一种可燃气体信号放大电路及探测器的制作方法

1.本实用新型涉及一种放大电路，具体涉及一种可燃气体信号放大电路及探测器。


背景技术：

2.以天然气为代表的可燃气体已经成为工业生产和居民生活中必不可少的能源之一。然而在可燃气体使用的过程中，如果遇到操作不当或设备老化，可燃气体可能会发生泄露，当空气中的可燃气体浓度达到其爆炸下限后，遇到火星、电器动作等超过最小点火能的能量时，会发生爆炸，危及人身和生产安全。因此，在使用燃气的场所，需要安装可燃气体探测器实时检测有无发生气体泄露。
3.随着燃气的普及，可燃气体探测器被广泛应用的情况下，如何在保证可靠性的基础上，降低成本，是减少社会资源浪费的需求。目前市面上针对催化燃烧原理的可燃气体传感器的信号放大，最常用的方式是采用高分辨率的ad芯片或者仪表放大器，这两种方案的成本比较高。如果用低价运算放大器自行搭建仪表放大电路，常规电路需要三个普通运算放大器搭建。如果能在仪表放大电路中采用更少的元器件实现同样功能，则能够有效降低成本，减少社会资源浪费。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型旨在提供一种可燃气体信号放大电路，该信号放大电路仅采用两个运算放大器，结构简单，能够在保证可靠性的基础上，降低成本。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种可燃气体信号放大电路，包括参考电源电路、第一低通滤波电路、比例放大电路、可燃气体传感器电路、第二低通滤波电路和差分放大电路，所述参考电源电路与所述第一低通滤波电路相连，所述第一低通滤波电路与所述比例放大电路相连，所述可燃气体传感器电路与所述第二低通滤波器相连，所述比例放大电路和所述第二低通滤波电路分别与所述差分放大电路相连。
6.进一步地，所述参考电源电路包括电阻r4和r8，所述电阻r4的一端连接电源avcc，另一端串接电阻r8后接地。
7.进一步地，所述第一低通滤波电路和所述第二低通滤波电路均为rc滤波电路。
8.进一步地，所述第一低通滤波电路包括电阻r6和电容c7，电阻r6的一端连接到电阻r4和r8的公共端，电阻r6的另一端串接电容c7后接地。
9.进一步地，所述比例放大电路包括运算放大器u1a，电阻r2、r10和电容c1、c9、c10，运算放大器u1a的正电源端连接到电源avcc，电源avcc和运算放大器u1a正电源端的公共端串接电容c9后接地；运算放大器u1a的负电源端连接到电源-avss，电源-avss和运算放大器u1a的负电源端的公共端串接电容c10后接地；运算放大器u1a的同相输入端连接到电阻r6和电容c7的公共端，运算放大器u1a的反相输入端串接电容c1后接地，运算放大器u1a的输出端串接电阻r2和r10后接地，电阻r2和r10的公共端连接到电容c1和运算放大器u1a的反相输入端的公共端。
10.进一步地，所述可燃气体传感器电路包括传感器s1和电容c5、c6，传感器s1的1脚、电容c5的一端和电容c4的一端分别连接到电源avcc，传感器s1的d脚、电容c5的另一端和电容c4的另一端分别接地。
11.进一步地，所述第二低通滤波电路包括电阻r12和电容c6，传感器s1的2脚和c脚相连依次串接电阻r12、电容c6后接地。
12.进一步地，所述第一低通滤波电路和所述第二低通滤波电路之间连接有滤波元器件，电阻r6和电容c7的公共端串接电容c3后连接到电阻r12的一端。
13.进一步地，所述差分放大电路包括运算放大器u1b，电阻r3、r5、r7和r9，电容c2和c8；运算放大器u1b的同相输入端连接到电阻r12和电容c6的公共端，运算放大器u1b的反相输入端分别连接到电阻r5的一端、电容c8的一端和电阻r3的一端，电阻r5的一端连接到电阻r2和运算放大器u1a的公共端，电容c8的另一端和电阻r3的另一端分别连接到运算放大器u1b的输出端和电阻r7的一端，电阻r7的另一端串接电容c2和电阻r9后接地。
14.本实用新型的另一个目的在于提供一种可燃气体探测器，包括上述所述的可燃气体信号放大电路。
15.本实用新型的可燃气体信号放大电路只需要两个运算放大器，实现等效的仪表放大功能，降低了成本的同时，也解决了自行搭建仪表运放电路结构复杂的问题。
附图说明
16.图1为本实用新型的模块结构示意图；
17.图2实用新型的电路结构图。
具体实施方式
18.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
19.目前市面上针对催化燃烧原理的可燃气体传感器的信号放大，最常用的方式是采用高分辨率的ad芯片或者仪表放大器，这两种方案的成本比较高。如果用低价运算放大器自行搭建仪表放大电路，常规电路需要三个普通运算放大器搭建。如果能在仪表放大电路中采用更少的元器件实现同样功能，则能够有效降低成本，减少社会资源浪费。
20.为此，本实用新型提供一种可燃气体信号放大电路，如图1所示，包括参考电源电路、第一低通滤波电路、比例放大电路、可燃气体传感器电路、第二低通滤波电路和差分放大电路，参考电源电路与第一低通滤波电路相连，第一低通滤波电路与比例放大电路相连，可燃气体传感器电路与第二低通滤波器相连，比例放大电路和第二低通滤波电路分别与差分放大电路相连。
21.上述可燃气体信号放大电路中，参考电源电路，用于提供参考电压，也就是可燃气体为零时的基点偏置电压。可燃气体传感器电路中包括催化燃烧原理的可燃气体传感器，用于将可燃气体探测器的浓度转化为电信号。第一低通滤波电路和第二低通滤波电路，用于滤除中涉及高频杂波信号。比例放大电路，等比例放大参考电压信号。差分放大电路，差分放大传感器和参考电压之间的差值，即传感器信号的变化值。本实用新型的可燃气体信
号放大电路后端接滤波和模数装换模块，对放大后的信号进行滤波，并将模拟信号转换为数字信号，以供微型控制器芯片进行处理。
22.上述电路中只需要两个运算放大器，实现等效的仪表放大功能，降低了成本的同时，也解决了自行搭建仪表运放电路结构复杂的问题。
23.参考电源电路由两个电阻分压avcc所得。如图2所示，参考电源电路包括电阻r4和r8，电阻r4的一端连接电源avcc，另一端串接电阻r8后接地。
24.进一步地，第一低通滤波电路和第二低通滤波电路均为rc滤波电路。rc滤波电路分别对参考电源信号及传感器输出信号进行低通滤波
25.如图2所示，第一低通滤波电路包括电阻r6和电容c7，电阻r6的一端连接到电阻r4和r8的公共端，电阻r6的另一端串接电容c7后接地。
26.所述的参考电源电路由r4、r8对avcc(+2.5v)进行分压，r4和r8串联，r4的另一端接avcc(+2.5v)，r8的另一端接gnd，r4、r8中间引出的即为传感器信号的参考电压。参考电压经r6输入运算放大器u1a的同相输入端，c7一端接地，另一端接u1a的同向输入端，r6和c7组成低通滤波电路。
27.比例放大电路对参考电源信号进行相关于传感器信号的等比例放大。如图2所示，比例放大电路包括运算放大器u1a，电阻r2、r10和电容c1、c9、c10，运算放大器u1a的正电源端连接到电源avcc，电源avcc和运算放大器u1a正电源端的公共端串接电容c9后接地；运算放大器u1a的负电源端连接到电源-avss，电源-avss和运算放大器u1a的负电源端的公共端串接电容c10后接地；运算放大器u1a的同相输入端连接到电阻r6和电容c7的公共端，运算放大器u1a的反相输入端串接电容c1后接地，运算放大器u1a的输出端串接电阻r2和r10后接地，电阻r2和r10的公共端连接到电容c1和运算放大器u1a的反相输入端的公共端。
28.比例放大电路部分由运算放大器u1a、电阻r2、电阻r10、电容c1组成，运算放大器u1a的同向输入端接经过滤波之后的参考电压，反向输入端同时接电阻r10、电阻r2、电容c1，电阻r10和电容c1的另外一端接地，r2的另一端接u1a的输出端。
29.如图2所示，可燃气体传感器电路包括传感器s1和电容c5、c6，传感器s1的1脚、电容c5的一端和电容c4的一端分别连接到电源avcc，传感器s1的d脚、电容c5的另一端和电容c4的另一端分别接地。
30.进一步地，第二低通滤波电路包括电阻r12和电容c6，传感器s1的2脚和c脚相连依次串接电阻r12、电容c6后接地。
31.可燃气体传感器电路由电容c4，电容c5，传感器s1组成，传感器由2.5v的avcc供电，经c4，c5滤波，s1在2.5v的电压下可将可燃气体的浓度信号转换为电信号，在其后端输出直流微小信号。r12一端接s1后端，另一端接u1b的同向输入端，c6一端接u1b同向输入端，另一端接地。r12和c6组成低通滤波器为传感器信号滤波。
32.进一步，如图2所示，所述第一低通滤波电路和所述第二低通滤波电路之间连接有滤波元器件，电阻r6和电容c7的公共端串接电容c3后连接到电阻r12的一端。
33.如图2所示，差分放大电路包括运算放大器u1b，电阻r3、r5、r7和r9，电容c2和c8；运算放大器u1b的同相输入端连接到电阻r12和电容c6的公共端，运算放大器u1b的反相输入端分别连接到电阻r5的一端、电容c8的一端和电阻r3的一端，电阻r5的一端连接到电阻r2和运算放大器u1a的公共端，电容c8的另一端和电阻r3的另一端分别连接到运算放大器
u1b的输出端和电阻r7的一端，电阻r7的另一端串接电容c2和电阻r9后接地。
34.差分放大电路由运算放大器u1b、电阻r5、电阻r3、电容c8组成，运算放大器的同相输入端接经过滤波后的燃气传感器信号，反向输入端接电阻r5、电阻r3、电容c8，电阻r5的另一端接经过滤波和比例放大后的参考电压，电阻r3、电阻r7、电容c8接u1b的输出端，r7的另一端接电容c2、电阻r9，c2和r9的另一端接地。此电路有一个有源低通滤波器和一个无源低通滤波器，可以衰减电路中的中高频干扰信号。
35.上述由两个运放组成的可燃气体信号差分放大电路工作原理图如图1所示，参考电压信号经过滤波及比例放大处理后，与经过滤波处理的燃气浓度信号进行差分放大，然后通过微型处理器内部的模块将模拟信号转换成数字信号。
36.本实用新型提出的两个运放组成的可燃气体信号差分放大电路，通过专用装置，可有效检测可燃气体浓度值的变化，从而达到监测燃气浓度并及时预警的目的。本电路的两路输入信号皆为运算放大器的同向输入端，因此都有非常大的输入阻抗，消除了信号源内阻对后端的影响。
37.本实用新型提供一种可燃气体信号放大电路，该信号放大电路仅采用两个运算放大器，结构简单，实现等效的仪表放大功能，能够在保证可靠性的基础上，降低成本。
38.本实用新型的另一个实施例提供一种可燃气体探测器，包括上述实施例中可燃气体信号放大电路。
39.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。