CN214472593U - 一种红外粉尘传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种红外粉尘传感器，包括红外检测电路。红外检测电路包括：光电转换模块，用于获取经待检测区域的粉尘作用后的红外光，并将红外光转换为光电流信号；对称跨阻抗放大模块，包括对称的第一跨阻抗放大电路与第二跨阻抗放大电路；第一跨阻抗放大电路用于接入并把光电流信号转换成为第一光电压信号；第二跨阻抗放大电路用于接入并把光电流信号转换成为第二光电压信号；第一与第二光电压信号的差构成差分光电压信号；差分放大模块用于接入并对差分光电压信号进行差分放大，得到反映待检测区域的粉尘状况的第一放大电压信号。提高整体电路对外部噪声的抗干扰能力，通过红外检测电路的多级放大结构，将光电流信号多级放大，提高测量精度。

Description

一种红外粉尘传感器

技术领域

本实用新型涉及颗粒物检测技术领域，特别是涉及一种红外粉尘传感器。

背景技术

随着整个社会对空气质量的要求越来越高，空气净化类产品不断升温，而红外粉尘传感器可以检测空气中粉尘的情况，便于空气净化类产品根据粉尘的情况调整工作时间与净化功率等。此外，在环境监控设备中，红外粉尘传感器也有着广泛的运用。

红外粉尘传感器使用红外光作为光源，通过向待检测区域发射红外光，而粉尘对红外光有散射作用，光电转换模块接收并转换散射后的红外光为电信号，后续信号处理电路对电信号加以分析，判断出待检测区域的粉尘情况。

由于经过转换后的电信号十分微弱，现有产品中的红外粉尘传感器往往通过设置信号放大电路对微弱的电信号加以放大处理，以便后续分析。但是现有技术存在着测量精度不高的问题。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种红外粉尘传感器。

本实用新型提供一种红外粉尘传感器，红外粉尘传感器包括红外发射电路以及红外检测电路，红外发射电路用于向待检测区域发射红外光，其特征在于，红外检测电路包括：光电转换模块，用于获取经待检测区域的粉尘作用后的红外光，并将经待检测区域的粉尘作用后的红外光转换为光电流信号；对称跨阻抗放大模块，包括对称的第一跨阻抗放大电路与第二跨阻抗放大电路；第一跨阻抗放大电路与光电转换模块连接，用于将光电流信号转换成为第一光电压信号；第二跨阻抗放大电路与光电转换模块连接，用于将光电流信号转换成为第二光电压信号；其中，第一光电压信号与第二光电压信号的差构成差分光电压信号；差分放大模块，与对称跨阻抗放大模块连接，用于对差分光电压信号进行差分放大，得到第一放大电压信号；其中，第一放大电压信号用于反映待检测区域的粉尘状况。

在其中一个实施例中，光电流信号包括第一光电流信号与第二光电流信号，第一光电流信号与第二光电流信号幅值相等、相位相反，对称跨阻抗放大模块还包括偏置电路，用于输出偏置电压；第一跨阻抗放大电路的正相输入端连接偏置电路，用于接入偏置电压；第一跨阻抗放大电路的反相输入端连接光电转换模块，用于接入第一光电流信号；第一跨阻抗放大电路用于将第一光电流信号转换成为第一光电压信号；第二跨阻抗放大电路的正相输入端连接偏置电路，用于接入偏置电压；第二跨阻抗放大电路的反相输入端连接光电转换模块，用于接入第二光电流信号；第二跨阻抗放大电路用于将第二光电流信号转换成为第二光电压信号；其中，第二跨阻抗放大电路与第一跨阻抗放大电路的信号增益相同。

在其中一个实施例中，第一跨阻抗放大电路包括：第一跨阻抗放大器以及第一负反馈器；第一跨阻抗放大器的正相输入端连接偏置电路，用于接入偏置电压；第一跨阻抗放大器的反相输入端连接光电转换模块，用于接入第一光电流信号；第一负反馈器连接在第一跨阻抗放大器的反相输入端以及第一跨阻抗放大器的输出端之间，用于对第一光电流信号进行电压转换以及设置第一跨阻抗放大电路的信号增益；第一跨阻抗放大器用于将第一负反馈器转换得到的电压进行放大，并输出第一光电压信号；

第二跨阻抗放大电路包括：第二跨阻抗放大器以及第二负反馈器；第二跨阻抗放大器的正相输入端连接偏置电路，用于接入偏置电压；第二跨阻抗放大器的反相输入端连接光电转换模块，用于接入第二光电流信号；第二负反馈器连接在第二跨阻抗放大器的反相输入端以及第二跨阻抗放大器的输出端之间，用于对第二光电流信号进行电压转换以及设置第二跨阻抗放大电路的信号增益；第二跨阻抗放大器用于将第二负反馈器转换得到的电压进行放大，并输出第二光电压信号；其中，第二跨阻抗放大器与第一跨阻抗放大器的参数相同，第二负反馈器与第一负反馈器的参数相同。

在其中一个实施例中，光电转换模块包括光电二极管，光电二极管串接在第一跨阻抗放大器的反相输入端与第二跨阻抗放大器的反相输入端之间，光电二极管用于获取经待检测区域的粉尘作用后的红外光，并将经待检测区域的粉尘作用后的红外光转换为第一光电流信号与第二光电流信号。

在其中一个实施例中，差分放大模块包括：差分放大电路以及第一滤波电路；差分放大电路的正相输入端连接第一跨阻抗放大电路的输出端，用于接入第一光电压信号；差分放大电路的反相输入端连接第二跨阻抗放大电路的输出端，用于接入第二光电压信号；差分放大电路用于对差分光电压信号进行差分放大，得到第一放大电压信号；第一滤波电路连接在差分放大电路的输出端与红外检测电路的地端之间，用于滤除第一放大电压信号中的噪声。

在其中一个实施例中，红外检测电路还包括同相放大模块，同相放大模块与差分放大模块连接，用于放大第一放大电压信号，得到第二放大电压信号；其中，第二放大电压信号用于反映待检测区域的粉尘状况。

在其中一个实施例中，同相放大模块包括：同相放大电路以及第二滤波电路；同相放大电路的正相输入端连接差分放大模块的输出端，用于接入第一放大电压信号；同相放大电路用于对第一放大电压信号进行放大，得到第二放大电压信号；第二滤波电路连接在同相放大电路的输出端与红外检测电路的地端之间，用于滤除第二放大电压信号中的噪声。

在其中一个实施例中，偏置电路包括：第一偏置电阻以及第二偏置电阻；第一偏置电阻的第一端与红外检测电路的电源端连接，第一偏置电阻的第二端与第二偏置电阻的第一端连接，还用于输出偏置电压；第二偏置电阻的第二端连接到地端。

在其中一个实施例中，红外粉尘传感器还包括信号处理电路，信号处理电路与红外检测电路连接，用于根据红外检测电路的输出信号，对待检测区域的粉尘状况进行分析。

上述红外粉尘传感器，通过光电转换模块将经过粉尘作用后的红外光转换为光电流信号，通过对称跨阻抗放大模块把光电流信号转换为差分光电压信号，提高了差分光电压信号的信噪比，差分放大模块接入并差分放大差分光电压，可将外部噪声带来的共模扰动消除，提高整体电路对外部噪声的抗干扰能力。通过红外检测电的多级放大结构，将较为微弱、难以直接分析的光电流信号多级放大，便于提取和分析其中的有用信号，提高测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例的红外检测电路的结构示意图；

图2为另一实施例的红外检测电路的结构示意图；

图3为又一实施例的红外检测电路的结构示意图；

图4为再一实施例的红外检测电路的结构示意图；

图5为一个实施例的红外粉尘传感器的结构示意图；

图6为电信号中脉冲幅值随粉尘大小变化的示意图；

图7为一个实施例的红外检测电路的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种红外粉尘传感器，红外粉尘传感器中包括红外发射电路100以及红外检测电路300，红外发射电路100用于向待检测区域发射红外光。红外粉尘传感器可应用于包括家庭、工厂等区域，起到检测区域内的粉尘情况的作用。待检测区域内包含着多个大小不等的粉尘20，红外发射电路100向待检测区域发射红外光，待检测区域中的粉尘20就会对红外光发生散射、反射等作用，导致红外光运动方向发生偏移等。

红外检测电路300包括光电转换模块310、对称跨阻抗放大模块330以及差分放大模块350。光电转换模块接收经过待检测区域的粉尘作用后的红外光，并可以把此红外光转换为光电流信号。光电转换模块中包括对光照强度变化敏感的光敏器件，在光照强度改变时，光敏器件的特性也会随之改变，并输出对应的电信号。

对称跨阻抗放大模块330包括对称的第一跨阻抗放大电路331以及第二跨阻抗放大电路333。第一跨阻抗放大电路331的输入端与光电转换模块310连接，用于接入光电流信号，得到第一光电压信号，第二跨阻抗放大电路333的输入端与光电转换模块310连接，用于接入光电流信号，得到第二光电压信号。对称的第一跨阻抗放大电路331以及第二跨阻抗放大电路333指的是第一跨阻抗放大电路331以及第二跨阻抗放大电路333具有相同的结构与特性。同时，根据欧姆定律，跨阻抗放大电路可通过内部阻抗的作用，使得电流信号转换为电压信号。此外，跨阻抗放大电路的信号增益与该电路输出信号的信噪比正相关，所以采用跨阻抗放大结构可以在保证高信号增益的同时提高信噪比。

差分放大模块350的输入端与对称跨阻抗放大模块330连接，用于接入第一光电压信号与第二光电压信号的差形成的差分光电压信号，并对差分光电压信号进行差分放大。第一光电压信号与第二光电压信号中包含有与粉尘状况有关的有效信号，也同时含有无用的噪声信号，若是还需要对信号进行放大而不做任何处理，噪声也将一并被放大了，这不利于提取有效信号。而经过实用新型人分析研究发现，外部噪声源对信号产生的是共模扰动，采用差分放大结构可以很好的消除共模扰动带来的噪声。而对称跨阻抗放大模块输出的第一光电压信号与第二光电压信号为幅值相等、大小相反的一对差分信号，将第一光电压与第二光电压的差构成的差分光电压信号进行差分放大，可以得到高共模抑制比的第一放大电压信号。

差分放大的结果为第一放大电压信号，第一放大电压信号用于反映待检测区域的粉尘状况。可以理解，红外光在受到粉尘作用后，部分红外光的方向会发生偏移，无法被光电转换模块310接收到，影响光电转换模块310输出的电信号的波形，所以光电流信号与待检测区域的粉尘状况有关，而第一放大电压信号是经过多级放大的光电流信号，所以第一放大电压信号也可反映待检测区域的粉尘状况。

上述红外检测电路300，通过光电转换模块310将经过粉尘作用后的红外光转换为光电流信号，通过对称跨阻抗放大模块把光电流信号转换为差分光电压信号，提高了差分光电压信号的信噪比，差分放大模块350接入并差分放大差分光电压，可将外部噪声带来的共模扰动消除，提高整体电路对外部噪声的抗干扰能力。通过红外检测电路300的多级放大结构，将较为微弱、难以直接分析的光电流信号多级放大，便于提取和分析其中的有用信号，提高测量精度。

具体地，在一个实施例中，光电转换模块310输出的光电流信号包括第一光电流信号与第二光电流信号，其中，第一光电流信号与第二光电流信号幅值相等，方向相反。请参阅图2，对称跨阻抗放大模块330还包括偏置电路335，用于输出偏置电压。为了保证对称跨阻抗放大模块稳定工作，需要为对称跨阻抗放大模块设置偏置电压。

第一跨阻抗放大电路331具有正相输入端以及反相输入端，第二跨阻抗放大电路333具有正相输入端以及反相输入端。偏置电路335的输出端与第一跨阻抗放大电路331的正相输入端以及第二跨阻抗放大电路333的正相输入端连接，将第一跨阻抗放大电路331与第二跨阻抗放大电路333的偏置电压设置为偏置电压。跨阻抗放大电路的输出电压与其偏置电压的值有关。所以将第一跨阻抗放大电路331与第二跨阻抗放大电路333的偏置电压设为相同的偏置电压，可以保证第一光电压信号与第二光电压信号具有相同的偏置。

光电转换模块310将第一光电流信号输出到第一跨阻抗放大电路的反相输入端，第一跨阻抗放大电路将第一光电流信号转换为第一光电压信号。光电转换模块310将第二光电流信号输出到第二跨阻抗放大电路反相输入端，第二跨阻抗放大电路333将第二光电流信号转换为第二光电压信号。其中，第一跨阻抗放大电路331的信号增益与第二跨阻抗放大电路333的信号增益相同，第一光电压信号与第二光电压信号的差即为差分光电压信号。经过相同信号增益将第一光电流信号转换为第一光电压信号，第二光电流信号转换第二光电压信号，第一光电压信号与第二光电压信号即可构成一对幅值相等、相位相反的差分信号。

如图2所示，为了得到相同的信号增益，在一个具体的实施例中，第一跨阻抗放大电路331包括第一跨阻抗放大器331A、第一负反馈器331B。跨阻抗放大器相较于传统的运算放大器，可以对信号进行低噪放大，提升信噪比。负反馈器可将电路或系统的输出作用到电路或系统的输入上，从而改变电路或系统的特性。

第一跨阻抗放大器331A的正相输入端连接偏置电路335，用于接入偏置电压。第一跨阻抗放大器331A的反相输入端连接光电转换模块310，用于接入第一光电流信号。第一负反馈器331B连接在第一跨阻抗放大器331A的反相输入端以及第一跨阻抗放大器331A的输出端之间，用于对第一光电流信号进行电压转换以及设置第一跨阻抗放大电路331的信号增益。第一跨阻抗放大器331A用于将第一负反馈器331B转换得到的电压进行放大，并输出第一光电压信号。

可以理解，第一跨阻抗放大器331A具有很大的输入阻抗，第一光电流信号仅有很小部分流入第一跨阻抗放大器331A内，绝大部分会经过第一负反馈器331B流到第一跨阻抗放大器331A的输出端，在一个实施例中，第一负反馈器331B包括电阻，根据欧姆定律，第一光电流信号经过第一负反馈器331B的电阻的作用，转换为电压信号，电压信号的幅值与第一负反馈器331B内的电阻阻值正相关，所以调整第一负反馈器331B的参数即可设置此电流电压信号转换过程的信号增益。第一跨阻抗放大器331A除了提供大输入阻抗外，还可为输出信号提供稳定的偏置，经过第一负反馈器331B转换得到的电压信号的电压等级由于第一跨阻抗放大器331A提供的偏置得到了放大，最后，第一跨阻抗放大器331A的输出端输出的信号即为第一光电压。

第二跨阻抗放大电路333包括第二跨阻抗放大器333A、第二负反馈器333B。第二跨阻抗放大器333A的正相输入端连接偏置电路335，用于接入偏置电压。第二跨阻抗放大器333A的反相输入端连接光电转换模块310，用于接入第二光电流信号。第二负反馈器333B连接在第二跨阻抗放大器333A的反相输入端以及第二跨阻抗放大器333A的输出端之间，用于对第二光电流信号进行电压转换以及设置第二跨阻抗放大电路333的信号增益。第二跨阻抗放大器333A用于将第二负反馈器333B转换得到的电压进行放大，并输出第二光电压信号。第二跨阻抗放大电路333内部的原理与上述第一跨阻抗放大电路331类似，可参照上述内容。

其中，第一跨阻抗放大器331A与第二跨阻抗放大器333A参数相同，第一负反馈器331B与第二负反馈器333B参数相同。根据上述跨阻抗放大电路的原理，将第一跨阻抗放大器331A与第二跨阻抗放大器333A选择为参数相同的跨阻抗放大器，第一负反馈器331B与第二负反馈器333B的参数也选择为相同的，即可得到信号增益相同的第一跨阻抗放大电路331与第二跨阻抗放大电路333。

在一个实施例中，将对称跨阻抗放大模块330的信号增益设置为远大于差分放大模块350的信号增益。根据对称跨阻抗放大模块330内的第一跨阻抗放大电路331与第二跨阻抗放大电路333的原理可知，这两个电路的信号增益与第一负反馈器331B或第二负反馈器333B内的电阻阻值正相关，而电阻内由布朗运动引起的热噪声幅值与电阻阻值的1/2次方呈正相关，将这两个关系进行比较可得到，第一跨阻抗放大电路331与第二跨阻抗放大电路333的信噪比应该与第一负反馈器331B与第二负反馈器333B中的电阻阻值的1/2次方呈正相关，所以采用跨阻抗放大结构可以同时得到信噪比高、信号增益大的输出信号。当整个红外检测电路300对信号的增益大部分来自于对称跨阻抗放大模块330时，可以进一步提高红外检测电路300输出信号的信噪比。

如图3所示，在一个实施例中，光电转换模块310包括光电二极管310A，光电二极管310A串接在第一跨阻抗放大器的反相输入端与第二跨阻抗放大器的反相输入端之间，用于获取经粉尘作用后的红外光，并转换为第一光电流信号与第二光电流信号。光电二极管310A在接收到光信号的输入时，会产生电流，将光电二极管310A的两端分别接到第一跨阻抗放大器的反相输入端与第二跨阻抗放大器的反相输入端，即可得到幅值相等、方向相反的第一光电流信号与第二光电流信号。

光电二极管310A的一端输出第一光电流信号到第一跨阻抗放大器的反相输入端，光电二极管310A的另一端输出第二光电流信号到第二跨阻抗放大器的反相输入端。根据虚短的原理可知，第一跨阻抗放大器的正相输入端与反相输入端之间电压相等，第二跨阻抗放大器的正相输入端与反相输入端之间电压相等，在将上述两个正相输入端同时设定为偏置电压时，光电二极管310A两端的电压也等于偏置电压，所以光电二极管310A的管压降为零，工作在零偏状态。可以理解，光电二极管310A的工作状态包括零偏状态以及反偏状态，光电二极管310A内的电流包括漏电流和与输入光电二极管310A的光信号有关的有效电流。工作在反偏状态时，光电二极管310A内的漏电流较大，在检测有效电流时，精度会受漏电流的影响。使光电二极管310A工作在零偏状态，可以使漏电流的影响降到最低，提高检测精度。此外，光电二极管的漏电流随温度的升高呈指数增长，降低漏电流同时也可以提高红外检测电路300的温度稳定性。

在一个实施例中，第一负反馈器331B包括：第一负反馈电阻以及第一负反馈电容。第一负反馈电阻与第一负反馈电容并联接在反相输入端与第一跨阻抗放大器331A的输出端之间，第一负反馈电阻用于设置第一跨阻抗放大器331A的信号增益，并将第一光电流信号转换为第一光电压信号，第一负反馈电容用于滤除第一光电压信号中的噪声增益。第二负反馈器333B包括：第二负反馈电阻以及第二负反馈电容。第二负反馈电阻与第二负反馈电容并联接在反相输入端与第二跨阻抗放大器的输出端之间，第二负反馈电阻用于设置第二跨阻抗放大器的信号增益，并将第二光电流信号转换为第二光电压信号，第二负反馈电容用于滤除第二光电压信号中的噪声增益。

可以理解，为了进一步提高对称跨阻抗放大模块输出信号的信噪比，第一负反馈器331B中包括第一负反馈电容，第二负反馈器333B中包括第二负反馈电容，通过电容消除第一光电压信号与第二光电压信号中的噪声增益。

同时，第一负反馈电阻与第二负反馈电阻的阻值相同，第一负反馈电容与第二负反馈电容的容值相同。为了保证第一跨阻抗放大电路331与第二跨阻抗电路的对称，第一负反馈器331B与第二负反馈器333B应当有着相同的结构与器件，故将第一负反馈电阻与第二负反馈电阻的阻值，第一负反馈电容与第二负反馈电容的容值设置为相同。

在一个实施例中，差分放大模块350包括：差分放大电路以及第一滤波电路。差分放大电路的正相输入端连接第一跨阻抗放大电路331的输出端，用于接入第一光电压信号。差分放大电路的反相输入端连接第二跨阻抗放大电路333的输出端，用于接入第二光电压信号。差分放大电路对第一光电压信号与第二光电压信号进行差分放大，输出第一放大电压信号。第一滤波电路连接在差分放大电路的输出端与红外检测电路300的地端之间，第一放大电压信号中的噪声可通过第一滤波电路流入到地端。在一个实施例中，差分放大电路中包括双端输入、单端输出的差分放大器以及多个电阻。

如图4所示，在一个实施例中，红外检测电路300还包括同相放大模块370，同相放大模块370的输入端与差分放大模块350的输出端连接，用于对第一放大电压信号进行放大，得到第二放大电压信号。其中，第二放大电压信号用于反映待检测区域的粉尘状况。

在不同的应用场景中，对信号增益的要求不同，同相放大模块370可以对信号进行进一步放大，使极小的粉尘的检测成为可能，提升了检测精度。在一个实施例中，同相放大电路中包括双端输入、单端输出的同相放大器以及多个电阻。

在一个实施例中，同相放大模块370包括同相放大电路与第二滤波电路，同相放大电路的正相输入端连接差分放大模块350的输出端，同相放大电路用于获取第一放大电压信号，并进一步放大，得到第二放大电压信号。第二滤波电路连接在同相放大电路的输出端与红外检测电路300的地端之间，用于滤除第二放大电压信号中的噪声。

在一个实施例中，同相放大模块370与差分放大模块350之间通过阻容耦合的方式连接。

通过阻容耦合的方式连接同相放大模块370与差分放大模块350，便于单独设置同相放大模块370的偏置，不受前级的影响，简化设计。

在有些实施例中，将上述任一实施例中的红外检测电路300对称布设在PCB板上。例如，将对称跨阻抗放大模块330中的第一跨阻抗放大电路331与第二跨阻抗放大电路333中的各元器件对称地设置在PCB上。

可以理解，将元器件对称布置，线路也采取对称印制，使噪声、电磁干扰等因素对电路的作用相互削弱或抵消，增加电路整体的抗干扰能力。

如图5所示，在一个实施例中，红外粉尘传感器还包括信号处理电路500，信号处理电路500与红外检测电路300连接，用于根据红外检测电路300的输出信号，对待检测区域的粉尘状况进行分析。

可以理解，红外检测电路300的输出信号是经过多级放大的光电流信号。红外光在受到较大的粉尘的作用时，光电转换模块310接收到的红外光也会相应的减少，与红外光对应的光电流也会相应的减小。一束连续的红外光在穿过待检测区域时，会受到不同粉尘的影响，粉尘越大，光电流就越小，如图6所示，转换而来的光电流信号中会包括多个幅值不同的脉冲。信号处理电路500即可根据脉冲的幅值，判断待检测区域的粉尘的大小。此外，待检测区域的粉尘浓度越大，红外光受到粉尘作用的次数也越多，因此光电流信号中的脉冲的数量也会因此提高。所以，信号处理电路500可以根据脉冲的数量判断待检测区域的粉尘的浓度。

图7示出了一个实施例的红外检测电路的电路原理图，请一并参阅图1至图5。光电转换模块310包括光电二极管D2。对称跨阻抗放大模块330中包括偏置电路335、第一跨阻抗放大电路331以及第二跨阻抗放大电路333。

偏置电路335包括电阻R23与电阻R24，电阻R23一端连接到VCC，另一端通过电阻R24连接到地端。偏置电路的Ref端输出偏置电压。可以理解，偏置电压的值可以通过调整电阻R23与电阻R24之间的比值改变。

第一跨阻抗放大电路331包括第一跨阻抗放大器U1D、第一负反馈电阻R1以及第一负反馈电容C1。第二跨阻抗放大电路333包括第二跨阻抗放大器U1C、第二负反馈电阻R2以及第一负反馈电容C2。第一跨阻抗放大器U1D的10端与第二跨阻抗放大器U1C的12端连接偏置电路，分别用于接入偏置电压。

光电二极管D2连接在第一跨阻抗放大器U1D的13端与第二跨阻抗放大器U1C的9端之间。光电二极管D2的In-端输出第一光电流信号到第一跨阻抗放大器U1C的12端，In+端输出第二光电流信号到第二跨阻抗放大器U1C的12端。根据运算放大器具有的虚短的原理，第一跨阻抗放大器U1D的9端与10端电压相等。同理，第二跨阻抗放大器U1C的12端与13端电压相等，且9端、10端、12端以及13端的电压都等于偏置电路Ref端的电压，光电二极管D2因此工作在零偏状态。第一光电流信号与第二光电流信号在同一支路中传输，但是方向相反，所以第一光电路信号与第二光电流信号的幅值相等、相位相反。

电阻R1与电容C1并联接在第一跨阻抗放大器U1D的13端与14端之间。由于第一跨阻抗放大器UID较大的输入阻抗，第一光电流信号仅有小部分会通过13端流入第一跨阻抗放大器U1D内，大部分第一光电流信号会流经电阻R1，根据欧姆定律，由于电阻R1的作用电流信号即可转换为电压信号。第一跨阻抗放大器U1D的输出的电压值与其12端所设置的偏置有关，可以用来放大经电阻R1转换来的电压信号的电压等级。经电阻R1转换而来的电压信号与第一跨阻抗放大器U1D输出的电压在14端叠加，成为第一光电压信号。在第一跨阻抗放大器U1D的负反馈回路上并联一个电容C1，可以改变信号的频率响应，使噪声增益衰减，达到滤波的效果。

电阻R2与电容C2并联接在第二跨阻抗放大器U1C的8端与9端之间。此部分工作原理与第一跨阻抗放大电路类似，可参照上述内容。

差分放大模块350包括差分放大电路与第一滤波电路。差分放大电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6以及差分放大器U1B。差分放大器U1B的5端通过电阻R4连接到第一跨阻抗放大器U1D的14端以及通过电阻R5连接到GNDA端(地端)。差分放大器U1B的6端通过电阻R3连接到第二跨阻抗放大器U1C的8端以及通过电阻R6连接到差分放大器U1B的7端。其中电阻R3的阻值等于电阻R4的阻值，其中电阻R5的阻值等于电阻R6的阻值。本实施例中的差分放大电路与传统差分放大电路的工作原理类似。8端与14端的电压信号为一对差分信号，这两端的电压信号的差为差分光电压信号，差分光电压信号经过差分放大后从7端输出，成为第一放大电压信号。其中，从差分光电压信号增益到第一放大电压信号的信号增益与电阻R6和电阻R3阻值之间的比值或电阻R4和电阻R5之间的比值呈正相关。因此，可以根据需要调整电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻R6的阻值以获得理想的信号增益。在一个实施例中，信号处理电路500用于接入并根据第一放大电压信号分析待检测区域的粉尘状况。

第一滤波电路包括电阻R9、电容C5以及电容C17。差分放大器U1B的输出端通过电阻R9与第一电容器组的一端连接，第一电容器组的另一端连接到GNDA端。第一电容器组包括并联的电容C5以及电容C17。第一滤波电路可以将部分交流噪声导入GNDA端中，提升第一放大电压信号的信噪比。

为了探测到极其微小的粉尘，在一个实施例中，红外检测电路300还设置了与差分放大模块350连接的同相放大模块370，对第一放大电压信号进行进一步放大。同相放大模块370包括同相放大电路以及第二滤波电路。同相放大电路包括电阻R10、电阻R11、电容C4以及同相放大器U1A。同相放大器U1A的3端通过电容C3连接到7端，并通过电阻R8连接到VCC，还通过电阻R7连接到GNDA端。同相放大器U1A的2端通过并联的电阻R11与电容C4连接到同相放大器U1A的1端，还通过电阻R10连接到GNDA端。第二滤波电路包括电阻R12、电容C6以及电容C18。同相放大器U1A的1端通过电阻R12与第二电容器组的一端连接，第二电容器组的另一端连接到地端。第二电容器组包括并联的电容C6、电容C18。AD0端输出的为第二放大电压信号，可与信号处理电路500的输入端连接。第二放大电压信号用于指示信号处理电路500分析待检测区域的粉尘状况。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种红外粉尘传感器，所述红外粉尘传感器包括红外发射电路以及红外检测电路，所述红外发射电路用于向待检测区域发射红外光，其特征在于，所述红外检测电路包括：

光电转换模块，用于获取经所述待检测区域的粉尘作用后的红外光，并将所述经所述待检测区域的粉尘作用后的红外光转换为光电流信号；

对称跨阻抗放大模块，包括对称的第一跨阻抗放大电路与第二跨阻抗放大电路；所述第一跨阻抗放大电路与所述光电转换模块连接，用于将所述光电流信号转换成为第一光电压信号；所述第二跨阻抗放大电路与所述光电转换模块连接，用于将所述光电流信号转换成为第二光电压信号；其中，所述第一光电压信号与所述第二光电压信号的差构成差分光电压信号；

差分放大模块，与所述对称跨阻抗放大模块连接，用于对所述差分光电压信号进行差分放大，得到第一放大电压信号；其中，所述第一放大电压信号用于反映待检测区域的粉尘状况。

2.根据权利要求1所述的红外粉尘传感器，其特征在于，所述光电流信号包括第一光电流信号与第二光电流信号，所述第一光电流信号与所述第二光电流信号幅值相等、相位相反，所述对称跨阻抗放大模块还包括偏置电路，用于输出偏置电压；

所述第一跨阻抗放大电路的正相输入端连接所述偏置电路，用于接入所述偏置电压；所述第一跨阻抗放大电路的反相输入端连接所述光电转换模块，用于接入所述第一光电流信号；所述第一跨阻抗放大电路用于将所述第一光电流信号转换成为所述第一光电压信号；

所述第二跨阻抗放大电路的正相输入端连接所述偏置电路，用于接入所述偏置电压；所述第二跨阻抗放大电路的反相输入端连接所述光电转换模块，用于接入所述第二光电流信号；所述第二跨阻抗放大电路用于将所述第二光电流信号转换成为所述第二光电压信号；其中，所述第二跨阻抗放大电路与所述第一跨阻抗放大电路的信号增益相同。

3.根据权利要求2所述的红外粉尘传感器，其特征在于，所述第一跨阻抗放大电路包括：第一跨阻抗放大器以及第一负反馈器；

所述第一跨阻抗放大器的所述正相输入端连接所述偏置电路，用于接入所述偏置电压；所述第一跨阻抗放大器的反相输入端连接所述光电转换模块，用于接入所述第一光电流信号；所述第一负反馈器连接在所述第一跨阻抗放大器的反相输入端以及所述第一跨阻抗放大器的输出端之间，用于对所述第一光电流信号进行电压转换以及设置所述第一跨阻抗放大电路的信号增益；所述第一跨阻抗放大器用于将所述第一负反馈器转换得到的电压进行放大，以输出第一光电压信号；

所述第二跨阻抗放大电路包括：第二跨阻抗放大器以及第二负反馈器；

所述第二跨阻抗放大器的所述正相输入端连接所述偏置电路，用于接入所述偏置电压；所述第二跨阻抗放大器的所述反相输入端连接所述光电转换模块，用于接入所述第二光电流信号；所述第二负反馈器连接在所述第二跨阻抗放大器的反相输入端以及所述第二跨阻抗放大器的输出端之间，用于对所述第二光电流信号进行电压转换以及设置所述第二跨阻抗放大电路的信号增益；所述第二跨阻抗放大器用于将所述第二负反馈器转换得到的电压进行放大，以输出第二光电压信号；其中，所述第二跨阻抗放大器与所述第一跨阻抗放大器的参数相同，所述第二负反馈器与所述第一负反馈器的参数相同。

4.根据权利要求3所述的红外粉尘传感器，其特征在于，所述光电转换模块包括光电二极管，所述光电二极管串接在所述第一跨阻抗放大器的反相输入端与所述第二跨阻抗放大器的反相输入端之间，所述光电二极管用于获取经所述待检测区域的粉尘作用后的红外光，并将所述经所述待检测区域的粉尘作用后的红外光转换为所述第一光电流信号与所述第二光电流信号。

5.根据权利要求2所述的红外粉尘传感器，其特征在于，所述差分放大模块包括：差分放大电路以及第一滤波电路；

所述差分放大电路的正相输入端连接所述第一跨阻抗放大电路的输出端，用于接入所述第一光电压信号；所述差分放大电路的反相输入端连接所述第二跨阻抗放大电路的输出端，用于接入所述第二光电压信号；所述差分放大电路用于对所述差分光电压信号进行差分放大，得到所述第一放大电压信号；

所述第一滤波电路连接在所述差分放大电路的输出端与所述红外检测电路的地端之间，用于滤除所述第一放大电压信号中的噪声。

6.根据权利要求1所述的红外粉尘传感器，其特征在于，还包括同相放大模块，所述同相放大模块与所述差分放大模块连接，用于放大所述第一放大电压信号，得到第二放大电压信号；其中，所述第二放大电压信号用于反映待检测区域的粉尘状况。

7.根据权利要求6所述的红外粉尘传感器，其特征在于，所述同相放大模块包括：同相放大电路以及第二滤波电路；

所述同相放大电路的正相输入端连接所述差分放大模块的输出端，用于接入所述第一放大电压信号；所述同相放大电路用于对所述第一放大电压信号进行放大，得到所述第二放大电压信号；

所述第二滤波电路连接在所述同相放大电路的输出端与所述红外检测电路的地端之间，用于滤除所述第二放大电压信号中的噪声。

8.根据权利要求7所述的红外粉尘传感器，其特征在于，所述同相放大模块与所述差分放大模块之间采用阻容耦合的方式连接。

9.根据权利要求2所述的红外粉尘传感器，其特征在于，所述偏置电路包括第一偏置电阻以及第二偏置电阻；所述第一偏置电阻的第一端与红外检测电路的电源端连接，所述第一偏置电阻的第二端与所述第二偏置电阻的第一端连接，还用于输出所述偏置电压；所述第二偏置电阻的第二端连接到地端。

10.根据权利要求1所述的红外粉尘传感器，其特征在于，还包括信号处理电路，所述信号处理电路与所述红外检测电路连接，用于根据所述红外检测电路的输出信号，对所述待检测区域的粉尘状况进行分析。

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