[實(shí)用新型]基于氫氣傳感器的自適應(yīng)氫氣濃度檢測(cè)電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720300683.1
• 申請(qǐng)日: 2017-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206583845U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏峰利;沈涼平;王浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/12
• 分類號(hào): G01N27/12
• 代理公司: 北京細(xì)軟智谷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11471
• 代理人: 付登云

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及氫氣濃度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于氫氣傳感器的自適應(yīng)氫氣濃度檢測(cè)電路。

背景技術(shù)

氫氣是一種重要的工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金工業(yè)、航空航天、電力、有機(jī)化合物合成等領(lǐng)域。同時(shí)，氫氣還是清潔的二次能源，在混合動(dòng)力汽車，醫(yī)療上也得到相應(yīng)應(yīng)用，越來(lái)越受到人們的重視。但是，氫氣是一種無(wú)色、無(wú)味的氣體，密度極小，化學(xué)性質(zhì)活潑，極易燃燒甚至發(fā)生爆炸。近年來(lái)報(bào)道的爆炸事件有不少是由氫氣泄露引起的，所以，準(zhǔn)確檢測(cè)工作環(huán)境的氫氣濃度顯得越發(fā)重要。

目前常用的氣體傳感器按檢測(cè)原理大概分為以下幾種：金屬氧化物半導(dǎo)體式，催化燃燒式，定電位電解式，PID光離子化式，伽伐尼電池式，紅外式等。其中，金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器利用被測(cè)氣體的吸附作用，改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，通過(guò)電流變化的比較，激發(fā)報(bào)警電路。由于半導(dǎo)體式傳感器反應(yīng)非常靈敏，價(jià)格低廉，因此廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域?yàn)闇y(cè)量氣體的微漏現(xiàn)象，但半導(dǎo)體式傳感器測(cè)量時(shí)受環(huán)境影響較大，常有紋波、雜波干擾，輸出線形不穩(wěn)定。

實(shí)用新型內(nèi)容

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有較高識(shí)別精度、降低傳感器受環(huán)境影響的自適應(yīng)氫氣濃度檢測(cè)電路。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種基于氫氣傳感器的自適應(yīng)氫氣濃度檢測(cè)電路，包括惠斯通電橋模塊、分段線性放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、電壓信號(hào)校準(zhǔn)模塊、單片機(jī)和電源模塊，其中，所述電源模塊為所述惠斯通電橋模塊、分段線性放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊供電；

所述分段線性放大模塊包括儀表放大器和模擬開(kāi)關(guān)單元，所述儀表放大器共有8個(gè)引腳，其中3號(hào)引腳儀表放大器正向輸入端和2號(hào)引腳儀表放大器反向輸入端分別與所述惠斯通電橋模塊的兩個(gè)輸出端連接，所述儀表放大器的6號(hào)引腳與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將所述儀表放大器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；

所述電壓信號(hào)校準(zhǔn)模塊由雙電壓比較器組成，所述雙電壓比較器的型號(hào)為L(zhǎng)M393，所述雙電壓比較器的反向輸入端和正向輸入端分別與所述儀表放大器的輸出端和參考電壓輸入端連接；所述單片機(jī)的輸出端與所述惠斯通電橋模塊連接，所述單片機(jī)的輸出端向所述惠斯通電橋模塊下發(fā)控制信息，完成對(duì)所述惠斯通電橋模塊的控制。

優(yōu)選地，所述惠斯通電橋模塊包括四個(gè)臂，其中，電橋左上臂由氫氣傳感器MQ-8和高精度電阻R4串聯(lián)構(gòu)成，電橋右上臂由數(shù)字電位器CAT5113和高精度電阻R3串聯(lián)構(gòu)成，其余的兩條電橋臂分別單獨(dú)由高精度電阻R9、R10構(gòu)成，橋式電路的輸出端分別與可編程線性放大電路的輸入正負(fù)極相連。

優(yōu)選地，所述氫氣傳感器MQ-8的阻值在15k至25k之間，所述氫氣傳感器MQ-8內(nèi)部的氣敏電阻能夠根據(jù)被測(cè)環(huán)境中的氫氣濃度變化而變化，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳入所述惠斯通電橋模塊中。

優(yōu)選地，所述數(shù)字電位器CAT5113有8個(gè)引腳，其中，6號(hào)引腳與所述儀表放大器的反向輸入端相連，5號(hào)引腳通過(guò)電阻R3與所述惠斯通電橋模塊的右下臂連接，4號(hào)引腳接地，3號(hào)引腳通過(guò)電阻R1與正5v直流電壓相連，1號(hào)引腳、2號(hào)引腳和7號(hào)引腳是輸入控制管腳，2號(hào)引腳與所述電壓信號(hào)校準(zhǔn)模塊的輸出端口相連，1號(hào)引腳和7號(hào)引腳與所述單片機(jī)相連，由單片機(jī)下發(fā)控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述電位器CAT5113的可編程數(shù)字控制。

優(yōu)選地，所述模擬開(kāi)關(guān)單元包括一型號(hào)為CD4051的開(kāi)關(guān)芯片，所述開(kāi)關(guān)芯片共有16個(gè)引腳，其中，包括有八路輸入通道，一路公共輸出通道，三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端。

優(yōu)選地，所述儀表放大器2號(hào)引腳與所述惠斯通電橋的左上臂輸出端相連，3號(hào)引腳與惠斯通電橋右上臂輸出端連接，構(gòu)成差分放大電路；所述儀表放大器的2號(hào)引腳和6號(hào)引腳通過(guò)電阻R2相連，所述3號(hào)引腳與惠斯通電橋右上臂輸出端相連，并通過(guò)電容C4接地，構(gòu)成低通濾波電路；1號(hào)引腳分別通過(guò)電阻R6、R7、R8與所述模擬開(kāi)關(guān)芯片的1號(hào)引腳、4號(hào)引腳、2號(hào)引腳相連，所述儀表放大器的8號(hào)引腳與所述模擬開(kāi)關(guān)芯片的3號(hào)引腳連接。所述儀表放大器的放大增益(G)公式為：G＝49.4kΩ/R_G+1。期中R_G為儀表放大器的外接電阻，阻值R_G不同，放大增益會(huì)隨著改變；所述模擬開(kāi)關(guān)芯片的三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端分別與所述單片機(jī)相連，所述模擬開(kāi)關(guān)單元是一個(gè)8選1的開(kāi)關(guān)，即所述單片機(jī)通過(guò)控制所述模擬開(kāi)關(guān)單元來(lái)選擇電阻R6、R7、R8中的一個(gè)作為所述儀表放大器的外接電阻，實(shí)現(xiàn)放大功能。