颗粒物浓度检测传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了颗粒物浓度检测传感器，包括半导体激光器、雪崩光电二极管和光电信号调理电路，雪崩光电二极管与光电信号调理电路连接，使半导体激光器与雪崩光电二极管之间形成检测通道。本发明结构简单、成本低，具有测量准确、反应快、误差小、灵敏度高、稳定性好的优点，能够对PM2.5浓度进行准确检测，有效地提高了检测精度。
【专利说明】颗粒物浓度检测传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及大气中颗粒物浓度检测的传感器，特别涉及一种检测PM2.5的光电传感器。
【背景技术】
[0002]目前，光电传感器已经应用于PM2.5的检测，普通的光电传感器所选取的光源亮度比较低、光电元件灵敏度也比较低，由于PM2.5的微细特性，使得调理电路检测到的光强变化微小，影响了光电转换过程，因此PM2.5检测精度不高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是要提供一种颗粒物浓度检测传感器，以提高PM2.5的检测精度。
[0004]根据本发明的一个方面，提供了颗粒物浓度检测传感器，包括半导体激光器、雪崩光电二极管和光电信号调理电路，雪崩光电二极管与光电信号调理电路连接，使半导体激光器与雪崩光电二极管之间形成检测通道。
[0005]其有益效果是:由于半导体激光器与雪崩光电二极管之间形成检测通道，从而半导体激光器、雪崩光电二极管和光电信号调理电路组成了对射型光电传感器，使用高亮度、灵敏度高、稳定性好的半导体激光器作为发送器，使用具有内增益、灵敏度好的雪崩光电二极管作为接收器，使用稳定性好、误差小的的光电信号调理电路作为检测电路，因此可以实现PM2.5的准确检测，也提高了 PM2.5的检测精度。
[0006]在一些实施方式中，光电信号调理电路，包括:
[0007]I/V转换电路，用于将雪崩光电二极管光电转换产生的电流信号转换为电压信号输出；
[0008]电压放大电路，用于将所述电压信号进行放大输出；
[0009]电压跟随电路，用于将放大的所述电压信号进行稳压输出；
[0010]负电压转换器，与电源连接，实现+5V到-5V电源转换。
[0011]其有益效果是:由于I/V转换电路将雪崩光电二极管光电转换所输出的电流信号转换为电压输出，再通过电压放大电路对输出电压进行放大处理，经放大处理后的输出电压通过电压跟随电路实现缓冲、隔离、阻抗转换以及提高带载能力，获得稳定的输出电压，因此可以实现光电信号调理电路的可靠性和稳定性。
[0012]在一些实施方式中，半导体激光器与雪崩光电二极管之间依次设有第一凸透镜、第二凸透镜和第三凸透镜，第一凸透镜靠近半导体激光器，第二凸透镜、第三凸透镜分别位于检测通道的两侧。
[0013]其有益效果是:由于第一凸透镜、第二凸透镜将半导体激光器光源发出的光照射到光敏感区，在第一凸透镜、第二凸透镜的二次汇聚作用下，穿过检测通道，由第三凸透镜把光收集起来发送到雪崩光电二极管，因此可以实现光的收集作用，有效地避免了光的浪费。[0014]在一些实施方式中，传感器通过黑色铝管密封。
[0015]其有益效果是:由于整个传感器用黑色铝管密封，避免了光敏感区以外的杂光进入光敏感区，因此可以实现收集到的光脉冲信号稳定可靠，传感器的性能得到提高，增大了输出信噪比，提高了传感器灵敏度。
[0016]本发明的有益效果在于:结构简单、成本低，具有测量准确、反应快、误差小、灵敏度高、稳定性好的优点，能够对PM2.5浓度进行准确检测，有效地提高了检测精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的一实施方式的颗粒物浓度检测传感器的结构示意图；
[0018]图2为图1所示颗粒物浓度检测传感器中光电信号调理电路的电路图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0020]图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的颗粒物浓度检测传感器。
[0021]如图1所示，该颗粒物浓度检测传感器包括半导体激光器1、雪崩光电二极管2和光电信号调理电路3，雪崩光电二极管2与光电信号调理电路3连接，使半导体激光器I与雪崩光电二极管2之间形成检测通道4。
[0022]半导体激光器I与雪崩光电二极管2之间自左向右设有第一凸透镜5、第二凸透镜6和第三凸透镜7，第一凸透镜5和第二凸透镜6位于检测通道4的一侧，第三凸透镜7位于检测通道4的另一侧。
[0023]如图1所示，图中箭头方向指示了光线照射的路径。光源采用工作电压4.5V?5V,波长650nm，功率IOmW的半导体激光器，其亮度高、稳定性好。光电检测元件采用AD500-8-T052-S1的Si雪崩光电二极管，其结电容小、灵敏度高、响应快，能快速反应颗粒物浓度的变化，在650nm波长上有较高的响应度，且最佳增益是60，不用高增益的放大电路就可以得到理想结果，减少了噪声干扰和降低了电路不稳定性。
[0024]半导体激光器I向第一凸透镜5照射出平行光，从第一凸透镜5照射出的光线汇聚点为第二凸透镜6的焦点，经第二凸透镜6穿过检测通道4向第三凸透镜7照射出平行光。该平行光的照射区域与检测通道4相交形成光敏感区8。该平行光从第三凸透镜7照射出的光线汇聚于其焦点。在该焦点位置安装雪崩光电二极管2，使得半导体激光器I照射出的光线最大限度地收集并照射于雪崩光电二极管2，增大了光强。整个传感器用黑色铝管密封，有效地避免了光敏感区以外的杂光进入光敏感区8。
[0025]如图2所示，光电信号调理电路3包括I/V转换电路9、电压放大电路10、电压跟随电路11和负电压转换器12。
[0026]半导体激光器I发射的光束被雪崩光电二极管2接收，经光电转换产生电流i，并输入Ι/v转换电路9，I/V转换电路9采用电阻Rl和电解电容Cl分别与雪崩光电二极管2并联所构成的弱信号发生器进行I/V转换，从而使得电流i通过电阻Rl转换为电压VIN，即Vin = i*Rl。
[0027]电压Vin输入电压放大电路10进行放大，电压放大电路10采用运算放大器Ul，Ul可以选用AD8610,由于Vin的检测信号比较小，通过AD8610同相放大电路进行放大以便于后级的数据采集，并且调节电阻R3来改变增益，且满足公式:
[0028]Voutl ^ {I+ -Wts
[0029]电压放大电路10中C2、C3起到输入电源的滤波作用。
[0030]电压Vin经放大后输出电，并输入电压跟随电路11，电压跟随电路11采用运算放大器U2，U2可以选用TL072，TL072包含两个运放，该两个运放的参数一致、输入电压偏差和偏置电流都相等，当R4=R5时，
[0031]V0UTi — Vout
[0032]从而通过阻抗转换，获得稳定的输出电压VOTT，为后级的信号处理提供可靠保证。电压跟随电路11中电容C4可以避免高频自激振荡，C5、C6起到输入电源的滤波作用。
[0033]负电压转换器12米用极性反转电源转换器U3,U3可以选用ICL7660,电源的稳定性和正负电源的电压平衡性对运放性能直接影响，利用ICL7660芯片实现+5V到-5V电源转换，从而减小对光电信号调理电路3的影响。
[0034]以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范
围。`
【权利要求】
1.颗粒物浓度检测传感器，其特征在于，包括半导体激光器、雪崩光电二极管和光电信号调理电路，所述雪崩光电二极管与所述光电信号调理电路连接，使所述半导体激光器与所述雪崩光电二极管之间形成检测通道。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于， 所述光电信号调理电路，包括: I/V转换电路，用于将雪崩光电二极管光电转换产生的电流信号转换为电压信号输出； 电压放大电路，用于将所述电压信号进行放大输出； 电压跟随电路，用于将放大的所述电压信号进行稳压输出； 负电压转换器，与电源连接，实现+5V到-5V电源转换。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述半导体激光器与雪崩光电二极管之间依次设有第一凸透镜、第二凸透镜和第三凸透镜，所述第一凸透镜靠近半导体激光器，所述第二凸透镜、第三凸透镜分别位于检测通道的两侧。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器通过黑色铝管密封。
【文档编号】G01N15/06GK103674797SQ201310727374
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】杨永杰, 申红民, 许 鹏, 杨赛程, 张裕胜, 杨北平, 陈培 申请人:南通大学