基于非分散红外原理的热电堆传感器原理分析及电路设计

　　红外光源驱动器

　　选用International Light Technologies MR3-1089作为红外光源，它具有抛光铝反射器，150 mA时所需驱动电压为5.0 V，以便使红外辐射最大化，并获得最佳系统性能。来自灯的热量使光反射器的温度保持在环境温度以上，有助于防止潮湿环境中出现冷凝。

　　温度较低(关灯)时，灯丝具有较低的电阻，这使其在开灯瞬间产生电流浪涌。带有软启动功能的稳压器对于解决这个问题很有用。

　　低压差稳压器ADP7105具有可编程使能引脚，将它连接到DuCM360 的通用输入/输出引脚，可以对光源进行开关控制。10 nF软启动电容C6具有12.2 ms的软启动时间，这约等于100 ms最小斩波阶跃时间的0.125倍。

　　灯的导通电流(~150 mA)较大，因此须仔细进行电路设计与布局，防止灯的开关脉冲耦合至微小的热电堆输出信号。

　　仔细确保灯的返回路径不会流经敏感的热电堆传感器接地返回路径。灯的电流回路不可以与处理器的电流回路重叠，否则可能会产生电压失调误差。强烈建议针对灯的驱动以及系统的信号调理部分采用单独的稳压器。

　　ADP7105光源驱动器直接采用连接EVAL-ADICUP360板的外部电源供电。

　　软件考虑因素

　　同步斩波和采样

　　如需测量气体浓度，就必须对基准和测量通道中的峰峰值信号值进行采样。ADuCM360集成两个24位、Σ-Δ型ADC，这些ADC在连续采样模式下工作。ADC由可编程增益放大器驱动，增益选项为1、2、4、8、16、32、64和128。

　　默认斩波频率设为0.25 Hz，默认采样速率设为10 Hz。但是，可以在软件中设置斩波频率，设置范围为0.1 Hz至5 Hz;还可以设置ADC采样速率，设置范围为3.5 Hz至483 Hz。软件保证采样速率至少是斩波频率的30倍。

　　对于0.25 Hz的默认斩波频率而言，热电堆数据在2秒半周期内的后1.5秒内以10 Hz采样率获得，保证信号完全建立。忽略前500 ms的数据(消隐时间)。消隐时间也可以在软件中设置，上升沿和下降沿可分别设置。注意，NTC热敏电阻数据在消隐期间获得。

　　校准程序：理想比尔-朗伯方程

　　由于灯和热电堆的特性不同，初次使用以及改变热电堆或灯时必须校准电路。

　　建议将整个组件放置在密封腔室中，并可向其中注入已知浓度的二氧化碳气体，直到腔室中一切原有气体均被排出。稳定数分钟后，便可开始进行测量。

　　理想比尔-朗伯方程的校准方式和算法如以下步骤所示：

　　1. 输入下列命令：sbllcalibrate(标准比尔-朗伯校准)。

　　2. 注入低浓度(xLOW)或零浓度气体(氮气)，并让腔室内的气体稳定。

　　3.在终端输入二氧化碳浓度。

　　4. 系统测量ACTLOW，它表示低浓度气体中测量通道传感器的峰峰值输出。

　　5. 系统测量REFLOW，它表示低浓度气体中基准通道传感器的峰峰值输出。

　　6. 系统测量低浓度气体的温度TLOW.

　　7. 向腔室中注入浓度为xCAL的高浓度二氧化碳。

　　8. 在终端输入二氧化碳浓度。

　　9. 系统测量ACTCAL、REFCAL和校准温度TCAL。

　　10. 系统计算ZERO和b值：

　　如需利用理想比尔-朗伯方程测量未知浓度的二氧化碳气体，则请按下述步骤操作：

　　1. 向腔室注入未知浓度气体并使其稳定。

　　2. 测量ACT，它表示测量通道传感器的峰峰值输出。

　　3. 测量REF，它表示基准通道传感器的峰峰值输出。

　　4. 测量温度T，单位K。

　　5. 使用校准后的ZERO值。

　　6. 使用校准后的b值。

　　7. 计算相对吸收率：

　　计算浓度，应用理想气体定律下的温度补偿：

　　此步假定 TLOW = TCAL.

　　注意，CN-0338软件会自动执行第2到第7步。

　　校准程序：修正比尔-朗伯方程

　　如果通过测量得到了常数b和c的值，则使用下列步骤。

　　1. 输入下列命令：mbllcalibrate(修正后的比尔-朗伯校准)。

　　2. 输入b和c常数。

　　3. 注入低浓度(xLOW)二氧化碳气体(氮气)，并让腔室内的气体稳定。

　　4. 在终端输入二氧化碳浓度。

　　5. 系统测量ACTLOW，它表示低浓度气体中测量通道传感器的峰峰值输出。

　　6. 系统测量REFLOW，它表示低浓度气体中基准通道传感器的峰峰值输出。

　　7. 系统测量温度TLOW.

　　8. 向腔室中注入浓度为xCAL的高浓度二氧化碳。

　　9. 在终端输入二氧化碳浓度。

　　10. 系统测量ACTCAL、REFCAL和校准温度TCAL。

　　11. 系统计算ZERO和SPAN：