CN218546513U - 一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路，属于检测电路技术领域；解决了现有的采用吸光光度分析法进行检测的光驱动和检测电路存在光源信号不稳定及信号检测电路精度低的问题，包括设置在环境分析设备中进行吸光光度分析检测之前的用于光源信号检测的光驱动电路和用于信号检测放大的微电流检测电路，所述光驱动电路的输入端连接光电管，将光信号转化为电流信号，所述光驱动电路的输出端连接微电流检测电路的输入端，所述微电流检测电路将电流信号转化为电压信号，通过输出端将信号发送至控制器；本实用新型应用于环境分析设备。

Description

一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路

技术领域

本实用新型提供了一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路，属于检测电路技术领域。

背景技术

随着各地区不断出现不同程度的水、气、噪声等环境污染事件，环境分析设备已经广泛应用于日常生活中，环境分析设备是用来连续测定气体和蒸汽或水质中检测物质的相对浓度的，广泛用于化工、石油、治金等工业及环保、农业、医疗卫生等部门。适用于大气污染监测；氮气控制（排放测量）；石油、化工等流程控制；农业科研和医疗卫生。可派生出水中油分分析器、总有机碳分析器器（TOC）、金属中元素(O2、C、S）分析器、渗碳红外分析器、SO2分析仪、NOX分析仪等成套装置。现有的环境分析设备中一般采用吸光光度分析法对样品进行定量分析，其需要稳定的光源信号和高精度的信号检测放大电路才能够对样品进行精确分析，但是现有的采用吸光光度分析法进行检测的光驱动和检测电路存在光源信号不稳定及信号检测电路精度低的问题，信号会随着温度的变化产生漂移，造成分析结果不准确。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有的采用吸光光度分析法进行检测的光驱动和检测电路存在光源信号不稳定及信号检测电路精度低的问题，提出了一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路，包括设置在环境分析设备中进行吸光光度分析检测之前的用于光源信号检测的光驱动电路和用于信号检测放大的微电流检测电路，所述光驱动电路的输入端连接光电管，将光信号转化为电流信号，所述光驱动电路的输出端连接微电流检测电路的输入端，所述微电流检测电路将电流信号转化为电压信号，通过输出端将信号发送至控制器。

所述光驱动电路具体采用双路光源驱动电路，分别采用两个恒流源芯片连接两路光源，其中一路光源为计量光源，另一路光源为测量光源。

两个所述恒流源芯片均采用型号为LM334MX/NOPB的恒流源，其中第一恒流源芯片的V+引脚连接+12V电源，第一恒流源芯片的V-引脚串接二极管D1后并接电阻R9的一端、拨码开关的1脚，电阻R9的另一端并接电阻R8的一端、第一恒流源芯片的R引脚，电阻R8的另一端连接拨码开关的6脚；

拨码开关的1脚串联电阻R15后与拨码开关的2脚、4脚并接，拨码开关的3脚并接5脚，其中3脚还串联电阻R16后与拨码开关的4脚相连，5脚还串联电阻R17后与拨码开关的6脚相连；

拨码开关的7脚并接9脚，其中7脚还串联电阻R12后与拨码开关的8脚相连，9脚还串联电阻R13后与拨码开关的10脚、12脚相连，拨码开关的11脚串联电阻R14后与拨码开关的10脚、12脚相连；

拨码开关的8脚串联电阻R10后并接电阻R11的一端、第二恒流源芯片的R引脚，电阻R11的另一端并接二极管D2的负极、拨码开关的11脚，二极管D2的正极引脚连接第二恒流源芯片的V-引脚，第二恒流源芯片的V+引脚连接+12V电源；

其中第一恒流源芯片的V-、V+引脚还分别连接有计量光源，第二恒流源芯片的V-、V+引脚还分别连接有测量光源。

所述微电流检测电路包括电流电压转换电路、增益可调信号放大回路、低通滤波器。

所述微电流检测电路的结构如下：

微电流检测电路的输入端为放大器U1A的反相输入端，连接光驱动电路输出的电流信号，所述放大器U1A的同相输入端连接负电源接地，所述放大器U1A的反相输入端还并接有电阻R1的一端、电容C1的一端，所述电阻R1的另一端、电容C1的另一端与放大器U1A的输出端、电阻R6的一端并接，所述放大器U1A的正电源并接5V电源和电容C2的一端，电容C2的另一端接地；

所述电阻R6的另一端并接电容C5的一端、放大器U1B的同相输入端，电容C5的另一端接地，所述放大器U1B的反相输入端并接电阻R3的一端、电阻R2的一端，电阻R3的另一端串接可调电阻VR1后接地，电阻R2的另一端并接放大器U1B的输出端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端并接电阻R5的一端、电阻R7的一端，电阻R5的另一端并接电容C4的一端、电容C3的一端后接入控制器的IO端，电阻R7的另一端并接电容C4的另一端、电容C3的另一端后接地。

本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型提供的用于环境分析设备的光驱动和检测电路采用恒流源作为光源驱动电路，产生稳定的光源，同时将微弱的电流信号准确的放大，不存在传统放大电路中分压电路，避免了共模电压对检测电路的影响，同时采用电阻较少，克服了传统放大电路由于采用过多分压电阻和多路电阻耦合误差而导致的检测精度不足的问题。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型的双路光源驱动电路的原理图；

图2为本实用新型微电流检测电路的原理图。

具体实施方式

如图1至图2所示，本实用新型提出了一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路，包括设置在环境分析设备中进行吸光光度分析检测之前的用于光源信号检测的光驱动电路和用于信号检测放大的微电流检测电路，所述光驱动电路的输入端连接光电管，将光信号转化为电流信号，所述光驱动电路的输出端连接微电流检测电路的输入端，所述微电流检测电路将电流信号转化为电压信号，通过输出端将信号发送至控制器。

所述光驱动电路具体采用双路光源驱动电路，分别采用两个恒流源芯片连接两路光源，其中一路光源为计量光源，另一路光源为测量光源。

两个所述恒流源芯片均采用型号为LM334MX/NOPB的恒流源，其中第一恒流源芯片的V+引脚连接+12V电源，第一恒流源芯片的V-引脚串接二极管D1后并接电阻R9的一端、拨码开关的1脚，电阻R9的另一端并接电阻R8的一端、第一恒流源芯片的R引脚，电阻R8的另一端连接拨码开关的6脚；

拨码开关的1脚串联电阻R15后与拨码开关的2脚、4脚并接，拨码开关的3脚并接5脚，其中3脚还串联电阻R16后与拨码开关的4脚相连，5脚还串联电阻R17后与拨码开关的6脚相连；

拨码开关的7脚并接9脚，其中7脚还串联电阻R12后与拨码开关的8脚相连，9脚还串联电阻R13后与拨码开关的10脚、12脚相连，拨码开关的11脚串联电阻R14后与拨码开关的10脚、12脚相连；

拨码开关的8脚串联电阻R10后并接电阻R11的一端、第二恒流源芯片的R引脚，电阻R11的另一端并接二极管D2的负极、拨码开关的11脚，二极管D2的正极引脚连接第二恒流源芯片的V-引脚，第二恒流源芯片的V+引脚连接+12V电源；

其中第一恒流源芯片的V-、V+引脚还分别连接有计量光源，第二恒流源芯片的V-、V+引脚还分别连接有测量光源。其中计量光源具体采用型号为L-7113SF4C，测量光源具体采用型号为L-7113SEC-E。

所述微电流检测电路包括电流电压转换电路、增益可调信号放大回路、低通滤波器。

所述微电流检测电路的结构如下：

微电流检测电路的输入端为放大器U1A的反相输入端，连接光驱动电路输出的电流信号，所述放大器U1A的同相输入端连接负电源接地，所述放大器U1A的反相输入端还并接有电阻R1的一端、电容C1的一端，所述电阻R1的另一端、电容C1的另一端与放大器U1A的输出端、电阻R6的一端并接，所述放大器U1A的正电源并接5V电源和电容C2的一端，电容C2的另一端接地；

所述电阻R6的另一端并接电容C5的一端、放大器U1B的同相输入端，电容C5的另一端接地，所述放大器U1B的反相输入端并接电阻R3的一端、电阻R2的一端，电阻R3的另一端串接可调电阻VR1后接地，电阻R2的另一端并接放大器U1B的输出端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端并接电阻R5的一端、电阻R7的一端，电阻R5的另一端并接电容C4的一端、电容C3的一端后接入控制器的IO端，电阻R7的另一端并接电容C4的另一端、电容C3的另一端后接地。其中放大器U1A和U1B均采用型号为MCP602的运算放大器。

本实用新型适用于采用吸光光度分析法的环境分析设备对样品进行定量分析时，需要稳定的光源信号和高精度的信号检测放大电路。本实用新型采用恒流源作为光源驱动电路，产生稳定的光源。采用光电管将光信号转化为电流信号，提出了基于LM334MX/NOPB的可调电流恒流源电路，如图1所示，采用拨码开关根据不同的拨码，串联电阻的大小会变化，即通过控制电阻R12、R13、R14、R8的串联方式，确定计量光源驱动电流值；通过控制电阻R15、R16、R17、R10的串联方式，确定测量光源驱动电流值；通过调整R9/R8实现测量信号零温漂，调整R11/R10实现计量信号零温漂。从而调节驱动电流大小。长时间使用光源会衰减，根据衰减程度不通，调节不同的拨码，等到拨码调节到最小，光源作废，需要重新更换光源。

本实用新型的微电流信号检测电路，如图2所示，包括：电流电压转换电路，将电流信号转换成电压信号，供电压放大器处理；低通滤波器，滤除工作频率信号外的噪声；增益可调信号放大回路，对工作频率信号进行放大。本实用新型通过微电流信号检测电路能够将微安级的电流信号转换为1-5V的电压信号发送给单片机或PLC等控制器的IO接口，为后续环境分析设备进行吸光光度分析检测待测物质提供精确的数据。

本实用新型提出的微电流信号检测电路可以提供稳定的光源驱动电路，同时将微弱的电流信号准确的放大，不存在传统放大电路中分压电路，避免了共模电压对检测电路的影响，同时采用电阻较少，克服了传统放大电路由于采用过多分压电阻和多路电阻耦合误差而导致的检测精度不足的问题。

关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路，其特征在于：包括设置在环境分析设备中进行吸光光度分析检测之前的用于光源信号检测的光驱动电路和用于信号检测放大的微电流检测电路，所述光驱动电路的输入端连接光电管，将光信号转化为电流信号，所述光驱动电路的输出端连接微电流检测电路的输入端，所述微电流检测电路将电流信号转化为电压信号，通过输出端将信号发送至控制器。

2.根据权利要求1所述的一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路，其特征在于：所述光驱动电路具体采用双路光源驱动电路，分别采用两个恒流源芯片连接两路光源，其中一路光源为计量光源，另一路光源为测量光源。

3.根据权利要求2所述的一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路，其特征在于：两个所述恒流源芯片均采用型号为LM334MX/NOPB的恒流源，其中第一恒流源芯片的V+引脚连接+12V电源，第一恒流源芯片的V-引脚串接二极管D1后并接电阻R9的一端、拨码开关的1脚，电阻R9的另一端并接电阻R8的一端、第一恒流源芯片的R引脚，电阻R8的另一端连接拨码开关的6脚；

拨码开关的1脚串联电阻R15后与拨码开关的2脚、4脚并接，拨码开关的3脚并接5脚，其中3脚还串联电阻R16后与拨码开关的4脚相连，5脚还串联电阻R17后与拨码开关的6脚相连；

拨码开关的7脚并接9脚，其中7脚还串联电阻R12后与拨码开关的8脚相连，9脚还串联电阻R13后与拨码开关的10脚、12脚相连，拨码开关的11脚串联电阻R14后与拨码开关的10脚、12脚相连；

拨码开关的8脚串联电阻R10后并接电阻R11的一端、第二恒流源芯片的R引脚，电阻R11的另一端并接二极管D2的负极、拨码开关的11脚，二极管D2的正极引脚连接第二恒流源芯片的V-引脚，第二恒流源芯片的V+引脚连接+12V电源；

其中第一恒流源芯片的V-、V+引脚还分别连接有计量光源，第二恒流源芯片的V-、V+引脚还分别连接有测量光源。

4.根据权利要求1所述的一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路，其特征在于：所述微电流检测电路包括电流电压转换电路、增益可调信号放大回路、低通滤波器。

5.根据权利要求4所述的一种用于环境分析设备的光驱动和检测电路，其特征在于：所述微电流检测电路的结构如下：

微电流检测电路的输入端为放大器U1A的反相输入端，连接光驱动电路输出的电流信号，所述放大器U1A的同相输入端连接负电源接地，所述放大器U1A的反相输入端还并接有电阻R1的一端、电容C1的一端，所述电阻R1的另一端、电容C1的另一端与放大器U1A的输出端、电阻R6的一端并接，所述放大器U1A的正电源并接5V电源和电容C2的一端，电容C2的另一端接地；

所述电阻R6的另一端并接电容C5的一端、放大器U1B的同相输入端，电容C5的另一端接地，所述放大器U1B的反相输入端并接电阻R3的一端、电阻R2的一端，电阻R3的另一端串接可调电阻VR1后接地，电阻R2的另一端并接放大器U1B的输出端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端并接电阻R5的一端、电阻R7的一端，电阻R5的另一端并接电容C4的一端、电容C3的一端后接入控制器的IO端，电阻R7的另一端并接电容C4的另一端、电容C3的另一端后接地。

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