CN2731442Y - 红外co2测试仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种红外CO2测试仪，包括信号采集装置、自校正电路、放大和滤波电路、A/D转换器、单片机及显示器；信号采集装置由空气采集室、光源、滤波片、传感器构成，空气采集室由透气薄膜包围，光源、传感器分别设置于空气采集室的两端，传感器前端设置滤波片。该仪器结构简单、价格低廉，对监测环境要求低，适用范围广，可以满足农业、工业、环保、日常生活中的CO2浓度测试的需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种CO2浓度测试仪器，具体说是一种红外CO2测试仪。
背景技术
CO2浓度在工业、农业、环保、医疗卫生等方面都是一个重要的参数，随着技术的发展和人们生活水平的提高，对CO2浓度的检测越来越受到人们的重视。现在国内市场上的红外CO2测试仪主要是国外的产品，这些测试仪多数采用红外传感器，有的采用电-化学传感器，它们一般具有较高的精度，属于成分分析仪表。由于这些产品追求高精度和高分辨洌，因此开发成本和制造成本高，价格过于昂贵，使它们难以在工、农、环保和日常消费中广泛应用。事实上，工、农、环保和日常消费应用中，并不要求很高的精度和很高的分辨率，但是要求较低的价格。有的产品，结构复杂，例如采用了内置泵、封闭气室等机械部件，给维修和使用带来不便，同时也提高了仪表的成本和价格；产品缺少对于空气流动的防护措施，因此对使用环境有比较严格的要求，难以在工业、农业、矿山等等环境较为恶劣的场合使用；所使用的传感器，没有从屏蔽电磁波和隔热两方面考虑传感器的封装，因此为了克服电气干扰和环境温度的变化不得不增加硬件和软件的开销，提高了仪表的成本和价格。目前市场上没有一种既能满足普通CO2浓度测试，又结构简单、价格低廉的CO2测试仪。
实用新型内容
对于农业、工业、环保、日常消费应用中的CO2浓度测试，并不要求测试仪的分辨率和精度有太高的水平，所以用不到使用价格昂贵的分析仪表。本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单、价格低廉的红外CO2测试仪，以满足农业、工业、环保、日常消费应用中的CO2浓度测试的需要。
本实用新型红外CO2测试仪，包括信号采集装置、自校正电路、放大和滤波电路、A/D转换器、单片机及显示器；信号采集装置与自校正电路相联，自校正电路连接放大和滤波电路，放大和滤波电路经A/D转换器与单片机连接，显示器与单片机相联。信号采集装置负责采集空气中的CO2的浓度信号，然后输入到自校正电路进一步克服环境温度变化引起的工作点漂移，经过校正的信号然后送入放大和滤波电路进行电信号放大，并且由滤波电路滤除工频和其它频率的干扰信号，得到有效的CO2浓度信号输入给A/D转换器，由A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，单片机对CO2的数字信号进行进一步的数字滤波和处理，获得CO2的浓度信息，在显示器上显示测试的结果，并发出控制信号，控制信号控制报警装置或换气装置。
信号采集装置由空气采集室、光源、滤波片、传感器构成，空气采集室由透气薄膜包围，光源、传感器分别设置于空气采集室的两端，传感器前端设置滤波片，传感器连接自校正电路。
为了避免传感器受到环境温度变化的影响，还可以给传感器加装塑料温度隔离防护盒，即传感器有内外两层封装，内层为金属封装，外层为塑料封装，内外层之间有空气。传感器置于防护盒内部，周身被塑料密封，只有滤波片暴露在红外光下，隔离了金属外壳对温度的传导作用，塑料封装和金属封装之间的空气层由于热传导性低更加强了隔热作用，从而大大地降低了环境温度变化对测量的影响。经过这样改造，传感器具有了金属和塑料双层封装，塑料隔热层有效地克服了环境温度变化的影响，同时又保留了金属封装屏蔽电磁干扰的能力。
塑料封装有效地克服了环境温度变化对测试仪的影响，但是并不是百分之百地克服。从热释电器件得到的CO2信号极其微弱，温漂、零漂以及干扰信号还是存在的，为获得正确的CO2信号，在多级放大的基础上加入了自校正电路，使运放工作点自动校正，达到克服温漂、零漂的目的。所述的自校正电路由由四级运放电路组成，第一级两只运放完成对信号的取样。第二级运放配合RC滤波完成信号的自适应取样，第三、四级运放完成对信号的差模放大。该电路对温漂、零、信号的波动均能实现自适应抑制，使电路自动工作在线性放大状态。
附图说明
图1、为本实用新型红外CO2测试仪结构示意图；
图2、为信号采集装置结构示意图；
图3、加装塑料温度隔离防护盒的传感器结构示意图；
图4、为自校正电路图；
图5、为系统主程序框图；
图6、为采样程序框图；
图7、为采样一次程序框图；
图8、为工频干扰滤波电路图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
实施例：
如图1所示，本实用新型红外CO2测试仪包括信号采集装置、自校正电路、放大和滤波电路、A/D转换器、单片机及显示器；信号采集装置与自校正电路相联，自校正电路连接放大和滤波电路，放大和滤波电路经A/D转换器与单片机连接，显示器与单片机相联。
如图2所示，信号采集装置由空气采集室1、光源2、滤波片3、传感器4构成，空气采集室1由透气薄膜包围，光源2、传感器4分别设置于空气采集室1的两端，传感器4前端设置滤波片3，传感器4连接自校正电路。光源采用普通手电灯灯泡，用反光罩将灯光聚焦到距离120mm左右的传感器表面的滤波片上，聚焦距离太短会降低测试灵敏度。聚焦成的光斑直径应稍大于滤波片窗口。传感器采用上海尼塞拉公司的双元热释电红外传感器，表面安装4.25μm滤波片。然后如图3所示，在传感器外部再装上塑料隔热防护盒，即传感器有内外两层封装，内层为金属封装，外层为塑料封装，内外层之间有空气。透气薄膜使用水汽透过率从5000克-8000克/M2，25-40g/m2克重的产品。
如图4所示，所述的自校正电路由由四级运放电路组成，第一级两只运放完成对信号的取样。第二级运放配合RC滤波完成信号的自适应取样，第三、四级运放完成对信号的差模放大。
放大电路是一般的放大器，由于线路不可避免地受到工频干扰，所以电路中包括对工频干扰的滤波线路，如图8所示。该滤波电路也可以移到A/D转换器的输入端，具体放在何处，应视效果而定。
信号采集装置负责采集空气中的CO2的浓度信号，然后输入到自校正电路进一步克服环境温度变化引起的工作点漂移，经过校正的信号然后送入放大和滤波电路进行电信号放大，并且由滤波电路滤除工频和其它频率的干扰信号，得到有效的CO2浓度信号输入给A/D转换器，由A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，单片机对CO2的数字信号进行进一步的数字滤波和处理，获得CO2的浓度信息，在显示器上显示测试的结果，并发出控制信号，控制信号控制报警装置或换气装置。
红外CO2测试仪内部程序：
本实用新型开发的红外CO2测试仪实际上是一个采样控制系统。软件的任务主要包括：
控制光源以最佳的频率开关，以便获得理想的信号波形。
以适当的采样频率采样，以便获得准确的采样结果。
由于信号如图7所示存在最大值得，所以要用软件求取信号的最大值。
虽然硬件已经进行过滤波处理，但是信号中不可避免地还存在干扰，所以需要进行软件数字滤波。
为了进一步克服环境温度变化对采样结果的影响，对环境温度定时采样，并且根据当时的环境温度，对采样结果进行温度补偿。
对数字信号进行标度变换，转换成用户熟悉的百分比表示的CO2浓度信息，并且在LED显示器上显示。
对采样信号和设定值进行比较，根据一定的算法求到控制信号，并且从单片机的I/O口输出给用户使用。
如图5所示系统主程序负责协调上述各项任务。系统开始工作后，首先关闭中断，以免干扰信号中断系统工作，然后进行系统初始化，对系统资源和输入输出口进行设置，对工作变量赋初值，然后系统进行自检，自检成功后开始周而复始的采样和控制工作。
为了便于对数据进行处理，对CO2信号每采4个量再进行各种处理。
如图6所示采样程序。包括对光源的开关控制，为了控制光源开或关的持续时间，分别为它们设置了单独的计数器，改变计数器的值，就可以改变光源开或关的持续时间，即光源的工作频率。光源接通后，就开始对信号连续采样，为了既保证采样数据的准确性，又不致使数据量太大，前后2次采样之间安排了一定的延时，该延时时间是决定采样周期的，同样是通过实验反复整定的，使系统采集到了反映信号原来面目的足够的信息。
表1 对某个信号波形采样的数据
| 采样次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 采样数据 | 03 | 17 | 61 | BB | F8 | F7 | EB | C0 | 73 | 2E | 1C | 10 | 03 |
表1对某个信号波形采样的数据，显然，采样数据很正确的反映了模拟信号的真实情况。
每采到一个新的实践，就调用求最大值程序，并且把最大值及时保存，供后面的滤波和温度补偿程序使用。
如图5所示，采样一次程序主要是对A/D转换器的设置和控制。
本本实用新型红外CO2测试仪还具有控制能力，它将测试到的CO2浓度和理想值(即设定值)进行比较，当测试值高于设定值时，表示空气中的CO2浓度已经过高，可以发出一个控制信号去驱动通风装置工作，或发出报警信号；在另外一些应用场合，可能要求空气中的CO2浓度不能低于某个设定值，如果测试仪测试到这种情况，则可以用控制信号去驱动CO2发生设备，由该设备产生CO2补充CO2的不足。
Claims (2)
1、一种红外CO2测试仪，包括信号采集装置、自校正电路、放大和滤波电路、A/D转换器、单片机及显示器；信号采集装置与自校正电路相联，自校正电路连接放大和滤波电路，放大和滤波电路经A/D转换器与单片机连接，显示器与单片机相联；其特征是：信号采集装置由空气采集室(1)、光源(2)、滤波片(3)、传感器(4)构成，空气采集室(1)由透气薄膜包围，光源(2)、传感器(4)分别设置于空气采集室(1)的两端，传感器(4)前端设置滤波片(3)，传感器(4)连接自校正电路。
2、根据权利要求1所述的红外CO2测试仪，其特征是：所述传感器有内外两层封装，内层为金属封装，外层为塑料封装，内外层之间有空气。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104833647A (zh) * | 2015-05-15 | 2015-08-12 | 苏州德锐朗智能科技有限公司 | 一种红外吸收型co2浓度检测方法 |
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2004
- 2004-10-22 CN CN200420080443.8U patent/CN2731442Y/zh not_active Expired - Fee Related
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