气敏传感器采集信号的研究

气敏传感器采集信号的研究

【摘要】：介绍了利用计算机与单片机的串口通信采集气敏传感器的信号、控制气敏传感器电路的取样电阻和测试电压等,使气敏传感器的测量由手控转变为自动化,且其精度远远提高。文中提出使用TC232CPE芯片连接计算机与单片机,并利用气敏传感器、ADC1678芯片、AD7502芯片等建立基于RS232的计算机测量系统,此外还利用Delphi开发对采集电路的控制程序。

1【正文快照】：

人的嗅觉系统的性能是相当出色的。过去几十年人们对嗅觉过程的认识迅速增加，但是目前的成果还少于人们的期望值。利用气体在电极上的氧化-还原反应研制的第一个气敏传感器是由Wikens和Hatman在1964年报道的。Buck等人利用气体调制电导和Dravieks等人利用气体调制电位研制的气敏传感器在1965年也做了报道，1982年英国Warwick大学的Persaud 等人提出了利用气敏传感器模拟动物嗅觉系统的结构。气敏传感器是一种对于某种气体敏感的化学传感器，它能随着外部气体的浓度或者气体的种类的不同而改变敏感膜的电阻。现在的气体检测中使用的是气敏传感器绘图仪对传感器的电压信号直接绘制，由于绘图仪的动态跟随性差、反应速度慢、缺乏灵活性、测量精度低等缺点，难以画出高频率高精度的气敏传感器的时间电压曲线。对于气敏传感器的动态测试，绘图仪根本无法达到要求。本文根据气敏传感器的性质研究开发了利用RS232与计算机建立连接的气敏传感器信号采集，以此提高气敏传感器信号采集的精度和试验的人工效率。

2 气敏传感器工作原理及其控制任务

2.1 气敏传感器工作原理

从材料上分,最常用的气敏传感器有金属氧化物，高分子聚合物材料，压电材料，胶体敏感膜等；从用途上分有广普型和专一型。根据试验需要选择气敏传感器，本测量系统能够适用于所有气敏传感器。

气敏传感器的两个关键部分是加热电阻和气体敏感膜。加热电阻改变传感器的工作温度，使其工作在气体敏感的工作温度，由于外部气体的变化从而使得气敏传感器的敏感材料的电阻发生变化，金电极连接气敏材料的两端，使得它成为一个阻值随外部气体变化的电阻。

2.2 控制任务

根据气敏传感器的特性设计采集任务,传感器的温度要求在250℃左右（或更高），在此温度下气体表现出很高的灵敏度[2]。鉴于传感器气敏阻值的不确定性,取样电阻的阻值应与气敏电阻（气敏材料的阻值变化在15倍以内）的阻值相匹配。取样电阻和加热电压是由计算机控制，加热电阻Ro的功率要求在0.3~1.5W之间，R o的值在30W左右，所以可知Ro的电压值在1~7V之间。加热电阻的温度与加热电压的大小近似成线性关系，通过加大电压来提高温度，以选择一个适合于气体测试的温度（通常选用5V的加热电压），如果是动态测量则是使加热电压为一个矩形波，占空比可以由软件设定。

3气敏传感器信号采样与控制电路

通过计算机来控制测试装置能使得整个测试过程变得更简单和更精确。

3.1 采样周期的确定

采样周期T s决定了采样信号的质量和数量

3.2 芯片的选择

为了克服由于气敏传感器在制造中其阻值Rs不固定的特点，采样前，采样电阻的值应根据气敏传感器的值来调节，以确保得到的信号在测量范围之内。

3.3 通信接口的设计

4 软件设计