基于红外传感器的CO_2气体检测电路设计
红外CO_2气体探测器模块的设计及测试
红外CO_2气体探测器模块的设计及测试
随着科学技术的发展，气体传感器已经逐渐走入了人们的生活和生产活动中。
红外气体传感器虽然起步较晚，但以其高灵敏度、长寿命、低维护费用等优点正在迅速发展。
红外气体传感器通过非接触的方式进行测量，不存在污染和爆炸问题，在某些易燃气体的测量中存在着巨大的优势，拥有着广泛的应用前景。
本论文基于热电堆红外探测器，设计了一款红外气体传感模块。
该气体传感器模块包含了光源、气室、探测器、AD转换器、单片机以及LCD 显示器等，可以在较为平稳的环境中探测出CO<sub>2</sub>浓度，并进行显示。
该模块采用非分光红外探测系统，目前是针对CO<sub>2</sub>气体，由于非分
光红外探测系统的特性，可以简单的将其用于其他气体的检测，因此该模块可以作为红外气体传感模块的一个基本模型。
本论文首先介绍了红外气体传感器的发展概况和未来的发展方向，指出了其相对于其他的气体传感器的优势。
然后对红外探测相关的理论知识进行了阐述，介绍了光谱吸收原理、朗伯比尔定律以及非分光探测原理等。
接着对硬件电路和软件程序的设计过程进行了介绍，给出了硬件电路框图和程序流程图，对于设计过程中遇到的问题和解决方案都给予了较为详细的解释。
最后介绍了传感模块的真空测试腔、信号数据处理以及数据定标工作。
给出了最终的数据处理结果，并详细阐述了实验中的限制、结果的不足以及未来的改进方向。
基于红外传感器的CO2测量装置
基于红外传感器的CO2测量装置王莉;陈小平【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2011(030)011【摘要】根据Beer-Lambert定理和红外吸收原理,研究了红外传感器的工作原理,设计了一种CO2气体体积分数测量装置.简要说明了整个装置的架构,硬件设计和软件程序设计.并利用Matlab对体积分数在0％～20％之间的测量数据进行了拟合,相关系数在0.98以上.该测量装置可对CO2体积分数进行实时准确的测量,稳定性好、体积小.%The working principle of infrared sensors is studied and a gas volume fraction measuring device for CO, is designed,according to Beer-Lambert law and infrared absorption principle. A brief description of the whole architecture of the device is illustrated, including the design of hardware and software. Matlab is used to fit measurement datas of volume fraction ranges from 0 % ~20 % ,the correlation coefficient achieves above 0.98. This device can measure the volume fraction of CO2 accurately in real time, and has good stability and small in size.【总页数】3页(P115-117)【作者】王莉;陈小平【作者单位】苏州大学电子信息学院,江苏苏州215021;苏州大学电子信息学院,江苏苏州215021【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.空间双光路红外CO2气体传感器及其测量模型 [J], 李亚萍;张广军;李庆波2.红外传感器测量液位报警装置的设计 [J], 袁境男3.基于红外反射传感器的三线摆周期测量装置 [J], 石明吉;秦佳琼;李豪博;洪倩;杨雪冰4.基于差分吸收检测技术的非分散红外CO2呼吸气体传感器 [J], 袁博;袁宇鹏;张祖伟;杨靖;黄诗田;柯淋;张开盛;罗文博5.基于GA-BP神经网络的红外CO2传感器湿度补偿研究 [J], 顾芳;邢俊;李玲;裴昱;黄亚磊;张加宏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
红外传感器CO2气体检测论文电路设计论文
红外传感器CO2气体检测论文电路设计论文[摘要] 调零、调增益电路用来对放大电路进行调整，运放调零是因为其输入失调电压和输入偏置电流引起的，在输入端没有电压输入时，输出端有个比较小的电压输出，这个电压就称为输出失调电压。
一、检测电路的工作原理1、红外吸收型CO2气体传感器的工作原理由于各种气体对不同波长红外辐射的吸收程度各不相同，因此不同波长的红外辐射依次照射到样品气体时，某些波长的辐射能被气体选择吸收而变弱，产生红外吸收光谱。
当知道待测气体的红外吸收光谱时，从中获得该气体在红外区的吸收峰。
同一种气体不同浓度时，在同一吸收峰位置有不同的吸收强度，吸收强度与浓度成正比关系。
不同气体分子化学结构不同，对应于不同的吸收光谱，而每种气体在光谱中，对特定波长的光有较强的吸收。
那么通过检测气体对该波长的光的强度的影响，便可以确定气体的成分及浓度。
红外CO2气体传感器是利用CO2气体的红外吸收光谱作为检测机制。
所以必须明确CO2气体的吸收谱线，找出适合设计要求的红外区的吸收峰，依此决定光源和其它器件的选择。
2、检测电路的设计原理红外传感器二氧化碳气体检测是通过电路导通来实现的，在对功能进行优化时首先要考虑的是电路问题。
检测电路的功能有单片机模块来实现，在制作前需要在计算机设备中绘制出数字电路与模拟电路，通过试验检验功能是否可以实现，确保已经达到使用标准后使用嵌入式技术将其倒入到单片机中。
下面会以功能框图的形式对电路工作原理进行阐述。
图1 检测电路原理框图图1为检测电路原理框图，由六大功能模块组成，在使用阶段气体首先会进入到气室中，因此电路设计中首先导通的是红外光线二氧化碳传感器。
光波经过其他吸收折射后波的长短会发生变化，只有捕捉这一变化后才可发出后续指令，电流会向干扰滤波镜导通。
此阶段气体浓度是未知的，供电系统稳定性很难保障，一旦电压不稳便会影响到发光情况，因此会出现一个稳压电路，虽然不会参与到检测环节中，但可以为供电系统提供稳压保障。
基于ndir原理的co_2浓度传感器的制备与研究
基于ndir原理的co_2浓度传感器的制备与研究
制备：
1. 选用合适的NDIR传感器芯片。
2. 选择合适的红外吸收光谱波长。
3. 搭建光学系统，包括光源、光路和光学滤波器等。
4. 选用适当的气体流动控制系统。
5. 进行光电性能测试和气体响应测试。
6. 调试和校准传感器。
研究：
1. 测定NDIR传感器对不同浓度CO2气体的响应特性。
2. 研究传感器对不同干扰气体的响应特性，如空气中的水蒸气和氧气。
3. 研究传感器的响应时间、稳定性和重复性等性能。
4. 对不同光路设计和滤波器的影响进行研究。
5. 研究传感器在不同温度和湿度条件下的性能。
应用：
1. 用于实时监测室内外空气中的CO2浓度。
2. 应用于工业过程控制中，监测CO2排放。
3. 应用于建筑节能管理中，及时调节室内通风和空调系统。
4. 可以用于大气科学研究中，监测大气CO2浓度动态变化。
5. 应用于环保监测中，对CO2排放量进行监测和控制。
基于红外传感的二氧化碳测量单元
基于红外传感的二氧化碳测量单元摘要：二氧化碳是大气重要组成成分之一，其含量过高不但会危害人类的健康，还会产生温室效应，土地荒漠化程度加速等多种不良影响。
因此，研究并设计二氧化碳检测系统具有十分重要的意义。
我们利用红外汲取光谱原理，结合单片机技术，设计了一套CO2气体含量进行检测的系统。
应用了开放气室和差分检测法，通过热释电探测器对二氧化碳浓度进行检测。
并设计了气体检测系统的硬件电路。
其中包括：恒流源电路，调制电路以及前置放大和滤波电路及调零，调增益电路。
并以单片机为核心，设计了液晶显示、键盘、计算机通信等外围接口电路。
关键词：二氧化碳，红外线，传感，测量Absrtact:Carbon dioxide is one of the most important components of the atmosphere. Excessive carbon dioxide content will not only endanger human health, but also produce many adverse effects such as greenhouse effect, accelerated land desertification and so on. Therefore, the research and design of carbon dioxide detection system is of great significance. Based on the principle of infrared absorption spectroscopy and the technology of single chip computer, we designed a system to detect the content of CO2 gas. The open chamber and differential detection method were used to detect the concentration of carbon dioxide by pyroelectric detector. The hardware circuit of the gas detection system is designed. These include: constant current source circuit, modulation circuit, preamplifier and filter circuit, zero and gain adjusting circuit. The peripheral interface circuits such as LCD display, keyboard and computer communication are designed with MCU as the core.Key words: carbon dioxide, infrared, sensing, measurement目录第一章绪论 (3)1 ................................................................................................................................................................... 引言 3 第二章使用红外的原理和结构.. (3)第三章二氧化碳吸收气体检测系统的设计 (9)第四章电路设计与原理 (14)第五章结论和展望 (18)参考文献 (20)致谢 (20)第一章绪论1引言二氧化碳（CO2）是大气中的重要元素之一，不可能与生产还有人们的生活分离。
红外二氧化碳传感器
高分辨率红外二氧化碳CO2气体传感器二氧化碳气体传感器描述：红外二氧化碳传感器利用NDIR技术检测CO2气体浓度。
传感器内部有一个红外光源，一个双元件红外探测器，一个独特的光波导让气体扩散进去，ARM7内核微处理器，输出电压与电源极性无关。
传感器可以设置为线性电压输出，全量程0.4V-2.0V参考供电电源负极，或者设置为催化燃烧格式输出，通常零点是中间电压，相对于检测管脚在满量程点的电压是100mV。
此外，通过串口连接可以读取输出值和访问内部配置。
通信连接点3系的Prime2是焊盘，5系的Prime2是管脚。
内部的集成电路可以实现的功能如驱动光器件，提取检测信号，把信号强度转化为浓度，进行温度补偿和量化输出值等。
在催化燃烧配置时，Prime2可以在满足电源供电要求的条件下，不改变电路并完全替代催化燃烧传感器。
当Prime 2用于恒流催化燃烧电路时，外围元件需要满足电源要求。
二氧化碳气体传感器特性：★原装进口传感器,且体积全球最小；★可检测空气中上百种可燃及有毒有害气体的浓度和泄露；★采用先进微处理技术, 响应速度快, 测量精度高, 稳定性好；★具有良好的搞干扰性能, 使用寿命长达8年;★电压和串口同时输出特点, 方便客户调试使用,★传感器出厂精准标定,使用现场无须标定, 关键参数自动识别；★全量程范围温度数字自动跟踪补偿, 保证测量准确性；★更换时无须标定；★全最简化的外围电路, 生产简单, 操作方便;软件自动校准,★在可直接输出0.4-2V, 0-1.6V, 0-4V, 0-5V等电压信号和TTL电平信号;★安全型电路设计, 可带电热拔插操作;★PPM, %VOL, mg/m3三个单位显示；★防高浓度气体冲击的自动保护功能；外观描述所有尺寸以mm为单位（±0.1mm，除非标注）。
Rx和Tx 3系的为焊盘输出格式Prime1可以配置为催化燃烧格式输出或线性电压输出。
两种格式都不受电源极性影响，如下所示：线性电压设置:温度补偿在标定气体浓度水平的零点和量程点都有温度补偿。
基于红外传感器的气体检测系统的设计
（上接第 ８８ 页） 用行列式键盘。显示部分采用 ５９５ 驱动数码管的静态显 示电路， 其特点是亮度高， 显示稳定。为兼顾在现场查 看气体浓度及节能的需要，在正常监控状态可通过按键 激活显示，显示 ３０ 秒后自动关闭显示，当气体浓度大于 设定浓度时自动激活显示达到现场提示的作用。
为了增强软件的可移植性和可读性， 对软件进行模 块化设计，主要的模块有 ＡＤ 转换模块，ＤＡ 转换模块，显 示模块，按键扫描模块，同时增加对 ＡＤ 采样值的软件滤 波［５］，使之有效屏蔽掉干扰信号。为了充分利用 ＭＳＰ４３０ 的低功耗模式， 将相关模块放置在中断中进行， 这样可 使单片机处于节能状态， 有效减小电源负担。
［２］ 张雪申，叶西宁编著．集散控制系统及其应用［Ｍ］．北京： 机械工业出版社，２００６．
［３］ 秦龙．ＭＳＰ４３０单片机常用模块与综合系统实例精讲［Ｍ］． 北京：电子工业出版社，２００７．
［４］ 朱旭，陈俊峰，刘继东．红外气体传感器的数据处理［Ｊ］． 自动化仪表．２００７，２８（４）：５７—６０．
红外气体传感器的原理是利用比耳－朗格红外吸 收定律， 即不同气体对特定波长的光有吸收， 吸收的强 度和气体的浓度成正比。传感器包括红外光源发射和 红外光线接收两部分以及外围处理电路， 传感器分对射 式和反射式两种工作方式。
本系统采用英国 Ｄｙｎａｍｅｎｔ 公司研发的最新型的非 色散原理ＮＤＩＲ（Ｎｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）红外传感器， 非色散红外原理是应用滤光片把红外光分成所需要的 一个很小波段的光谱线， 被检测的气体对这个很小波段
图 ３ 系统 ４￣２０mA 工业标准电流输出电路
５ 检测系统的软件设计
按照系统控制功能要求， 确定了系统软件的主要功 能有： 系统初始化、采集传感器输出的气体浓度信号、 对采集后的数据进行处理［４］、计算浓度、显示数据、ＤＡ 输出等。按照软件功能要求， 给出了程序总体结构框 图。如图 ４ 所示。
基于红外成像技术的气体监测系统设计
基于红外成像技术的气体监测系统设计近年来，环境问题已经成为全球关注的焦点之一。
其中，空气污染问题引起了大家的广泛关注。
如何有效地监测和控制空气污染物成为了一个急需解决的问题。
传统的空气监测方式主要是通过样品采集并送至实验室进行室内检测，但是这种方式存在检测时间长、分析过程复杂的缺点。
因此，基于红外成像技术的气体监测系统应运而生。
I. 基于红外成像技术的气体监测系统原理基于红外成像技术的气体监测系统主要是通过红外成像仪对空气中的气体进行检测，监测其分布情况和浓度值。
其原理主要是利用气体分子间的互相作用过程，使红外线能量的某些波长被气体分子所吸收，从而测量气体浓度。
II. 红外成像仪的优势相比于传统的空气监测方式，基于红外成像技术的气体监测系统具有以下优势：1.快速检测红外成像仪能够快速检测出空气中的气体浓度，且检测时间只需几秒钟，远远快于传统的样品采集和实验室检测方式。
2.高效监测红外成像仪能够非常准确地监测出空气中的气体浓度，而且监测范围广泛，可以对大面积区域进行监测，这在某些特殊场合下非常重要。
3. 实时监测红外成像仪能够实时监测气体的浓度变化，并将数据传输到监测中心，实现远程监控和数据共享，提高监测效率。
III. 气体监测系统的设计1.硬件设计气体监测系统主要由红外成像仪和控制电路两部分组成。
其中，红外成像仪负责气体的检测和图像采集，而控制电路则负责控制红外成像仪的工作模式和信号处理。
在硬件设计中，需要选择合适的红外成像仪和电路模块，进行封装和组装，以满足实际应用需求。
2.软件设计气体监测系统的软件设计主要包括数据采集、图像处理和数据分析三个部分。
其中，数据采集模块负责实时采集红外成像仪产生的图像数据，图像处理模块则对采集的图像数据进行预处理，然后使用图像处理算法进行图像分析。
数据分析模块则将处理后的数据进行分析，得出气体浓度的分布情况和变化趋势。
IV. 气体监测系统的应用前景基于红外成像技术的气体监测系统具有广阔的应用前景。
基于红外传感器的CO2测量装置
电路 中， 片 机采 用 Ｔ 公 司的 ＭＳ ４０ ＇ ７ ＭＳ４ ０ 单 Ｉ Ｐ ３ Ｆ ４ ， Ｐ ３ ２ 系列 单片机 的 Ｃ Ｕ采用 ｌ Ｐ ６位精 简指令系统 ， 集成有 ｌ ６位 寄存器和常数发生器 ， 代码效 率很 高 ； ／ Ｄ Ａ转换 电路 ， 将经
过内部 Ａ Ｄ转换 器转换 后 的数字 量转 变成 相应 的模 拟量 ／ 输出 ； Ｓ４ ５通信 电路 ， Ｒ －８ 用来 与上位机 通信 ， 采用平衡 发送 和差分接收方式实现 通信 ， 具有 极强 的抗共模 干扰 能力 和
０ 引 言
程度就不同 。因此 ， 同波长 的红外辐射 依次照射 到样 品 不 物质时 ， 某些波 长的辐射 能被样 品物质选择 吸收而变弱 ， 产 生红外吸收光谱 ， 当知道某种物质 的红外 吸收光谱时 ， 故 便 能从 中获得 该物质在红外区的吸收峰。同一 种物 质不 同气
体体积分数 时 ， 同一吸收峰位置会有不 同的吸收强度 ， 在 吸
ｂｎｈｆ Ｐ ３ （ ｅ ｃ ｒ ４ ０ 简称为 Ｅ ３ ） Ｉ Ｒ Ｅ ３ ｏ ＭＳ Ｗ４ ０ ， Ｗ４ ０软件 提供 了 Ａ 工程管理 、 程序编辑 、 码下载 、 代 调试等所有功能 。
字量 。
（ 光源驱动电路 ａ ）
（） ｒ ｅｃｒｕｔ ｆｉｈ Ｏ ｒｅ ａ ｄｉ ｉ ｉｏ ｌ ｔ ＵＣ ｖ ｃ ｇ Ｓ
ｃ２ ｓ
壹二
（］放 大滤 波 电路 ｂ
（ ） ｍｐｉ ｎ ｎ １ ｉｇ ｃｒｕ ｔ ｂ ａ ｌ ｇａ ｄ ｉ ．ｒ ｉ ｉ ｉ ｆ ｌ ｎ ｃ
２ 电 路 硬 件 设 计
２ １ Ｃ 测 量 装 置组 成框 图 ． Ｏ， 图２是 Ｃ ， Ｏ 测量装置的组成框图。单片机控制光源驱 动电路驱动红外 发光 管 ， Ｏ Ｃ 红 外传 感器 将检 测到 的 Ｃ Ｏ 气体体积分数转换成相应的 电信号 ， 然后 经过放大 、 滤波处
采用红外光源和传感器的气体检测参考设计方案
采⽤红外光源和传感器的⽓体检测参考设计⽅案
采⽤红外光源和传感器的⽓体检测参考设计⽅案
⽓体检测与⼈类⽣活息息相关☆
例如：⽯化⼚、煤⽓站、油库等场所对可燃⽓体的监测；汽车尾⽓、⼯业废⽓、城市雾霾的监控；还有家⽤煤⽓、天然⽓的泄漏爆炸的监测；以及针对装修后有毒⽓体（苯和甲醛）残留浓度的检测等等。
从⼯业到民⽤，针对各种可燃有毒⽓体的检测⽆⼀不会⽤到⽓体探测器。
并且随着智能物联⽹的蓬勃发展，⽓体探测器也被⼴泛⽤在功能强⼤的物联⽹上实时监控前天环境，为⼈类的安全保驾护航。
然⽽⽬前市场上的⽓体探测器按原理可分为催化燃烧式、电化学、半导体式以及红外四种。
催化燃烧式探测器易中毒，电化学探测器寿命有限，半导体式探测器⼀致性较差。
⽽红外探测器反应灵敏，精度⾼，寿命长，优势显着。
世健公司作为技术分销商跟解决⽅案商，时刻关注市场需求，近期。
基于红外传感器的CO2气体检测电路设计
基于红外传感器的CO2气体检测电路设计随着人类社会的进步和科学技术的发展，人们的生活水平得到了迅速提高，工业生产规模也迅速扩大，但同时导致了二氧化碳的排放成倍增长，如温室效应，土地荒漠化程度加速等，严重影响并破坏着人类的生存环境。
另外，二氧化碳是作物光合作用的主要原料，其含量合适与否直接影响作物的生长。
近年来，随着人们环保意识的增强，科技进步的进步，如何快速检测二氧化碳的含量，削减二氧化碳的排放，已成为各级政府和广大有识之士特别关注的问题，因此研究并设计二氧化碳检测电路具有十分重要的意义。
目前检测二氧化碳的方法主要有化学法、电化学法、气相色谱法、容量滴定法等，这些方法普遍存在着价格贵，普适性差等问题，且测量精度还较低。
而传感器法具有安全可靠、快速直读、可连续监测等优点。
目前各种检测用的二氧化碳传感器主要有固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等，这些传感器存在对气体的选择性差、易出现误报、需要频繁校准、使用寿命较短等不足。
而红外吸收型二氧化碳传感器具有测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强等特点。
为此本设计采用红外吸收型二氧化碳传感器，整个电路设计力求简单易用，快速直读，价格低廉。
1 检测电路的工作原理1.1 红外吸收型二氧化碳气体传感器的工作原理〔1〕红外吸收型CO2气体传感器是基于气体的吸收光谱随物质的不同而存在差异的原理制成的。
不同气体分子化学结构不同，对不同波长的红外辐射的吸收程度就不同，因此，不同波长的红外辐射依次照射到样品物质时，某些波长的辐射能被样品物质选择吸收而变弱，产生红外吸收光谱，故当知道某种物质的红外吸收光谱时，便能从中获得该物质在红外区的吸收峰。
同一种物质不同浓度时，在同一吸收峰位置有不同的吸收强度，吸收强度与浓度成正比关系。
因此通过检测气体对光的波长和强度的影响，便可以确定气体的浓度。
根据比尔朗伯定律，输出光强度、输入光强度和气体浓度之间的关系为：（1）式中为摩尔分子吸收系数；C 为待测气体浓度；L 为光和气体的作用长度（传感长度）。
基于红外二氧化碳气体传感器识别算法的实现
基于红外二氧化碳气体传感器的识别算法实现，主要涉及以下步骤：
1. 预处理：红外二氧化碳传感器会接收到来自环境的原始信号，这些信号可能包含噪声和干扰。
因此，首先需要对这些信号进行预处理，包括滤波、放大等操作，以提高信号的质量和稳定性。
2. 特征提取：在预处理之后，需要从原始信号中提取与二氧化碳气体相关的特征。
这些特征可能包括吸收峰位置、强度等。
提取特征的过程可以通过各种算法实现，如快速傅里叶变换（FFT）等。
3. 模型构建：基于提取的特征，需要构建一个用于识别二氧化碳气体的模型。
这个模型可以根据提取的特征进行训练，并用于预测和识别二氧化碳气体。
常见的模型包括支持向量机（SVM）、神经网络等。
4. 模型优化：为了提高模型的准确性和鲁棒性，需要对模型进行优化。
优化的方法包括调整模型参数、增加或减少特征等。
5. 测试与验证：最后，需要对模型进行测试和验证，以确保其在实际应用中的准确性和可靠性。
可以通过收集实际环境中的样本数据进行测试和验证。
需要注意的是，红外二氧化碳气体传感器识别算法的实现会受到多种因素的影响，如环境温度、湿度、气压等。
因此，在实际应用中，可能需要对算法进行进一步的调整和优化，以适应不同的环境和条件。
红外线 CO2气体分析仪器结构原理使用
三、仪器的工作原理
红外线经过CO2气体分子时，其辐射能量减 少，被吸收的红外线辐射能量的多少与该气 体的吸收系数（K）、气体浓度（C）和气 体层的厚度（L）有关，并符合朗伯—比尔 定律，可以用下式表示：
E=E0eKCL 式中：E0——入射红外线的辐射能量；
E——透过的红外线的辐射能量。
四、 IRGA检测原理
P
F
C
D
P
F
A D
开放式气路系统
P. 气泵 F. 流量计 C. 同化室 D. 干燥器 A. 红外线CO2分析仪
光合速率计算
P nCF27.135 P S2.4 2 27.13 5t 1.01325
式中：Pn——光合速率，µ mol CO2／(m2·s)。 ΔC——CO2浓度落差C1－C2，µ mol/mol。 S——叶片面积，m2。 F——气体流量，L/s。 t——同化室的温度，℃ P——为气压，MPa。
Reference cell H 2 O (mmol H 2 O mol -1 ) Sample cell H 2 O (mmol H 2 O mol -1 ) Relative humidity in the sample cell (%) Flow rate to the sample cell (μmol s -1 ) T leaf℃ Temperature of leaf thermocouple (C) External quantum sensor (μmol m -2 s -1 )
红外线 CO2气体分析仪器的 结构、原理、使用及在植物 生理研究中的应用
一、引言
植物在生命活动过程中，常伴有CO2的释 放与吸收。CO2量的变化能标志植物生理 生化活性的强弱。
相关资料非色散式(NDIR)红外传感器检测CO2
相关资料非色散式（NDIR）红外传感器检测CO2 相关资料: 非色散式(NDIR)红外传感器检测CO 2
该检测器工作原理基于Beer-Lambert 定律，如图1: - b c, T = log (P / P) = e 0
式中: T –透光率 P P 0
P –入射光能量; 0
P –透射光能量
, –被测物吸收常数;
b –被测物厚度; b
c –被测物浓度
图1
[7] 图2 所示为一个红外光吸收式检测器，它可以同时检测CO,CO和烷烃类可
燃性气体。
该检2
测器包括一个非分光式红外发生器，红外光线被导入一个封闭的金属腔内，腔
内充有被测气体，特定波长的红外光将被气体吸收后，专门测定该特定波长的红外检测管将吸收后的能量测出，用以表示被测气体浓度。
,1 ,2 图2 ,3
光的吸收特性(波长)与被测气体的分子结构密切相关，即每种气体都有它自己的特征吸收峰。
大多数的光吸收式检测器采用红外光或激光光源，以减少杂散光的干扰。
该检测器分辨率和测量精度较高，理论上使用寿命比电化学传感器要长得多，价格比较贵。
基于NDIR原理的红外光吸收式检测器的便携式二氧化碳测试仪已被国家标准列入推荐方法之一。
类似产品: GXH–3010/3011AE 现场红外线CO/CO检测仪 2。
CO、CO2、SO2红外集成气体传感器设计
CO、CO2、SO2红外集成气体传感器设计作者：胡建明任兴平张建红杨红飞来源：《电子技术与软件工程》2015年第03期摘要基于红外光谱吸收原理，设计了一种可以同时监测一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）三种气体的集成气体传感器。
该传感器采用了单光源六探测器差分光学结构，消除了光源、其他干扰气体等干扰因素所带来的影响。
该仪器具有较好的灵敏度、稳定性、选择性和抗腐蚀性，可准确、稳定的在线测量CO、CO2、SO2三种气体。
同时，通过更换带有特定波长滤光片的参比红外探测器和测量红外探测器，可对不同气体进行在线检测。
【关键词】红外光谱 CO CO2 SO2 传感器在煤矿、石油、化工等行业的生产过程中存在大量的易燃、易腐蚀、有毒气体，当超出一定浓度值时，不仅会对环境造成一定的影响，还会对人民的生命、财产等造成严重的威胁。
因此，为了防止事故的发生，对易燃、有毒有害气体进行及时、准确的监测则刻不容缓。
其中CO、CO2、SO2的安全隐患尤为普遍。
CO是一种无色、无味、有毒且易燃易爆的气体，常见于煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井等，CO中毒主要体现在CO进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而使血红蛋白不能与氧气结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。
CO2是一种无色无味无臭的气体，常见于化石燃料燃烧以及矿井等，CO2中毒主要表现为头痛、恶心、心跳加速等，严重时可能导致缺氧，造成永久性脑损伤、昏迷、甚至死亡。
CO2含量猛增会导致温室效应、全球气候变暖、冰川融化、海平面升高等，为了遏制CO2过量排放造成的温室效应制定了《京都议定书》。
SO2是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，常见于煤矿、石油等行业以及火山爆发，SO2中毒主要表现为头痛、头昏、流泪、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等，严重时可在数小时内发生肺水肿，吸入极高浓度可引起反射性声门痉挛而致窒息，同时SO2还是造成酸雨的主要原因之一。
基于红外传感器的co2浓度检测读出电路设计
基于红外传感器的co2浓度检测读出电路设计CO2是一种常见的气体，它在大气中的浓度对于人类的生存和健康有着重要的影响。
因此，CO2浓度的检测对于环境保护和人类健康至关重要。
本文将介绍一种基于红外传感器的CO2浓度检测读出电路设计。
一、红外传感器的工作原理红外传感器是一种能够检测红外线辐射的传感器。
它的工作原理是利用红外线辐射的特性，将红外线辐射转换成电信号输出。
在CO2浓度检测中，红外传感器可以检测CO2分子所吸收的红外线辐射，从而测量CO2浓度。
二、CO2浓度检测读出电路设计1.电路原理图本电路采用了红外传感器和运放电路，将传感器输出的电信号放大后，经过滤波和放大处理，最终输出CO2浓度的电压信号。
2.电路元件红外传感器：本电路采用的是NDIR（非分散式红外）传感器，它可以检测CO2分子所吸收的红外线辐射。
运放：本电路采用的是LM358运放，它可以将传感器输出的微弱电信号放大。
滤波电容：本电路采用的是10uF电容，用于滤波和稳定电压信号。
电阻：本电路采用的是1kΩ电阻，用于限流和分压。
3.电路工作原理当红外传感器检测到CO2分子所吸收的红外线辐射时，会输出微弱的电信号。
这个信号经过运放放大后，经过滤波和放大处理，最终输出CO2浓度的电压信号。
这个电压信号可以通过示波器或者数字电压表进行读取。
4.电路优化为了提高电路的精度和稳定性，可以采用以下优化措施：（1）采用高精度的运放和滤波电容，以提高电路的放大和滤波效果。
（2）采用高精度的电阻，以提高电路的分压精度。
（3）在电路中加入温度补偿电路，以提高电路的稳定性和精度。
三、总结本文介绍了一种基于红外传感器的CO2浓度检测读出电路设计。
这个电路可以检测CO2浓度，并将检测结果输出为电压信号。
通过优化电路元件和加入温度补偿电路，可以提高电路的精度和稳定性。
这个电路可以应用于环境保护、空气质量监测等领域。
基于红外传感器的气体检测系统的设计
图 １ 系统 的结构框 图
整个 系统 的工作过程 是 ： 传感器 检测到 待检测气 体
的输 出阻抗较大 ， 为提 高系统 的可靠性增 加了 电压跟 随 电路 ， ３为系统的 ４ ２ ｍＡ 工业标准 电流输 出电路。 图 ０ （ ） 键盘及显示 电路部分 ３
键盘 主要完成 传感器 的标定 及对显示 设置 ， 电路 采 （ 下转第 １ ４页） １
自 化技 与 用 ２１ 年 ９ 第５ 动 术 应 》 ００ 第２ 卷 期
体浓度 转换成两 者都 可 以接受 标准 的 ４ ２ ｍａ工业 信 ０
通过 ＭＳ ４ ０的 １ Ｐ ３ ２位的 ＡＤ转换 可对传感器信号 进 行精 确 的测 量 ，由于 传感 器 检测 输 出的 电压 信号 较 小， 所以需要通过放大 电路 与 ４ ０的 ＡＤ 连接 。图 ２为 ３
传感器 与 ４ ０的接 口电路 。 ３
过远距离 传输给 ＰＬＣ或 ＤＣ Ｓ系统 ， 通过控制系统显示 气 体浓 度 。
４ 检 测 系统 的硬 件 设计 ［ ３ ］
微控制器 采用 ＭＳ ４ ０ ， Ｐ ３ Ｐ ３ Ｆ １ ＭＳ ４ ０系列单片机 １ ６１
根据 Ｘ Ｒ１ １ Ｔ １ 的特点 ， 通过 ＭＳ ４ ０ Ｐ ３ 单片机的 Ｄ Ａ转 换产生的 电压来控 制 ＸＴ １ 电流输 出， Ｒ１ 的 １ 由于单片机
号 ， 现 气体 检 测和 其它 设 备 检 测集 中控 制 ， 便 管 实 方 理 。通过 不 同的气 体传 感器 可检 查环 境 中不 同气 体 的 气体含量 ， 实现对 气体含量 的实时监控 。 图 １为系统 的 结构 框 图 。
基于红外传感器的二氧化碳浓度的测量
河南工程学院课程设计基于红外传感器的二氧化碳浓度测量（模板）学生姓名：马飞虎学院：电气信息工程学院专业班级：电子科学与技术1142专业课程：光电子设计基础指导教师：张秋慧2014 年12 月25日引言随着社会经济的发展，人们生活水平普遍提高，瓜果、蔬菜及花卉的社会需求数量和品质要求也不断提高，特别是大中城市需要周年供应新鲜蔬菜，因此农业温室得到迅速发展。
二氧化碳气体对农作物的生长起着非常重要的作用。
近些年来，我国北方农村形成了以日光温室为主导的农业产业化，因此，为二氧化碳的增施创造了有利的条件。
由于不同作物所需的二氧化碳浓度不同，在二氧化碳的增施中又难于控制对其量的排放，所以研制二氧化碳浓度检测器并用于日光温室的农业生产，对提高农业科技含量，促进农业增收，农民增收具有深远的意义。
本论文主要针对温室内二氧化碳浓度、温度以及湿度，设计了日光温室检测系统。
综合考虑系统的精度、稳定性以及经济性要求这三个方面之后，确定以AT89C51单片机为控制核心，选用性价比比较高的传感器，来实现对二氧化碳浓度、温湿度的准确检测。
针对不同的参数，可以通过键盘人为设定作物所期望的上、下限值。
当单片机检测到二氧化碳浓度参数越限时，则启动声光报警，这时检测人员通过主机打开相应的执行机构进行补偿。
1.设计方案基于红外传感器的二氧化碳浓度测量设计，顾名思义，即该系统实现的功能为对二氧化碳浓度的测试同时在一定情况下进行报警。
二氧化碳浓度通过传感器转化成电量信号，再通过单片机进行采集处理。
系统中的核心控制单元为单片机，围绕单片机设计相应系统需求功能模块。
1.1系统需求分析：系统需求分析主要是通过系统要求实现的功能对个模块部分应该所具备的功能进行分析。
本系统基于AT89C51单片机，实现对于室内二氧化碳的浓度测量及对相应浓度情况下报警。
系统的所需要功能有：实现对二氧化碳浓度的测量、相应浓度的报警功能、LCD显示功能、按键控制。
对于各部分性能有以下4点要求：（1）LCD显示正确测量结果，测量结果可调节变化；（2）相应情况下二氧化碳浓度下蜂鸣器报警；（3）系统具有按键控制功能；（4）系统出现异常可以复位。
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(2)
通过检测 相关数据就可以得知气体的浓度 c.
图 1 CO2 传感器探头结构 红外 CO2 传感器探头结构如图 1 所 示。是由红 外光源、测 量气室、可调干涉滤 光镜、光 探测器、光 调制 电路、放 大系 统等 组成 。红外光 源采用镍铬丝, 其通电加热后可发出 3~ 10 Lm 的 红外线, 其中包含 了 4126 Lm 处 CO2 气 体的强 吸收 峰。在 气室 中, CO2 吸收光源发出特定波长的光, 经探测器 检测则可显示出 CO2 对红外线的吸收 情况。干涉 滤光镜 是可调 的, 调 节它 可改 变其通过的光波波段, 从而改变探 测器探测 到信号的 强弱。红 外探测器为薄 膜电容, 吸收了红外 能量后, 气体温度 升高, 导致 室内压力增大 , 电容两极间的距离 就要改变, 电容值 随之改 变。 CO2气体的浓度愈大, 电容值改变也就愈大。 112 检测电路的设计原理 检测电路 设计的原理框图如图 2 所示。
技术的教学与研究工作。
图 1 系统软件整体结构
R1、R2 、R 3、R4、C1、C2 和运放组成滤 波电路[ 3] , 在电 路中引 入了正、负反馈。当信号频率 趋于零 时, 由于 C1 的电抗 趋于无 穷大, 因而正反馈很弱; 当信号频率趋于无 穷大时, C2的电抗趋 于零。这样就保证了当 信号 频率 在趋于 零和 无穷大 之间 的任
参考文献: [ 1] 梁亮, 贾建. 具有开放气室的实时 红外气体检测 系统. 仪表 技术与
传感器, 2006( 7) : 58- 60. [ 2] 琚雪梅. 红 外吸 收型 CO2 气 体 传感 器的 设计. 传感 器技 术, 2005
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关键词: 红外传感器; CO2; 检测电路; 设计
中图分类号: TP212
文献标识码: B
文章编号: 1002- 1841( 2007) 03- 0059- 02
Design of CO2 Detection Circuit Based on Infrared Sensor
BAI Ze- sheng ( College of Physics and Electronic Information, Yanpan University, Yanpan 716000, China)
Abstract: The CO2 detection circuit is designed by using a sensor which absorbs CO2。the work principle and probeps structure of the sensor is introduced. The design ideal, hardware constitute, and the work process of the CO2 detection circuit is expatiated, and the flow chart of detection program is given. application practice is indicated that the circuit have many advantage, such as wide range of measure, higher sensitivity, fast response, better selectivity, strong ant-i disturb and so on. Itps easy to use, inexpensive and display visual. Still, short life- span, expensive and need frequent adjustment, all that are overcomed, and have better application foreground. Key words: infrared sensor; CO2; detection circuit; designation
0 引言
目前检测 CO2 的方 法主 要有 化学 法、电化 学法、气相 色谱 法、容量滴定法等, 这 些方法普遍 存在着 价格贵, 普适 性差等问
题, 且测量精度还较 低。 而传感器 法具有 安全可 靠、快 速直读、
可连续监测等优点。目前各种检测用的 CO2 传感器主要有固体 电解质式、钛酸钡复合氧 化物电容 式、电 导变化 型厚膜 式等, 这
( 8) : 21- 22. [ 5] 聂毅, 聂辉. 植物温室单片机控制系统. 微计 算机信息, 2002( 8) : 36
- 37. [ 6] 薛钧义, 张彦斌. M C551/ 96 系列单片微型计 算机及应用. 西 安: 西
安交通大学出版社, 1990. 作者简介: 白泽生( 1964 ) ) , 副教授, 硕士生导 师, 主要 从事传感 与检测
的红外吸收光谱时, 便能 从中 获得 该物质 在红 外区的 吸收 峰。
同一种 物质 不同 浓度 时, 在 同一 吸收 峰位 置有 不同 的吸 收强
度, 吸收强度与浓度成正比关系。因 此通过检 测气体对 光的波 长和强度的影响, 便可以确定气体的浓度。
根据比尔朗伯定律, 输出光发光强度 I 、输入光发光强度 I 0 和气体浓度 c 之间的关系为
何一个值, 滤波电路都可以正常提取相应的电 信号。
滤波电路之后的放大电路, 其作 用是将滤 波电路输 出的信
号放大到一定的程度, 以 便驱 动负 载。 R6和 C4串联 构成 校正 网络用来对电路进行相位补偿。
单片机系统主要由 MC14433 和 8031 构 成, MC14433 是一种
双积分 A/ D 转换芯片, 与 8031 单 片机如图方 式连接。MC14433
2007 年 第 3期
仪表技术 与传感器
Instrument Technique and Sensor
2 007 No1 3
基于红外传感器的 CO2气体检测电路设计
白泽生
( 延安大学物理与电子信息学院, 陕西延 安 716000)
摘要: 利用红外吸收型 CO2 气体传感 器设计了一种 CO2 气体检 测电路, 详细阐述 了其结构 和工作原 理。该电路 具有 测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、抗干扰能力强 等优点, 简单易用, 快速直读, 价格低廉, 具有较好的应用前景。
图 2 检测电路原理框图 检测电路由红外 CO2 传感器、数字滤波电 路、放 大电路、稳 流电路、单片机系 统、温度补 偿等 组成。设 计的基 本 原理 是红 外 CO2 传感器 将检测到的 CO2 气体浓度 转换成相 应的电信 号, 输出的电信号 分别经过滤波、放大 处理, 输 入到单片 机系统, 并
些传感器存在对气体的选 择性差、易出现 误报、需要频 繁校准、
使用寿命较短等不足。而红外吸收型 CO2 传感器具有测量范围 宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强等 特点。因
此, 采用红外吸收型 CO2 传感器设计了一种检测 电路, 整个电路 力求简单易用, 快速直读, 价格低廉。 1 检测电路的工作原理 111 红外吸收型 CO2 气体传感器的工作原理[ 1- 2]
的转换结果 Q- Q 接 8031 的 P1. 0~ P1. 3, 选通 输出脉 冲 DS1~ DS4 接 8031 的 P1. 4~ P1. 7。转换结果标志 EOC, 一方 面接至更
新转换控制 信号输入线 DU, 另一方 面接至 8031 的中断输 入线
INT1, 表明单片机既可 采用中 断方 式读入 A/ D 转换的 结果, 也
该设计已成功运用于延安市农科所 花卉示范 园, 运 行效果 良好。实践证明 该检 测电路 操作 简单, 体积 小便 于携 带, 非常 直观, 连续快速检测, 可随时检测室内、外各种 场合 CO2 气体的 含量。
检测电路设计简捷, 价格低廉, 普适性 强, 克 服了需 要频繁 校准、使用寿命较短、价格贵等不足。
红外吸收型 CO2 气体传感器是基于气体的吸收光谱随物质 的不同而存 在差异 的原 理制成 的。不同 气体 分子化 学结 构不
同, 对不同波长的红外辐射的吸 收程度就不 同, 因 此, 不 同波长
的红外辐射依次照射到样品物质时, 某些波 长的辐射能 被样品
物质选择吸收而变 弱, 产 生红 外吸 收光谱, 故 当知道 某种 物质
60
Instrument Technique and Sensor
Mar1 2 007
经温度和气压补偿等处理后, 由单 片机系统 输出送显示 装置显 示其测量值。 113 检测电路的设计
按照上述设计原理, 设计的 CO2 检测 电路如 图 3 所示。工
作原 理是首 先由红 外传感 器将探 测到 CO2 气体的 浓度并 转换 成电信号, 滤波电路 提取 电信号 并输 出到 放大电 路, 经过 单片 机系统处理后输出, 再由 74AC138 送 入显示电路, 以 实现对 CO2 气体浓度的检 测。
I = I 0exp( - AmLc)
(1)
式中: Am为摩 尔分子吸收 系数; c 为待测 气体浓度; L 为 光和气 体的作用长度(传感长度) 。
对式( 1) 进行变换, 得:
基金项目: 陕西省教育厅专项科研计划项目( 04JK311) 收稿日期: 2006- 12- 18 收修改稿日期: 2007- 01- 03
可以采用查询方 式。最后 的 结果 送入 74AC138 并驱 动数 码管 显示具体数值[4- 5] 。 2 检测处理程序流程框图
检测处 理程序流程框图 如图 4 所示。采 用 MCS 系列 汇编 语言[ 6] 编程, 由于有 硬件 设计的 保证, 使得 整个 系统 既可 以工 作在循环查询的方式, 也可工作在中断管理的 方式。 3 结束语