基于ADuC845的石油錄井二氧化碳檢測(cè)儀
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3．2 紅外傳感器信號(hào)放大電路
紅外傳感器選用PerkinElmer公司的PYS 3228TCG2／G20。當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度變化時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心相對(duì)移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會(huì)產(chǎn)生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度。能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱為熱釋電體或熱釋電元件，其常用的材料有單晶(LiTaO3等)、壓電陶瓷(PZT等)及高分子薄膜(PVFZ等)。熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個(gè)表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有△T的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷△Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓△V。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷△Q會(huì)跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，△AT=0，傳感器無輸出。如果在熱電元件接上適當(dāng)?shù)碾娮瑁?dāng)元件受熱時(shí)，電阻上就有電流流過，在兩端得到電壓信號(hào)。
PYS 3228 TC G2／G20傳感器包括兩個(gè)濾波窗，中心波長分別是4．26μm、4．0μm。其中，4．0μm為參考窗，主要由外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場(chǎng)效應(yīng)管FET等組成。濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。其優(yōu)點(diǎn)為本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗低，隱蔽性好，價(jià)格低；缺點(diǎn)為容易受各種熱源、光源以及射頻輻射的干擾。
針對(duì)該熱釋電傳感器包括兩個(gè)通道，設(shè)計(jì)了兩個(gè)對(duì)稱的放大電路，如圖3所示。以一個(gè)通道為例，CA、R4、R3構(gòu)成低通放大，C8、R7、R8構(gòu)成零位提升，便于后續(xù)采集計(jì)算。放大器采用高阻抗輸入、低噪聲芯片TLC2252。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/195057.htm
3．3 4～20 mA輸出電路
ADuC845內(nèi)置12位DAC，為了使4～20 mA輸出電路的負(fù)載能達(dá)到1 kΩ，采用+24 V電源，同時(shí)R11為100 Ω，輸出電流I=VDAC／R11。具體電路如圖4所示。
4 采集方法和數(shù)據(jù)分析
4．1 采集時(shí)序和ADC設(shè)置
紅外發(fā)光管和信號(hào)采集時(shí)序如圖5所示。采集步驟如下：采集傳感器兩個(gè)通道的信號(hào)A1、Aref；紅外發(fā)光源發(fā)光200 ms；采集傳感器兩個(gè)通道的信號(hào)B1、Bref；紅外發(fā)光源熄滅800 ms；計(jì)算比值(B1-A1)／(Bref-Aref)，根據(jù)這個(gè)值和標(biāo)定曲線公式計(jì)算出檢測(cè)氣體的濃度。不斷循環(huán)上述步驟。ADuC845內(nèi)置的24位ADC采樣周期設(shè)置為1 ms，采樣精度能達(dá)到15位以上。
評(píng)論