基于LMP91050的一氧化碳浓度探测器

摘 要：本设计是基于LMP91050的一氧化碳浓度探测器的研制办法，本文分析了基于LMP91050的CO浓度探测器的整体设计方案，探讨了基于LMP91050的实现原理。本文介绍了LMP91050的特性、优点及内部原理。同时介绍了德州仪器公司出产的LMP91050芯片与非分光红外传感器（NDIR）的联合应用。

关键词：LMP91050；一氧化碳；NDIR；传感器

中图分类号：TH744 文献标识码：A

1 引言

一氧化碳是一种有毒并且易燃易爆的气体，在生活生产中它既可以使人中毒，同事也可能造成爆炸与火灾。所以对一氧化碳浓度的测量对现实生活生产中有着举足轻重的意义。

2 整体设计

2.1 基于LMP91050的CO浓度探测器的整体设计方案

基于LMP91050的CO浓度探测器的设计核心是传感器，我们已经初步选定了非分光红外气体传感器（NDIR），根据制作一氧化碳浓度探测器的要求，需要对一氧化碳浓度进行测量并且通过微处理器处理最后在LCD屏中得到显示。

该系统是由调制红外光源、红外探测器、传感器模拟前端（LMP91050）、数模转换电路、微处理器、LCD显示屏组成。其中调制红外光源负责调制发出红外光线，气室中的待测气体负责吸收特定波长的红外光线，红外探测器负责将一氧化碳经过吸收了的特定波长的红外光之后接收到的光信号转换成电信号。LMP91050芯片负责对传感器传过来的电信号进行增益放大，数模转换电路负责将LMP91050芯片放大的模拟电信号转换成数字电信号，微控制器主要负责对信号的分析处理，并且对LMP91050及数模转换器进行配置。最后由LCD显示屏显示出被测结果。

2.2 调制光源的选取方案设计

调制光源的理想情况是一种纯黑色体，它能吸收各种波长的辐射，并以相同的速度发散出各种波长的辐射能。由于现实生活中绝对黑体是不存在的，我们只能选择尽可能符合绝对黑体性质的调制光源。在非分光红外传感器中，对于调制红外光源最重要的两种性质分别是：

（1）辐射光谱的稳定性。因为气体会对红外光线的波长具有选择性吸收。同时气对

红外光的吸收在不同的波长下有所不同，而调制红外光源所发出的辐射光谱的成分取决于光源电源的的功率，因此对光源的供电电流要具有一定的穩定性。

（2）气体吸收的红外光波长应该在调制红外光源辐射的红外光谱波长之内。由于一氧化碳对红外光的吸收波长在4.6μm，于是需要选择一个辐射波长主要在4.6μm的红外光源，综上所述选择了MIRL17-900。

2.3 气室方案的设计

为了防止气室壁对红外光辐射从而对一氧化碳浓度探测器灵敏度造成影响，应选择玻璃镀金或铝合金材料。同时要求红外光探测器与调制红外光源在同一水平线上。由于一氧化碳分子量略小于空气平均分子量，所以在气室下方设有进气口，在气室上方设有出气口。

由于在实验室条件下，气室效果不可能尽如人意，气室只能尽量符合一氧化碳浓度测量对气室的要求。

2.4 探测器选取的设计方案

红外探测器（Infrared Detector）是由热电偶构成的传感器器件。当红外探测器接收到照射过来的红外光时，光敏元件会立刻提高温度，致使热电偶之间产生相应的热电动势，由此将光信号转换成相应的电信号。

红外探测的优点：

由于红外探测器是由热学原理制成的，因此当红外光照射在探测器之上的时候，红外探测器的响应速度非常快。

综上所述，经过对资料的分析及查找选择了一种较为理想的红外探测器——TPS2534 G1 G20＼ 3195。

TPS2534 G1 G20 ＼ 3195由PerkinElmer公司生产。其红外探测器在内部被填充了氮气且完全密封。窗口上覆盖着滤波片。由于探测器输出电压频率与接收到的调制红外光频率一致，可以看做是一个稳定的电压源。

2.5 LMP91050芯片介绍

LMP91050是德州仪器（TI）公司生产的一种可编程的模拟前端（AFE），为桥接微处理器与传感器提供简单易用的模块化解决方案，设计工程师可在多个非色散红外线 （NDIR） 气体传感器平台中使用单个 AFE，无需设计数个复杂的分立式解决方案，可显著缩短开发时间。

LMP91050 NDIR 气体传感 AFE 的主要特性与优势：

（1）完整的气体传感器整套方案：AFE 具有两个可编程放大器 （PGA），并且可以调节放大器的放大倍数，有两个放大器可供选择。拥有SPI接口，可以连接芯片与单片机，构成传输以用单片机控制放大；

（2）可编程增益放大器：有两个放大器分高档位和低档位。这样就使选择传感器变得更灵活。

（3）优异的性能：500ns 的相位延迟量、（0.1 至 10Hz）的低噪声；

（4）小巧的外形：外形极其小巧3mm×4.9mm的封装大小，具有便携性。

结语

本文主要介绍了本设计基于LMP91050的一氧化碳浓度探测器的核心元件传感器的选择及目标芯片的简介。而对于核心元件传感器的几个组成部分做了详细分析，包括调制红外光源、红外探测器。从资料查找到实验室现有条件再到本设计要达到的目标等因素出发，细致的阐述了所选元器件和所选元器件的原因与好处。同时说明了各部分元器件的使用原理，从而大致确定了本设计得整体方案。

在确定整体方案的前提下，查找资料了解一些需要选择与未曾使用过得元器件，了解参数，查看说明书，学会使用方法。同时对基于LMP91050的一氧化碳浓度探测器的整体外观及大致思路做了一个设想。

参考文献

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