红外气体报警器的设计

红外气体报警器的设计,高校论文设计材料

南京交通职业技术学院

题目：红外气体报警器的设计

专业： 姓名： 学号： 指导老师：邢江勇1

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目

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摘要 设计目的 红外气体报警器的设计框图 红外传感器 信号放大器 报警延时电路 数字滤波器 检测电路 光源调制电路 产品的性能特点 致谢

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摘要红外气体探测器和红外光源是组成红外气体 传感器的主要部件。它是以红外吸收为主，红外 传感器作为器件的核心，有很高使用能力，适应 周围环境能力强等特点，且不同的气体对红外线 吸收程度的不同通过红外传感器来检测气体，红 外传感器具有良好抗毒能力，较高的反应灵敏度， 针对气体的能力强等功能。本文首先介绍了传感 器以及红外光谱吸收原理，根据分析结果设计了 红外探头，以及一系列的电路图如：信号放大电 路、检测处理程序流程图等。3

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南京交通职业技术学院 如今社会经济迅速的发展，人们的生活条 件不断的提高。人们对生活质量也有所追求。 许多家庭已经拥有许多高档次的家用电器和非 常贵重的物品。许多人拥有了十分可观的收入 和积蓄。因此，财产安全和人的生活安全问题 也收到了人们的关注。安防产业也随之发展起 来，人们对安全防护的灵敏度、便捷度以及工 作能力也有了越来越高的要求。安全和舒适的 生活条件是人们不断最求的对象。红外气体报 警器也随之一步一步的迈向人们的生活中。

设 计 目 的

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南京交通职业技术学院显示器 敏感元件 转换元件 测量电路 记录仪 数据处理器 辅助电源 红外气体报警的设计框图 红外气体报警器主要由敏感元件、转换元件、测量电路、 辅助电源组成。 红外气体报警器的显示电路由显示器、记录仪、数据处 理器组成。5

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1、红外传感器红外线传感器可分为热释电红外线传感器和 光子型红外线传感器两大类。 红外线传感器包括光学系统、检测元件和转 换电路三大部分。光学系统按结构不同可分为透 射式和反射式。检测元件按工作原理可分为热敏 检测元件和光电检测元件。热敏检测元件中最常 见的就是热敏电阻，热敏电阻受到红外线辐射时 温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电 信号输出。

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红外气体传感器

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2、信号放大器R5 R3 C2 1K 47uF R2 1M C1 VT1 9014 47u/16v R6 100K R4 4.7K 2 3 1 1 100K

8

IC2A LM358

R7 10K

4R8 300K C4 0.01uF

C3 22uF/16V

VT1和运算放大器LM358等组成放大电路，由IC1的②脚输出微弱 的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，

再通过C2输入 到运算放大器ICA中进行高增益、低噪声放大，此时由 IC2A①脚输出 的信号已足够强，输入电压比较电路。

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3、报警延时电路R13 100K R14 470K R15 100K

8

VD2 3 1N4001 2

IC4A LM393 1

1

R16 C6 47uF/16V 300K

R14和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。当IC2B的⑦脚变为低电平时，C6 通过VD2放电，此时IC4的②脚变为低电平它与IC4的③脚基准电压进行比较，当 它低于其基准电压时，IC4的①脚变为高电平，VT2 导通，讯响器BL通电发出报 警声。人体的红外线信号消失后，IC2B的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD2截止。 由于C6两端的电压不能突变， 故通过R14向 C6缓慢充电，当C6两端的电压高于 其基准电压时，IC4的①脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。 9

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4、数字滤波器待处理的 模拟信号 模数转换 器 待处理的 数字信号 数字信号 处理器 处理后的 数字信号

处理后的 模拟信号 数字滤波器的框图

数模处理 器

红外检测器检测到的信号会十分弱，测量现场会有各种干扰，如果干 扰信号也进入到采集卡，则数据的失真会非常大的。通常情况下干扰十分复 杂，会包含各种频率成分，因此导致滤波效果不明显、而且电路参考很难调 节，因此采用数字滤波。数字滤波依靠软件程序，不需要任何硬件电路，不 需要考虑阻抗匹配。10

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5、检测电路红外气体传感器 数字滤波器 放大电路 单片机系统 输出

稳流电路

气体浓度测量一般会在复杂的环境中工作，为了使测量更加精准，减少 偶然误差。见红外气体分析检测器电路框图，整个检测电路由红外气体传感 器、数字滤波电路、放大电路、单片机系统等组成。电路设计的基本原理是 红外气体传感器将检测到的气体体积分数转换成相应的电信号，输出的电信 号分别经过滤波、放大处理，输入到单片机系统，并经过温度、气压补偿等 处理后，然后由单片机系统输出送显示装置显示测量值。11

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6、光源调制电路

红外辐射是不断地变化的，可以大大提升热电堆探测器的信噪比。 因此，在实际应用中需要调制红外光源进行，即通过微处理器送到脉动 式开和关，在一定频率下使红外光源在亮、灭两个状态之间切换。12

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产 品 的 性 能 特 点

(1) 稳定性好，非常适合在线使用； (2) 灵敏度比较高，可以分析常量气体、微量气体，量程范围比较广； (3) 检测器结构简单，成本低，生产和维修方便； (4) 适合常量气体分析； (5) 传感器灵敏度受环境温度的变化影响，且温度对检测器对气体

的 吸收有显著影响，但是对光学部分恒温，在软件补偿的情况下， 误差可以控制在 2%之内。

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老师辛苦了 谢谢老师14