[實用新型]基于差分式采集的氣體濃度測量裝置

有效

• 申請號: 201720084220.6
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN206649008U
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 張奇;聶飛;陳練;羅承剛;寧菲;喬剛;季錫林
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 楊春

技術領域

本實用新型屬于氣體濃度測量技術領域，具體涉及一種基于差分式采集的氣體濃度測量裝置。

背景技術

氣體濃度測量裝置，通常包括氣體傳感器(探頭)、變換器單元、數據采集單元和計算機軟件處理單元四個部分。測量裝置的實現方式是將氣體傳感器輸出經過變換器放大后，模擬信號直接送入A/D轉換器的模擬輸入端，而信號端的地與A/D轉換器的地連在一起，即通過單端的A/D轉換器實現傳感器信號的采集。數據采集單元將A/D轉換后得到的數字信號進行控制和傳輸，送入計算機軟件處理單元，實現氣體濃度數據的顯示和處理。

上述傳統技術中，對于傳統的單端A/D轉換器采集氣體傳感器信號的方法，傳感器的信號地和A/D轉換器的地線連在一起。當探頭與變換器單元間的連線較長時，在氣體傳感器的模擬信號線上容易受到干擾，導致數據采集單元輸出端的信號噪聲較大，對于低濃度的氣體測量而言，信號會基本淹沒在噪聲中，信噪比很低，不利于低濃度氣體的精確測量和分辨。

實用新型內容

本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于差分式采集的氣體濃度測量裝置。

本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的：

基于差分式采集的氣體濃度測量裝置，包括用于監測氣體濃度和環境溫度的探頭、用于將氣體傳感器的信號進行調理和放大，并且同時完成一路溫度補償信號調理的變換器單元、將氣體濃度測量數據進行實時處理和顯示的計算機單元，還包括利用差分A/D轉換器實現差分式數據采集并傳輸的數據采集及USB通信單元，探頭、變換器單元、數據采集及USB通信單元和計算機單元的數據信號依次傳輸連接；氣體傳感器的信號進行調理和放大后輸入差分式A/D轉換器的(+)輸入端，溫度補償信號調理后輸入差分式A/D轉換器的(-)輸入端，形成差分輸入。

具體地，數據采集及USB通信單元還包括FPGA主控芯片、用于將獲取到的氣體傳感器信號轉換為標準的USB格式數據并進行數據傳輸的USB通信芯片、通過USB電纜實現與計算機單元連接的標準的B型USB插座，FPGA主控芯片的I/O口分別與A/D轉換器的控制及數據輸出端口和USB通信芯片的控制及數據輸入端口連接，USB通信芯片的數據輸出端口與標準B型USB插座的數據端口連接，USB電纜實現標準的B型USB插座與計算機的連接。

具體地，探頭包括用于監測氣體濃度的氣體傳感器和用于環境溫度監測的溫敏電阻；變換器單元包括傳感器調理電路和溫敏電阻調理電路；氣體傳感器的信號輸出端與傳感器調理電路的信號輸入端連接，溫敏電阻的信號輸出端與溫敏電阻調理電路的信號輸入端連接，傳感器調理電路的信號輸出端與差分式A/D轉換器的(+)輸入端連接，溫敏電阻調理電路的信號輸出端與差分式A/D轉換器的(-)輸入端連接。

作為優選，差分式A/D轉換器型號是ADS1118。

作為優選，USB通信芯片型號是FT245。

具體地，傳感器調理電路包括由運算放大器U1A、第一電容、第一電阻和第二電阻組成的同相放大器、由第三電阻和第二電容組成的一階低通濾波器和由運算放大器U1B構成的射級跟隨器，氣體傳感器的輸出信號Ui接入運算放大器U1A的正相輸入端，運算放大器U1A的反相輸入端分別與第一電阻的第一端、第二電阻的第一端和第一電容的第一端連接，第一電阻的第二端接地，第一電容的第二端分別與第二電阻的第二端、第三電阻的第一端和運算放大器U1A的輸出端連接，第三電阻的第二端分別與第二電容的第一端和運算放大器U1B的同相輸入端連接，第二電容的第二端接地，運算放大器U1B的反相輸入端和運算放大器U1B的輸出端連接后輸出傳感器信號Um。

作為優選，運算放大器U1A和運算放大器U1B的型號均為ADA4077-2。