一种红外气体传感器的探头信号处理方法

摘要

本发明提供一种红外气体传感器的探头信号处理方法及电路，该电路设置在红外气体传感器的探头与信号采集处理设备之间，对探头采集的信号进行放大处理；探头信号处理电路包括一级运算放大器及斩波放大电路；一级运算放大器的输入端连接探头，输出端连接斩波放大电路的输入端，将探头采集的信号进行一级放大，得到第一放大信号，并发送给斩波放大电路；斩波放大电路的输出端连接信号采集处理设备，斩波放大电路对接收到的第一放大信号进行斩波，然后进行二级放大，得到一个半波信号，并将该半波信号发送给信号采集处理设备。本发明可以对探头信号进行更高倍数的放大，同时抑制干扰、解决波型失真问题，使红外检测信号更加可靠精度更高。

权利要求

1.在一种红外气体传感器的探头信号处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）一级运算放大器对红外气体传感器探头采集的气体浓度变化信号进行一级放大，然后将一级放大后的信号发送给斩波放大电路；

（2）斩波放大电路根据斩波基准对一级放大后的信号进行斩波再放大处理，得到一半波信号，并将该半波信号发送给后续的信号采集处理设备；

（3）信号采集处理设备读取半波信号的波峰值作为有效信号。

说明书

一种红外气体传感器的探头信号处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及气体检测领域，尤其是涉及一种红外气体传感器的探头信号处理方法及电路。

背景技术

[0002] 在气体检测行业中的红外气体传感器，是由红外源、探头、信号放大电路、信号采集处理设备几部份组成。红外气体传感器提供给用户使用的是一个由红外探头检测到的随检测气体浓度而变化的、稳定可靠的电子信号。信号放大电路是其中非常重要和关键的部份，其功能是对探头的微弱信号进行放大，得到可采集/识别的有效信号，要求放大后的信号值要尽可能的大，浓度变化量要尽可能的宽，以保证浓度检测的准确性和稳定性。 [0003] 当前行业中常用的信号放大电路如图1所示，由运算放大器A、直流隔离电路B和信号读取电路C三部份组成。经信号放大电路放大后，最终得到一个近似正弦波的波型，然后由信号采集/处理设备读取波形的波峰值和波谷值，作差计算得到信号电压有效值。在具体运用中，为使读取的信号可靠，可以加入直流分量，将交流的检测信号转换为直流信号，以方便信号读取。

[0004] 这种处理方式存在以下不足之处：

[0005] 1、对探头信号的放大倍数低：为保证信号的波形完整性，放大后的电压信号值不能大于可读取的范围值。

[0006] 2、信号波形易失真：探头信号是近似正弦波的微弱电压信号，经过放大和隔直处理后，易出现波形失真和移相。

[0007] 3、信号易受干扰：通过对信号放大后，干扰信号也同时被放大，抗干扰能力差。 发明内容

[0008] 本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种具有可以对探头信号进行更高倍数的放大，同时抑制干扰、解决波型失真问题，使红外检测信号更加可靠精度更高的红外气体传感器的探头信号处理方法及电路。

[0009] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：

[0010] 一种红外气体传感器的探头信号处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

[0011] （1）一级运算放大器对红外气体传感器探头采集的气体浓度变化信号进行一级放大，然后将一级放大后的信号发送给斩波放大电路；

[0012] （2）斩波放大电路根据斩波基准对一级放大后的信号进行斩波再放大处理，得到一半波信号，并将该半波信号发送给后续的信号采集处理设备；

[0013] （3）信号采集处理设备读取半波信号的波峰值作为有效信号。

[0014] 一种实施权利要求1所述的一种红外气体传感器的探头信号处理方法的电路，设置在红外气体传感器的探头1与信号采集处理设备4之间，对探头1采集的信号进行放大处理，其特征在于，该探头信号处理电路包括一级运算放大器2及斩波放大电路3；所述的一级运算放大器2的输入端连接探头1，输出端连接斩波放大电路3的输入端，将探头1采集的信号进行一级放大，得到第一放大信号，并发送给斩波放大电路3；所述的斩波放大电路3的输出端连接信号采集处理设备4，斩波放大电路3对接收到的第一放大信号进行斩波，然后进行二级放大，得到一个半波信号，并将该半波信号发送给信号采集处理设备4。 [0015] 所述的斩波放大电路3包括第一电阻R8、第二电阻R10、二级运算放大器U1B、第三电阻R9、第四电阻R13、第五电阻R15、第六电阻R16；第一电阻R8的一端连接一级运算放大器2，另一端连接二级运算放大器U1B的同相输入端；第二电阻R10的一端接地，另一端连接在第一电阻R8与二级运算放大器U1B的同相输入端之间；第三电阻R9一端连接二级运算放大器U1B的输出端，另一端连接信号采集处理设备4；第四电阻R13一端连接二级运算放大器U1B的反相输入端，另一端连接在二级运算放大器U1B的输出端与第三电阻R9之间；第五电阻R15一端连接电源，一端通过第六电阻R16接地，二级运算放大器U1B的反相输入端连接在第五电阻R15与第六电阻R16之间。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0017] 1、有两级放大，可以在保证信号不失真的条件下大幅提高信号的放大倍数。

[0018] 2、第二级斩波放大，先斩波，再放大，可以将信号较弱的干扰信号滤掉，提高信号的抗干扰性，避免现有技术中隔直处理引入的移相误差和波形失真。

[0019] 3、斩波处理后，得到的是半波信号，在明确检测量程的前件下，通过配置斩波放大的斩波基准和放大倍数，可以得到最宽的浓度变化量；

[0020] 4、由于后续的信号读取时，只需读取半波信号的波峰值，相当于间接帮助提高红外气体传感器整体响应速度。

附图说明

[0021] 图1为现有的红外气体传感器的信号放大电路结构示意图；

[0022] 图2为本发明的红外气体传感器的信号处理电路图；

[0023] 图3为本发明的信号放大电路结构示意图；

[0024] 图4为探头采集的信号波形图；

[0025] 图5为斩波过程示意图；

[0026] 图6为斩波放大后得到的半波示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0028] 实施例 一种红外气体传感器的探头信号处理方法及电路

[0029] 在气体检测行业中的红外气体传感器，是由红外源、探头、信号放大电路、信号采集处理设备几部份组成。红外气体传感器提供给用户使用的是一个由红外探头检测到的随检测气体浓度而变化的、稳定可靠的电子信号。信号放大电路是其中非常重要和关键的部份，其功能是对探头的微弱信号进行放大，得到可采集/识别的有效信号，要求放大后的信号值要尽可能的大，浓度变化量要尽可能的宽，以保证浓度检测的准确性和稳定性。当前行业中常用的信号放大电路如图1所示，由运算放大器A、直流隔离电路B和信号读取电路C三部份组成。经信号放大电路放大后，最终得到一个近似正弦波的波型，然后由信号采集/处理设备读取波形的波峰值和波谷值，作差计算得到信号电压有效值。但这种信号处理方法以及处理电路会产生很多缺点。本发明主要针对这些缺点，对传感器探头信号进行处理。探头采集信号过程以及后续对信号电压有效值的处理都为现有技术。

[0030] 本发明红外气体传感器的探头信号处理方法包括以下步骤：

[0031] 第一步：红外气体传感器探头采集到气体浓度变化信号，然后发送给一级运算放大器，一级运算放大器对气体浓度变化信号进行一级放大（气体浓度变化信号处理后的如图4所示的波形），以便于后续进行斩波处理，然后一级运算放大器将一级放大后的信号发送给斩波放大电路进行处理；

[0032] 第二步：斩波放大电路根据斩波基准对一级放大后的信号先进行斩波处理（如图5），然后进行再放大，最终得到一个半波信号（如图6），并将该半波信号发送给后续的信号采集处理设备。该步骤可以将信号较弱的干扰信号滤掉，提高信号的抗干扰性，避免现有技术中隔直处理引入的移相误差和波形失真；同时斩波处理后，得到的是半波信号，在明确检测量程的前件下，通过配置斩波放大的斩波基准和放大倍数，可以得到最宽的浓度变化量。

[0033] 第三步：信号采集处理设备直接读取半波信号的波峰值作为有效信号，然后进行后续的处理。由于信号采集处理设备只需读取半波信号的波峰值，与现有技术的需要先读取波形的波峰值和波谷值，然后作差计算才能得到信号电压有效值相比，相当于间接帮助提高红外气体传感器整体响应速度。

[0034] 为了实施以上红外气体传感器的探头信号处理方法各的步骤，本发明设置了以下红外气体传感器的探头信号处理电路。如图2所示，本发明的探头信号处理电路设置在红外气体传感器的探头1与信号采集处理设备4之间，对探头1采集的信号进行放大处理。该探头信号处理电路包括一级运算放大器2及斩波放大电路3。一级运算放大器2的输入端连接探头1，输出端连接斩波放大电路3的输入端，将探头1采集的信号进行一级放大，得到第一放大信号，并发送给斩波放大电路3。斩波放大电路3的输出端连接信号采集处理设备4，斩波放大电路3对接收到的第一放大信号进行斩波，然后进行二级放大，得到一个半波信号，并将该半波信号发送给信号采集处理设备4。信号采集处理设备4直接读取半波信号的波峰值作为有效信号，然后进行后续的处理。

[0035] 对于斩波放大电路3，作为优选，如图3所示，本发明的斩波放大电路3包括第一电阻R8、第二电阻R10、二级运算放大器U1B、第三电阻R9、第四电阻R13、第五电阻R15、第六电阻R16。第一电阻R8的一端连接一级运算放大器2，接收一级运算放大器2发送来的第一放大信号，另一端连接二级运算放大器U1B的同相输入端。第二电阻R10的一端接地，另一端连接在第一电阻R8与二级运算放大器U1B的同相输入端之间。第三电阻R9一端连接二级运算放大器U1B的输出端，另一端连接信号采集处理设备4，将最终得到的半波信号发送给信号采集处理设备4。第四电阻R13一端连接二级运算放大器U1B的反相输入端，另一端连接在二级运算放大器U1B的输出端与第三电阻R9之间。第五电阻R15一端连接电源，一端通过第六电阻R16接地，二级运算放大器U1B的反相输入端连接在第五电阻R15与第六电阻R16之间。

[0036] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。