ADI專家解讀氣體監(jiān)測技術(shù)趨勢和解決方案

　　Brian指出：“環(huán)境監(jiān)測是一個(gè)高成長的市場，因?yàn)榇蠹叶紝ι硖幍沫h(huán)境和危害身體健康、生命安全的部分越來越重視。在氣體監(jiān)測儀器產(chǎn)品方面，很多中國儀器儀表中小企業(yè)產(chǎn)品賣得不錯(cuò)，目前是一個(gè)百家爭鳴的狀況。”

　　氣體監(jiān)測儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)分析

　　圖3所示這種毒氣監(jiān)測器系統(tǒng)可以讓工人隨身攜帶，也可每隔一定距離安裝在工作現(xiàn)場。多數(shù)便攜式低功耗有毒氣體檢測器都是以電化學(xué)傳感器為基礎(chǔ)的，涵蓋工業(yè)環(huán)境中的多數(shù)常見氣體，比如一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)、和二氧化氮(NO2)。與其他有毒氣體監(jiān)測方法相比，電化學(xué)傳感器具有功耗低、交叉靈敏度低、長期穩(wěn)定性出色等特點(diǎn)，非常適合電池供電的便攜式應(yīng)用。　　

 

　　對于圖3中的電化學(xué)傳感器，工作電極(WE)檢測有毒氣體，并根據(jù)氣體濃度按比例產(chǎn)生電流，參考電極(RE)使工作電極的電壓保持穩(wěn)定，以便傳感器工作于線性范圍之內(nèi)，輔助電極(CE)可以使WE節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生的電流達(dá)到平衡。恒電位電路保持RE節(jié)點(diǎn)電壓，并提供CE節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電流。I/V電路把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)傳送至ADC(無論是集成在MCU中還是分立式)。包括LCD和鍵陣列在內(nèi)的人機(jī)接口用于系統(tǒng)設(shè)置和顯示。LED、蜂鳴器和振動(dòng)電機(jī)有助于提高警報(bào)的可靠性。

　　“氣體監(jiān)測技術(shù)的瓶頸在于氣體傳感器本身。因?yàn)闅怏w傳感器技術(shù)上的限制，就使得可以輸入的信號(hào)比較微弱。很多放大器可能會(huì)有誤差，這就可能會(huì)對偏置電流造成問題。如果本身器件的噪聲誤差已經(jīng)大于傳感器感測到的信號(hào)，那么測量的結(jié)果一定是不準(zhǔn)的。”

　　Brian進(jìn)一步指出：“如檢測PM2.5時(shí)可能會(huì)用光的方式，即光電二極管也會(huì)產(chǎn)生非常小的電流，還有它本身的功耗。而我們一旦安置了氣體監(jiān)測儀器之后，通常希望能夠長時(shí)間的穩(wěn)定，且不需要經(jīng)過校準(zhǔn)就能夠長時(shí)間使用，所以氣體監(jiān)測儀器的功耗和可靠度要很好。低功耗、高可靠性、降低噪聲是氣體監(jiān)測器系統(tǒng)設(shè)計(jì)所面臨的主要挑戰(zhàn)。”

　　1、 低功耗——由于有毒氣體檢測需要在盡可能無需維護(hù)的情況下持續(xù)地對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。因而，盡量延長電池壽命對這種應(yīng)用來說是非常重要的。由于電化學(xué)氣體傳感器只需極少電流即可工作，因此剩下的信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)傳輸電路在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

　　2、 高可靠性——在某些工業(yè)環(huán)境中，人的生命依賴于有毒氣體檢測器，為此這些檢測器需要高度可靠。高精度、抗干擾能力以及出色的長期穩(wěn)定性，這些都是設(shè)計(jì)過程中需要考慮的重要因素。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要精確、強(qiáng)健、低漂移的信號(hào)鏈。

　　3、 降低噪聲——為了充分發(fā)揮電化學(xué)傳感器的動(dòng)態(tài)范圍的優(yōu)勢，在設(shè)計(jì)信號(hào)鏈時(shí)需要考慮降噪問題。

　　高分辨率、低噪聲、低功耗的ADI氣體監(jiān)測最新方案

　　針對以上客戶在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所遇到的挑戰(zhàn)，ADI提供了完整多樣的信號(hào)鏈器件、最新的實(shí)驗(yàn)室電路原理圖、物料清單和演示電路板，幫助客戶能夠以最快時(shí)間完成自己產(chǎn)品的設(shè)計(jì)并快速推向市場。相比較其他廠商的單片集成方案，ADI的分立方案帶來了設(shè)計(jì)靈活的天然優(yōu)勢。在一些干擾較大的工作環(huán)境，其方案的靈活性還可以方便客戶完成抗干擾的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。