流为10ma，运行一段时间后电源钨丝蒸发阻值变大，但电源两端电压没变，则电流会降低，比如8ma，电流降低光源光强会下降，所以控制芯片控制DAC芯片输出一个较大的电压，使光源电压变大，光源电流重回10ma。
由此，通过根据光源参数增大或减小的幅度确定第一光源驱动信号的补偿值，确定方式更加高效。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过检测流经二氧化碳传感器的气室中光源的电流值，根据该电流值确定光源的驱动控制信号，对光源的零点漂移进行补偿，提高传感器长时间工作后的准确性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于光源零点补偿装置的一种传感器。该传感器可以包括：以上所述的光源零点补偿装置。
基于非分光红外技术的二氧化碳传感器凭借稳定性好，精度高等特点成为普遍选择。非分光红外二氧化碳传感器使用光源作为激励信号，对气室腔体内进行照射，通过对比光线的吸收率进而计算出气室内待测气体浓度。其中，计算方法可以参考朗博比尔定律，光源的光强和探测器接收到的光强之比与气体浓度成正比，即探测器的输出电压与光源驱动电压之比即可算出气体浓度。
但当光源经过长时间工作后随着时间老化出现零点漂移，造成传感器数据失准，影响二氧化碳传感器的测量准确性。具体地，光源使用的是钨丝灯，当长时间使用钨丝会蒸发，使钨丝变细，钨丝阻值升高，但光源驱动电压不变，则电流降低，使得光强减少，这会间接影响探测器的测量准确度，造成数据失真。
在一个可选实施方式中，本发明的方案，提供一种NDIR二氧化碳传感器光源零点补偿电路及算法，通过使用硬件电路和算法对光源的零点漂移进行补偿，提高传感器长时间工作后的准确性。
具体地，本发明的方案提供了一种使用硬件和算法补偿时间域零点飘移的方法，通过使用硬件电路和算法对白炽灯的阻值进行监控，并对光照强度进行实时补偿。这样，通过补偿传感器光源的零点漂移，使传感器的光源在长时间工作后依然能够以标准状态进行工作，从而通过对二氧化碳传感器的光源进行零点补偿以保证二氧化碳传感器的测量准确性。
在一个可选具体实施方式中，可以参见图2和图3所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。
图2为NDIR二氧化碳传感器光源零点补偿电路的一实施例的结构示意图。如图2所示，NDIR二氧化碳传感器光源零点补偿电路，可以包括：控制芯片，转换电路，电流检测电路，转换元件，以及设置在气室内的光源和探测器。控制芯片的第一输出端经电流检测电路后连接至光源，光源、探测器、转换元件和转换电路依次连接至控制芯片的第一输入端，电流检测电路的反馈端还反馈至控制芯片的第二输入端。具体地，在图2所示的例子中，非分光红外二氧化碳传感器系统，可以包含：非分光红外光源、气室、探测器、转换元件、转换电路、光源电流检测电路及控制芯片。
图2中，光源，负责发光。在控制芯片和光源之间串联了一个电流检测电路，该电流检测电路可以检测流经光源的电流。控制芯片可以用于控制光源驱动信号，即PWM波输出信号。探测器，可以用于接收光源发出的光，并将接收到的光信号转换为电信号。转换元件与转换电路，可以利用放大电路，对探测器转换得到的电信号进行放大后再传输至控制芯片。
具体地，传感器部分的非分光红外光源提供固定波长范围的红外光，在其两端施加电压会使其发射固定波段的红外光；气室为内部镀膜的圆桶结构，气室两端连接着非分光红外光源和热电堆探测器，且气室两端接近于气室边缘位置存在有进气口和排气口，负责气体的流通。探测器为热电堆探测器或热释电探测器，探测器前端可以包括4.26μm波长的窄带滤光片，可以用于过滤非必需波长的光。转换元件及转换电路可以用于实现光电信号以及模数信号的转换。光源的电流检测电路负责实时检测流经光源的电流大小，并根据电流大小确定光照强度的不变，进而实现对光源光强的调控。控制芯片负责对检测到的光源电流进行计算与处理，控制芯片的作用是检测到电流减小就调高DAC芯片模拟量输出。
例如：根据电流大小确定光照强度的不变，可以包括：电流检测电路是个串联在光源上小阻值电阻，控制芯片能够通过ADC端检测电阻两端电压，进而计算出电流(欧姆定律)。假设初始阶段电流为10ma，运行一段时间后电源钨丝蒸发阻值变大，但电源两端电压没变，则电流会降低，比如8ma，电流降低光源光强会下降，所以控制芯片控制DAC芯片输出一个较大的电压，使光源电压变大，光源电流重回10ma。
图3为NDIR二氧化碳传感器光源零点补偿电路的另一实施例的结构示意图。如图3所示，NDIR二氧化碳传感器光源零点补偿电路，可以包括：光源、光源驱动电路、DAC芯片、主控芯片和电流检测电路。
图3中，主控芯片，可以用于控制光源驱动信号，计算补偿量。DAC芯片，可以用于将控制芯片输出的数字信号转为模拟信号。稳压电路中，稳压开关电路即光源稳压电路和光源开关电路，可以用于接收控制芯片信号来导通电路。电流检测电路可以用于反馈检测流经光源的电流，即检测光源光强变化是通过检测流经白炽灯的电流进行检测。
具体地，控制芯片(即主控芯片)负责输出光源控制信号、输出光源电压信号以及检测光源回路中的电流。电流检测电路检测出光源回路中的电流，控制芯片根据检测到的信号，输出对应的光源电压数字信号，如输出数字信号，使DAC芯片的模拟量输出增大，进而补偿电流的降低；数模转换芯片负责将控制芯片输出的光源电压数字信号转换为模拟电压，进而控制光源两端电压，此芯片输出范围至少为0-5V；此模拟电压经过稳压电路稳压，稳压后给光源进行供电；控制芯片输出光源控制器信号，给到光源开关电路，从而控制光源电压的通断。
图3所示的例子，可以根据电流检测电路的反馈，调整光源两端电压。电流检测电路即为一个小阻值电阻串联在光源与地之间，通过控制芯片的ADC端读取电阻两端电压，再通过欧姆定律计算出电流。控制芯片根据计算出的电流和电流理论值计算出补偿数值。例如：设电流理论值为I0，电流理论值I0为传感器初始工作时的电流；设电流检测结果为I1，若此时电源供电电压为V1，则需要使电压V大于V1方可使电流重回I0，关于V的计算是通过神经网络进行曲线拟合，找出I1、V1和V的关系。
在一个可选例子中，本发明的方案，结合图2和图3所示的例子，提供一种非分光红外二氧化碳传感器系统的光源电流检测方法，可以包括：在系统处于正常工作的情况下，控制芯片以固定周期对电阻两端电压进行采集。由于光源在长时间工作后，灯内的钨丝存在挥发现象，使灯丝变细，阻值升高，造成流经光源的电流降低，使得光照强度下降，进而影响传感器数值计算的准确度。控制芯片将ADC采样结果作为输入，输入至控制芯片内部算法中，获取到在当前灯丝阻值下维持初始状态光照强度所需要的的电压值。光源电压控制信号即为控制芯片输出的一路PWM波，其为数字信号，当需要提高光源两端电压时，控制芯片提高PWM波的占空比，使DAC芯片的模拟电压输出增加，使光源光照强度得以维持。
可选地，在本发明的方案中，非分光红外二氧化碳传感器系统的零点漂移算法补偿的具体方式，可以参见以下示例性说明。
在传感器研发阶段，使用实验方法辅以神经网络算法对光源的零点漂移曲线进行拟合，进而实现不同时间节点光源所需电压值和控制芯片的电源控制信号的映射关系。将光源放置在稳定环境(即恒温、恒湿、气压无明显变化)下正常工作，记初始状态电路电流值为I0，并以固定间隔时间对电阻两端的电压进行采样，进而计算出整个系统的电流变化，即Im(m＝1,2,3...)。根据收集到的电流变化数据集，对所需的电压控制信号值进行计算，使系统电流能够稳定在I0，得到计算后的电压控制信号Vm(m＝1,2,3...)。将Im和Vm分别按照3:1的比例分为训练集和测试集，并将Im和Vm测试集作为输入和输出代入神经网络进行训练，得到权重矩阵；之后使用测试集对权重矩阵进行检验，若误差符合要求，则将权重矩阵和算法移植至控制芯片中再次进行试验，查看补偿效果；否则，重新采集数据集进行网络训练，直至误差符合要求。
例如：实现不同时间节点光源所需电压值和控制芯片的电源控制信号的映射关系中，由于光源会随时间的增长，其内部属性会有变化，需要寻找出光源内部属性和时间的对应关系；考虑到传感器断电后重新上电后，传感器能够通过这种映射关系快速找到补偿值，而不是通过反馈的机制找到补偿值。
可选地，在本发明的方案中，非分光红外二氧化碳传感器系统的零点漂移算法补偿的具体方式，也可以参见以下示例性说明。
控制芯片的ADC引脚连接至电流检测电路，可实现通过ADC转换电流检测电路两端的电压，即与光源串联的小阻值电阻电压，之后通过欧姆定律计算出流经电阻的电流，其与流经光源的电流大小相同。当电流出现下降，则控制芯片通过提高PWM波输出占空比(PWM输出与DAC芯片输入相连接，负责调解DAC芯片输出)，实现DAC芯片输出电压提升，进而使流经光源的电流恢复至初始状态，保证光源光强的稳定性。此系统是一个闭环调控系统，根据电流大小的反馈，控制芯片调解DAC芯片的输入，进而实现DAC芯片的变电压输出。这种通过硬件电路和算法相结合的方式对NDIR气体传感器中的光源进行零点漂移补偿，降低零点漂移对传感器数据的影响。
由于本实施例的传感器所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过检测流经二氧化碳传感器的气室中光源的电流值，根据该电流值确定光源的驱动控制信号，以控制光源的光照强度不变，通过补偿传感器光源的零点漂移，使传感器的光源在长时间工作后依然能够以标准状态进行工作，从而通过对二氧化碳传感器的光源进行零点补偿以保证二氧化碳传感器的测量准确性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于传感器的一种传感器的光源零点补偿方法，如图4所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该传感器的光源零点补偿方法可以应用在非分光红外技术的二氧化碳传感器的光源零点漂移的补偿方面，非分光红外技术的二氧化碳传感器的传感器的光源零点补偿方法，可以包括：步骤S110至步骤S130。
在步骤S110处，向所述光源的驱动电路发送第一光源驱动信号，即向传感器中光源的驱动电路发送第一光源驱动信号，以驱动所述光源工作。
在步骤S120处，在所述光源工作的情况下，采样所述光源的光源参数。
可选地，所述光源参数，可以包括：流过所述光源的电流参数，或所述光源的电阻参数。
可选地，步骤S120中所述采样所述光源的光源参数，可以包括：采样流过所述光源的电流参数。
例如：电流检测电路可以用于反馈检测流经光源的电流，即检测光源光强变化是通过检测流经白炽灯的电流进行检测。光源的电流检测电路负责实时检测流经光源的电流大小，并根据电流大小确定光照强度的不变，进而实现对光源光强的调控。
或者，步骤S120中所述采样所述光源的光源参数，可以包括：采样所述光源的电阻参数。
例如：对白炽灯的阻值进行监控，并对光照强度进行实时补偿。
由此，通过多种形式的电源参数，可以根据计算方便性根据不同形式的计算方法对不同形式的电源参数进行计算以确定对所述第一光源驱动信号进行补偿的补偿值，使得对电源的零点漂移的补偿灵活且便捷。
在步骤S130处，在所述光源出现零点漂移的情况下，根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，得到补偿后的第二光源驱动信号；并按补偿后的第二光源驱动信号控制所述光源继续工作。
其中，所述控制单元按补偿后的第二光源驱动信号控制所述光源继续工作，可以包括：将按补偿后的第二光源驱动信号，由主控芯片输出的光源电压数字信号转换为模拟的光源电压信号后，输出至所述光源的驱动电路，以通过所述驱动电路驱动所述光源继续工作。例如：光源驱动电路可以包括光源稳压电路和光源开关电路。主控芯片输出光源电压数字信号至DAC芯片，DAC芯片输出光源电压信号至光源驱动电路中的光源稳压电路，光源稳压电路输出光源供电电压至光源，光源开关电路连接至光源，光源经电流检测电路后输出检测信号至主控芯片。主控芯片还输出光源控制信号至光源开关电路。控制芯片负责对检测到的光源电流进行计算与处理，控制芯片的作用是检测到电流减小就调高DAC芯片模拟量输出。主控芯片，可以用于控制光源驱动信号，计算补偿量。DAC芯片，可以用于将控制芯片输出的数字信号转为模拟信号。稳压电路中，稳压开关电路即光源稳压电路和光源开关电路，可以用于接收控制芯片信号来导通电路。
例如：在系统处于正常工作的情况下，控制芯片以固定周期对电阻两端电压进行采集。由于光源在长时间工作后，灯内的钨丝存在挥发现象，使灯丝变细，阻值升高，造成流经光源的电流降低，使得光照强度下降，进而影响传感器数值计算的准确度。控制芯片将ADC采样结果作为输入，输入至控制芯片内部算法中，获取到在当前灯丝阻值下维持初始状态光照强度所需要的的电压值。光源电压控制信号即为控制芯片输出的一路PWM波，其为数字信号，当需要提高光源两端电压时，控制芯片提高PWM波的占空比，使DAC芯片的模拟电压输出增加，使光源光照强度得以维持。
由此，通过对光源的零点漂移进行补偿，使传感器的光源在长时间工作后依然能够以标准状态进行工作，可以提高传感器长时间工作后的准确性。
在一个可选例子中，步骤S130中在所述光源出现零点漂移的情况下，根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿的具体过程，可以参见以下示例性说明。
下面结合图5所示本发明的方法中根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S130中根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿的具体过程，可以包括：步骤S210至步骤S230。
步骤S210，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿。
可选地，可以结合图6所示本发明的方法中根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S210中根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿的具体过程，可以包括：步骤S310和步骤S320。
步骤S310，将所述光源参数与设定参数进行比较。
步骤S330，若所述光源参数与所述设定参数之间的差值的绝对值大于预设值，则确定所述第一光源驱动信号需要补偿。当然，若所述光源参数与所述设定参数之间的差值的绝对值不大于预设值，则确定所述第一光源驱动信号不需要补偿。
例如：控制芯片(即主控芯片)负责输出光源控制信号、输出光源电压信号以及检测光源回路中的电流。电流检测电路检测出光源回路中的电流，控制芯片根据检测到的信号，输出对应的光源电压数字信号，如输出数字信号，使DAC芯片的模拟量输出增大，进而补偿电流的降低；数模转换芯片负责将控制芯片输出的光源电压数字信号转换为模拟电压，进而控制光源两端电压，此芯片输出范围至少为0-5V；此模拟电压经过稳压电路稳压，稳压后给光源进行供电；控制芯片输出光源控制器信号，给到光源开关电路，从而控制光源电压的通断。
步骤S220，在所述第一光源驱动信号需要补偿的情况下，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值。
可选地，步骤S220中根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值，可以包括：根据设定的补偿关系确定第一光源驱动信号的补偿值的过程，具体可以包括：根据设定光源参数与设定补偿值之间的对应关系，将所述对应关系中与所述光源参数相同的设定光源参数对应的设定补偿值，确定为所述第一光源驱动信号的补偿值。
例如：可以根据电流检测电路的反馈，调整光源两端电压。电流检测电路即为一个小阻值电阻串联在光源与地之间，通过控制芯片的ADC端读取电阻两端电压，再通过欧姆定律计算出电流。控制芯片根据计算出的电流和电流理论值计算出补偿数值。例如：设电流理论值为I0，电流理论值I0为传感器初始工作时的电流；设电流检测结果为I1，若此时电源供电电压为V1，则需要使电压V大于V1方可使电流重回I0，关于V的计算是通过神经网络进行曲线拟合，找出I1、V1和V的关系。
由此，通过根据设定的补偿关系确定第一光源驱动信号的补偿值，确定方式更加简便且精准。
或者，步骤S220中所述控制单元根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值，还可以包括：根据光源参数增大或减小的幅度确定第一光源驱动信号的补偿值的过程，具体可以包括：根据所述光源参数与所述设定参数之间的差值，确定所述光源参数相对于所述设定参数的增大或减小幅度，并按该幅度确定所述第一光源驱动信号的调节值，以按该幅度对应地调节所述第一光源驱动信号。
其中，在所述光源参数可以包括流过所述光源的电流参数情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号。
在所述光源参数可以包括所述光源的电阻参数的情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号。
例如：电流检测电路是个串联在光源上小阻值电阻，控制芯片能够通过ADC端检测电阻两端电压，进而计算出电流(欧姆定律)。假设初始阶段电流为10ma，运行一段时间后电源钨丝蒸发阻值变大，但电源两端电压没变，则电流会降低，比如8ma，电流降低光源光强会下降，所以控制芯片控制DAC芯片输出一个较大的电压，使光源电压变大，光源电流重回10ma。
由此，通过根据光源参数增大或减小的幅度确定第一光源驱动信号的补偿值，确定方式更加高效。
步骤S230，根据所述补偿值对所述第一光源驱动信号进行补偿，以得到补偿后的第二光源驱动信号。
例如：控制芯片的ADC引脚连接至电流检测电路，可实现通过ADC转换电流检测电路两端的电压，即与光源串联的小阻值电阻电压，之后通过欧姆定律计算出流经电阻的电流，其与流经光源的电流大小相同。当电流出现下降，则控制芯片通过提高PWM波输出占空比(PWM输出与DAC芯片输入相连接，负责调解DAC芯片输出)，实现DAC芯片输出电压提升，进而使流经光源的电流恢复至初始状态，保证光源光强的稳定性。此系统是一个闭环调控系统，根据电流大小的反馈，控制芯片调解DAC芯片的输入，进而实现DAC芯片的变电压输出。
由此，通过在NDIR气体传感器中的光源出现零点漂移的情况下，对NDIR气体传感器中的光源进行零点漂移补偿，降低零点漂移对传感器数据的影响。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述传感器的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过对白炽灯的阻值进行监控，并对光照强度进行实时补偿，以控制光源的光照强度不变，对NDIR气体传感器中的光源进行零点漂移补偿，降低零点漂移对传感器数据的影响。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种光源零点补偿装置，其特征在于，包括：采样单元和控制单元；其中，
所述控制单元，用于向所述光源的驱动电路发送第一光源驱动信号，以驱动所述光源工作；
所述采样单元，用于在所述光源工作的情况下，采样所述光源的光源参数；
所述控制单元，用于根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，得到补偿后的第二光源驱动信号；并按补偿后的第二光源驱动信号控制所述光源继续工作。
2.根据权利要求1所述的光源零点补偿装置，其特征在于，所述光源参数，包括：流过所述光源的电流参数，或所述光源的电阻参数；
所述采样单元，包括：电流采样模块或电阻采样模块；其中，
所述电流采样模块，用于采样流过所述光源的电流参数；或者，
所述电阻采样模块，用于采样所述光源的电阻参数。
3.根据权利要求1或2所述的光源零点补偿装置，其特征在于，所述控制单元根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，包括：
根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿；
在所述第一光源驱动信号需要补偿的情况下，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值；
根据所述补偿值对所述第一光源驱动信号进行补偿，以得到补偿后的第二光源驱动信号。
4.根据权利要求3所述的光源零点补偿装置，其特征在于，所述控制单元根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿，包括：
将所述光源参数与设定参数进行比较；
若所述光源参数与所述设定参数之间的差值的绝对值大于预设值，则确定所述第一光源驱动信号需要补偿。
5.根据权利要求3所述的光源零点补偿装置，其特征在于，所述控制单元根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值，包括：
根据设定光源参数与设定补偿值之间的对应关系，将所述对应关系中与所述光源参数相同的设定光源参数对应的设定补偿值，确定为所述第一光源驱动信号的补偿值；
或者，
确定所述光源参数相对于所述设定参数的增大或减小幅度，并按该幅度确定所述第一光源驱动信号的调节值，以按该幅度对应地调节所述第一光源驱动信号；其中，
在所述光源参数包括流过所述光源的电流参数情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号；
在所述光源参数包括所述光源的电阻参数的情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号。
6.一种传感器，其特征在于，包括：如权利要求1至5中任一项所述的光源零点补偿装置。
7.一种传感器的光源零点补偿方法，其特征在于，包括：
向所述光源的驱动电路发送第一光源驱动信号，以驱动所述光源工作；
在所述光源工作的情况下，采样所述光源的光源参数；
根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，得到补偿后的第二光源驱动信号；并按补偿后的第二光源驱动信号控制所述光源继续工作。
8.根据权利要求7所述的传感器的光源零点补偿方法，其特征在于，所述光源参数，包括：流过所述光源的电流参数，或所述光源的电阻参数；
所述采样所述光源的光源参数，包括：
采样流过所述光源的电流参数；或者，采样所述光源的电阻参数。
9.根据权利要求7或8所述的传感器的光源零点补偿方法，其特征在于，根据所述光源参数对所述第一光源驱动信号进行补偿，包括：
根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿；
在所述第一光源驱动信号需要补偿的情况下，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值；
根据所述补偿值对所述第一光源驱动信号进行补偿，以得到补偿后的第二光源驱动信号。
10.根据权利要求9所述的传感器的光源零点补偿方法，其特征在于，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号是否需要补偿，包括：
将所述光源参数与设定参数进行比较；
若所述光源参数与所述设定参数之间的差值的绝对值大于预设值，则确定所述第一光源驱动信号需要补偿。
11.根据权利要求9所述的传感器的光源零点补偿方法，其特征在于，根据所述光源参数确定所述第一光源驱动信号的补偿值，包括：
根据设定光源参数与设定补偿值之间的对应关系，将所述对应关系中与所述光源参数相同的设定光源参数对应的设定补偿值，确定为所述第一光源驱动信号的补偿值；
或者，
确定所述光源参数相对于所述设定参数的增大或减小幅度，并按该幅度确定所述第一光源驱动信号的调节值，以按该幅度对应地调节所述第一光源驱动信号；其中，
在所述光源参数包括流过所述光源的电流参数情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号；
在所述光源参数包括所述光源的电阻参数的情况下，若所述光源参数大于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的增大幅度，对应地增大所述第一光源驱动信号；若所述光源参数小于所述设定参数，则按所述光源参数相对于所述设定参数的减小幅度，对应地减小所述第一光源驱动信号。
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