基于ADuC845的石油錄井二氧化碳檢測儀
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3．2 紅外傳感器信號放大電路
紅外傳感器選用PerkinElmer公司的PYS 3228TCG2／G20。當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產生數量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應。通常，晶體自發(fā)極化所產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。當溫度變化時，晶體結構中的正負電荷重心相對移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會產生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度。能產生熱釋電效應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，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，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內溫度有△T的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產生電荷△Q，即在兩電極之間產生一微弱電壓△V。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產生的電荷△Q會跟空氣中的離子所結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，△AT=0，傳感器無輸出。如果在熱電元件接上適當的電阻，當元件受熱時，電阻上就有電流流過，在兩端得到電壓信號。
PYS 3228 TC G2／G20傳感器包括兩個濾波窗，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、場效應管FET等組成。濾光片設置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。其優(yōu)點為本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗低，隱蔽性好，價格低；缺點為容易受各種熱源、光源以及射頻輻射的干擾。
針對該熱釋電傳感器包括兩個通道，設計了兩個對稱的放大電路，如圖3所示。以一個通道為例，CA、R4、R3構成低通放大，C8、R7、R8構成零位提升，便于后續(xù)采集計算。放大器采用高阻抗輸入、低噪聲芯片TLC2252。本文引用地址：http://www.bjwjmy.cn/article/195057.htm
3．3 4～20 mA輸出電路
ADuC845內置12位DAC，為了使4～20 mA輸出電路的負載能達到1 kΩ，采用+24 V電源，同時R11為100 Ω，輸出電流I=VDAC／R11。具體電路如圖4所示。
4 采集方法和數據分析
4．1 采集時序和ADC設置
紅外發(fā)光管和信號采集時序如圖5所示。采集步驟如下：采集傳感器兩個通道的信號A1、Aref；紅外發(fā)光源發(fā)光200 ms；采集傳感器兩個通道的信號B1、Bref；紅外發(fā)光源熄滅800 ms；計算比值(B1-A1)／(Bref-Aref)，根據這個值和標定曲線公式計算出檢測氣體的濃度。不斷循環(huán)上述步驟。ADuC845內置的24位ADC采樣周期設置為1 ms，采樣精度能達到15位以上。
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