基于非分散紅外原理的熱電堆傳感器原理分析及電路設計

　　紅外光源驅動器

　　選用International Light Technologies MR3-1089作為紅外光源，它具有拋光鋁反射器，150 mA時所需驅動電壓為5.0 V，以便使紅外輻射最大化，并獲得最佳系統性能。來自燈的熱量使光反射器的溫度保持在環境溫度以上，有助于防止潮濕環境中出現冷凝。

　　溫度較低(關燈)時，燈絲具有較低的電阻，這使其在開燈瞬間產生電流浪涌。帶有軟啟動功能的穩壓器對于解決這個問題很有用。

　　低壓差穩壓器ADP7105具有可編程使能引腳，將它連接到DuCM360 的通用輸入/輸出引腳，可以對光源進行開關控制。10 nF軟啟動電容C6具有12.2 ms的軟啟動時間，這約等于100 ms最小斬波階躍時間的0.125倍。

　　燈的導通電流(~150 mA)較大，因此須仔細進行電路設計與布局，防止燈的開關脈沖耦合至微小的熱電堆輸出信號。

　　仔細確保燈的返回路徑不會流經敏感的熱電堆傳感器接地返回路徑。燈的電流回路不可以與處理器的電流回路重疊，否則可能會產生電壓失調誤差。強烈建議針對燈的驅動以及系統的信號調理部分采用單獨的穩壓器。

　　ADP7105光源驅動器直接采用連接EVAL-ADICUP360板的外部電源供電。

　　軟件考慮因素

　　同步斬波和采樣

　　如需測量氣體濃度，就必須對基準和測量通道中的峰峰值信號值進行采樣。ADuCM360集成兩個24位、Σ-Δ型ADC，這些ADC在連續采樣模式下工作。ADC由可編程增益放大器驅動，增益選項為1、2、4、8、16、32、64和128。

　　默認斬波頻率設為0.25 Hz，默認采樣速率設為10 Hz。但是，可以在軟件中設置斬波頻率，設置范圍為0.1 Hz至5 Hz;還可以設置ADC采樣速率，設置范圍為3.5 Hz至483 Hz。軟件保證采樣速率至少是斬波頻率的30倍。

　　對于0.25 Hz的默認斬波頻率而言，熱電堆數據在2秒半周期內的后1.5秒內以10 Hz采樣率獲得，保證信號完全建立。忽略前500 ms的數據(消隱時間)。消隱時間也可以在軟件中設置，上升沿和下降沿可分別設置。注意，NTC熱敏電阻數據在消隱期間獲得。

　　校準程序：理想比爾-朗伯方程

　　由于燈和熱電堆的特性不同，初次使用以及改變熱電堆或燈時必須校準電路。

　　建議將整個組件放置在密封腔室中，并可向其中注入已知濃度的二氧化碳氣體，直到腔室中一切原有氣體均被排出。穩定數分鐘后，便可開始進行測量。

　　理想比爾-朗伯方程的校準方式和算法如以下步驟所示：

　　1. 輸入下列命令：sbllcalibrate(標準比爾-朗伯校準)。

　　2. 注入低濃度(xLOW)或零濃度氣體(氮氣)，并讓腔室內的氣體穩定。

　　3.在終端輸入二氧化碳濃度。

　　4. 系統測量ACTLOW，它表示低濃度氣體中測量通道傳感器的峰峰值輸出。

　　5. 系統測量REFLOW，它表示低濃度氣體中基準通道傳感器的峰峰值輸出。

　　6. 系統測量低濃度氣體的溫度TLOW.

　　7. 向腔室中注入濃度為xCAL的高濃度二氧化碳。

　　8. 在終端輸入二氧化碳濃度。

　　9. 系統測量ACTCAL、REFCAL和校準溫度TCAL。

　　10. 系統計算ZERO和b值：

　　如需利用理想比爾-朗伯方程測量未知濃度的二氧化碳氣體，則請按下述步驟操作：

　　1. 向腔室注入未知濃度氣體并使其穩定。

　　2. 測量ACT，它表示測量通道傳感器的峰峰值輸出。

　　3. 測量REF，它表示基準通道傳感器的峰峰值輸出。

　　4. 測量溫度T，單位K。

　　5. 使用校準后的ZERO值。

　　6. 使用校準后的b值。

　　7. 計算相對吸收率：

　　計算濃度，應用理想氣體定律下的溫度補償：

　　此步假定 TLOW = TCAL.

　　注意，CN-0338軟件會自動執行第2到第7步。

　　校準程序：修正比爾-朗伯方程

　　如果通過測量得到了常數b和c的值，則使用下列步驟。

　　1. 輸入下列命令：mbllcalibrate(修正后的比爾-朗伯校準)。

　　2. 輸入b和c常數。

　　3. 注入低濃度(xLOW)二氧化碳氣體(氮氣)，并讓腔室內的氣體穩定。

　　4. 在終端輸入二氧化碳濃度。

　　5. 系統測量ACTLOW，它表示低濃度氣體中測量通道傳感器的峰峰值輸出。

　　6. 系統測量REFLOW，它表示低濃度氣體中基準通道傳感器的峰峰值輸出。

　　7. 系統測量溫度TLOW.

　　8. 向腔室中注入濃度為xCAL的高濃度二氧化碳。

　　9. 在終端輸入二氧化碳濃度。

　　10. 系統測量ACTCAL、REFCAL和校準溫度TCAL。

　　11. 系統計算ZERO和SPAN：