红外气体传感器设计与实现

摘要

本文设计一种基于红外吸收原理的可燃气体传感器，采用电调制非色散红外技术，由于多数可燃气体在波长为3.40μm处拥有其特征吸收峰，所以针对可燃气体选用滤光片中心波长为3.40μm，此滤光片对应的输出信号为测量信号，为保证传感器测量值的可靠性及长期稳定性，再选用一个滤光片作为参考信号，由于多数气体在4.00μm左右的波长处均无吸收，因此第二个滤光片中心波长选为4.00μm，此滤光片对应的输出信号即为参考信号。由于参考信号理论上是稳定不变的，因此当传感器硬件系统出现老化、漂移等现象时，会导致测量信号发生变化，此时参考信号产生作用，可基本排除此类异常。
　　传感器选用ARM内核的微处理器作为整个系统的控制及运算单元，使用ARM处理器自带的定时器产生中断信号，每次中断时驱动红外光源变换工作状态，从而实现红外光源的电调制。光源发出的红外能量通过含有被测气体的腔体后，再经滤光片滤除其它波段的能量，最后到达探测器，探测器吸收能量后转换为电信号，电信号通过电路处理后，由处理器启动模数转换器对输入的模拟信号进行采样，由此模拟量转变为数字量，软件采用数字信号处理算法对数字量进行去噪和滤波，将实时测量数据和标定数据按公式进行计算，即可得到实时测量的气体浓度值。
　　经过实验测试，该传感器测量值准确、可靠、响应灵敏、体积小、功耗低，分辨率达到0.01％VOL，测试数据及性能指标达到预期。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究意义

1.2 红外气体传感背景

1.3 本文主要工作

1.4 本论文的结构安排

第二章 传感器理论基础

2.1 基础理论

2.2 硬件开发工具

2.3 软件开发环境

2.4 本章小结

第三章 传感器硬件设计与实现

3.1 传感器系统总体设计

3.2关键器件选型

3.3电源管理电路设计

3.4红外光源驱动电路设计

3.5处理器及外围电路

3.6模拟小信号处理电路设计

3.7 PCB电路板设计

3.8 硬件电路实现

3.9 本章小结

第四章 传感器软件设计与实现

4.1信号采集与数字信号处理

4.2零点和灵敏度校准设计

4.3数字通信模式及传输方式

4.4数字通信协议设计

4.5传感器浓度计算

4.6软件调试

4.7软硬件联合调试

4.8本章小结

第五章 测试及数据分析

5.1 传感器测试环境

5.2传感器标定测试

5.3 测试数据分析

5.4 硬件参数测试

5.5本章小结

第六章 结 论

6.1 全文总结

6.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献