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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[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
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。
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。
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。
