适用于多种气体传感器的信号处理模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体传感器输出信号处理电路模块，尤其是涉及适用于多种气体传感器的信号处理模块。
【背景技术】
[0002]现有市售的气体探测器有多种，如检测氧气的探测器、检测一氧化碳的探测器、检测乙醇气体的探测器等等。根据检测气体的不同，所使用的气体传感器也不同。而检测各种不同气体的传感器，对其输出信号的处理模块也不同，即不具有通用性，因此对不同的气体传感器需要制作不同的PCB(印刷电路板)，这不仅增加了气体探测器的制造成本，而且也增加了使用者的购买成本。同时，各种不同气体检测传感器的输出信号处理模块的制造、储存都要区分开来进行，增加了材料的消耗量和仓储量。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种适用于多种气体传感器的信号处理模块。
[0004]为实现上述目的，本发明采取下述技术方案:
本发明所述适用于多种气体传感器的信号处理模块，包括第一转换开关S1、第二转换开关S2、第三转换开关S3、运算放大器U1、跨阻放大器U2、场效应管Q1和气体传感器;所述气体传感器的计数电极分为两路，一路通过电阻R2与所述第一转换开关S1的静触点jl2和第二转换开关S2的静触点j22连接，另一路通过电阻R1与所述第一运算放大器U1的输出端连接;第一运算放大器U1的反向输出端通过由电阻R9和电阻R4构成的串联支路与气体传感器的参考电极连接，第一运算放大器U1的正向输出端通过电阻R10与所述第三转换开关S3的动触点j31连接;所述场效应管Q1的栅极G通过电阻R5与电源Vcc连接，场效应管Q1的源极S与气体传感器的参考电极连接，场效应管Q1的漏极D与气体传感器的感应电极连接;所述跨阻放大器U2的反向输入端通过R6分别与气体传感器的感应电极、第一转换开关S1的静触点jl3和第二转换开关S2的静触点j23连接，并通过电阻R8与第一转换开关S1的静触点jl2连接;跨阻放大器U2的正向输入端通过R7分别与第二转换开关S2的动触点j21和第三转换开关S3的静触点j32连接，跨阻放大器U2的输出端Vout为气体传感器的检测信号输出端;第一转换开关S1的静触点jl2与第二转换开关S2的静触点j22连接，第一转换开关S1的动触点与第一参考电压Vref连接;第二转换开关S2的静触点j23通过电阻R3与第一转换开关S1的静触点jl2连接;第三转换开关S3的静触点j33与第二参考电压Vbias连接;场效应管Q1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R8均为活动插接在印刷电路板的电路中。
[0005]所述气体传感器包括无偏压的三电极电化学传感器、两电极电化学传感器和带偏压的三电极电化学传感器。
[0006]本发明通过对现有应用于不同气体的传感器的信号处理电路进行分析，科学地找出它们的共同点和不同点，通过电路设计巧妙地将场效应管Q1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R8等五个电器元器件设置成活动插接方式，解决了现有不同气体传感器对其输出信号处理需要不同的电路模块的不足，即本使用新型的信号处理模块实现了具有通用性的效果。从而达到减少PCB(印刷电路板)使用量、减少PCB外协焊接时物料的准备及焊接时的工作量目的。同时便于在生产过程中对出现问题的处理和售后产品的检修，便于产品在检测应用过程中检测不同气体之间的切换。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的电路原理图。
[0008]图2是本发明用于检测C0气体时的电路原理图。
[0009]图3是本发明用于检测02气体时的电路原理图。
[0010]图4是本发明用于检测ΕΤ0气体时的电路原理图。
【具体实施方式】
[0011]如图1所示，本发明所述适用于多种气体传感器的信号处理模块，包括第一转换开关S1、第二转换开关S2、第三转换开关S3、运算放大器U1、跨阻放大器U2、场效应管Q1和气体传感器1;气体传感器1的计数电极2分为两路，一路通过电阻R2与第一转换开关S1的静触点j 12和第二转换开关S2的静触点j22连接，另一路通过电阻R1与第一运算放大器U1的输出端连接;第一运算放大器U1的反向输出端通过由电阻R9和电阻R4构成的串联支路与气体传感器1的参考电极3连接，第一运算放大器U1的正向输出端通过电阻R10与第三转换开关S3的动触点j31连接;场效应管Q1的栅极G通过电阻R5与电源Vcc连接，场效应管Q1的源极S与气体传感器1的参考电极3连接，场效应管Q1的漏极D与气体传感器1的感应电极4连接;跨阻放大器U2的反向输入端通过R6分别与气体传感器1的感应电极4、第一转换开关S1的静触点jl3和第二转换开关S2的静触点j23连接，并通过电阻R8与第一转换开关S1的静触点jl2连接;跨阻放大器U2的正向输入端通过R7分别与第二转换开关S2的动触点j21和第三转换开关S3的静触点j32连接，跨阻放大器U2的输出端Vout为气体传感器1的检测信号输出端;第一转换开关S1的静触点jl2与第二转换开关S2的静触点j22连接，第一转换开关S1的动触点与第一参考电压Vref连接;第二转换开关S2的静触点j23通过电阻R3与第一转换开关S1的静触点j 12连接;第三转换开关S3的静触点j33与第二参考电压Vbias连接;场效应管Q1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R8均为活动插接在印刷电路板的电路中。
[0012]实施例1:
如图2所示，现以检测一氧化碳(C0)为例作进一步说明:
当检测CO气体时，气体传感器1为CO气体传感器1。
[0013]首先将第一转换开关S1的动触点jll与静触点jl2闭合，将第二转换开关S2的动触点j 21与静触点j 22闭合，将第三转换开关S3的动触点j 31与静触点j 32闭合，然后将电阻R2、R8自印刷电路板的电路插孔中拔出即可。
[0014]工作原理为:C0气体通过C0气体传感器1前面的薄膜扩散到其内部，并与感应电极4相互作用；参考电极3提供反馈信号，以便通过改变计数电极2上的电压保持感应电极4的恒定电位。在该电路中，运算放大器U1从计数电极2吸取足够的电流，以便在感应电极4和参考电极3引脚间保持0 V电位。
[0015]感应电极4上的电流方向取决于发生的反应是氧化反应还是还原反应。在一氧化碳情况下发生的是氧反应，因此，电流会流入感应电极4，通过跨阻放大器U2，电阻R7将该电流转换为与气体浓度成正比的电压，通过跨阻放大器U2的输出端Vout输出给气体探测器的Α/D转换模块，将模拟量转换为数字量输出给单片机，经单片机内部程序处理后输出给显示器进行显示。
[0016]实施例2:
如图3所示，现以检测氧气(02)为例作进一步说明:
当检测02气体时，气体传感器1为02气体传感器1。
[0017]首先将第一转换开关S1的动触点jll与静触点jl3闭合，将第二转换开关S2的动触点j 21与静触点j23闭合，将第三转换开关S3的动触点j 31与静触点j 32闭合，然后将场效应管Q1、电阻R3、电阻R6自印刷电路板的电路插孔中拔出即可。
[0018]工作原理为:02气体传感器1是一种电流源，电流大小相应地取决于氧气反应速度;通过电阻R2将电流转换为电压，由跨阻放大器U2、电阻R7、电阻R8将该电压进行放大后，通过跨阻放大器U2的输出端Vout输出给气体探测器的Α/D转换模块，将模拟量转换为数字量输出给单片机，经单片机内部程序处理后输出给显示器进行显示。
[0019]实施例3:
当检测ΕΤ0气体时，气体传感器1为ΕΤ0气体传感器1。
[0020]首先将第一转换开关S1的动触点jll与静触点jl2闭合，将第二转换开关S2的动触点j 21与静触点j22闭合，将第三转换开关S3的动触点j 31与静触点j 33闭合，然后将场效应管Q1、电阻R2、电阻R8自印刷电路板的电路插孔中拔出即可。
[0021]工作原理为:ΕΤ0气体通过ΕΤ0气体传感器1前面的薄膜扩散到其内部，并与感应电极4相互作用，参考电极3提供反馈信号，以便通过改变计数电极2上的电压保持感应电极4的恒定电位。在该电路中，第二参考电压Vbias通过运算放大器U1向参考电极3提供偏置电压，并从计数电极2吸取足够的电流，使感应电极4和参考电极3引脚间保持恒定电位差。
[0022]ΕΤ0气体传感器1感应电极4上的电流方向取决于发生的反应是氧化反应还是还原反应，此电流通过跨阻放大器U2，电阻R7转换为与气体浓度成正比的电压后，通过跨阻放大器U2输出端Vout输出给气体探测器的Α/D转换模块，将模拟量转换为数字量输出给单片机，经单片机内部程序处理后输出给显示器进行显示。
【主权项】
1.一种适用于多种气体传感器的信号处理模块，其特征在于:包括第一转换开关S1、第二转换开关S2、第三转换开关S3、运算放大器U1、跨阻放大器U2、场效应管Q1和气体传感器(1);所述气体传感器(1)的计数电极(2)分为两路，一路通过电阻R2与所述第一转换开关S1的静触点jl2和第二转换开关S2的静触点j22连接，另一路通过电阻R1与所述第一运算放大器U1的输出端连接;第一运算放大器U1的反向输出端通过由电阻R9和电阻R4构成的串联支路与气体传感器(1)的参考电极(3)连接，第一运算放大器U1的正向输出端通过电阻R10与所述第三转换开关S3的动触点j31连接;所述场效应管Q1的栅极G通过电阻R5与电源Vcc连接，场效应管Q1的源极S与气体传感器(1)的参考电极(3)连接，场效应管Q1的漏极D与气体传感器(1)的感应电极(4)连接;所述跨阻放大器U2的反向输入端通过R6分别与气体传感器(1)的感应电极(4)、第一转换开关S1的静触点jl3和第二转换开关S2的静触点j23连接，并通过电阻R8与第一转换开关S1的静触点jl2连接;跨阻放大器U2的正向输入端通过R7分别与第二转换开关S2的动触点j21和第三转换开关S3的静触点j32连接，跨阻放大器U2的输出端Vout为气体传感器(1)的检测信号输出端;第一转换开关S1的静触点jl2与第二转换开关S2的静触点j22连接，第一转换开关S1的动触点与第一参考电压Vref连接;第二转换开关S2的静触点j23通过电阻R3与第一转换开关S1的静触点jl2连接;第三转换开关S3的静触点j33与第二参考电压Vbias连接;场效应管Q1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R8均为活动插接在电路中。2.根据权利要求1所述适用于多种气体传感器的信号处理模块，其特征在于:所述气体传感器(1)包括无偏压的三电极电化学传感器、两电极电化学传感器和带偏压的三电极电化学传感器。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于多种气体传感器的信号处理模块，包括第一转换开关S1、第二转换开关S2、第三转换开关S3、运算放大器U1、跨阻放大器U2、场效应管Q1和气体传感器。本发明通过对现有应用于不同气体的传感器的信号处理电路进行分析，科学地找出它们的共同点和不同点，通过电路设计巧妙地将场效应管Q1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R8等五个电器元器件设置成活动插接方式，解决了现有不同气体传感器对其输出信号处理需要不同的电路模块的不足，即本使用新型的信号处理模块实现了具有通用性的效果。从而达到减少PCB（印刷电路板）使用量、减少PCB外协焊接时物料的准备及焊接时的工作量目的。
【IPC分类】G01N27/26
【公开号】CN105466977
【申请号】CN201510802768
【发明人】石保敬, 王明军, 张静, 任涛, 高相臣, 杨海波, 朱斌
【申请人】河南驰诚电气股份有限公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月19日