氣體檢測與人類生活息息相關，例如：石化廠、煤氣站、油庫等場所對可燃氣體的監測
；汽車尾氣

、工業廢氣、城市霧霾的監控；還有家用煤氣
、天然氣的泄漏爆炸的監測；以及針對裝修後有毒氣體（苯和甲醛）canliunongdudejiancedengdeng。conggongyedaominyong，zhenduigezhongkeranyouduqitidejiancewuyibuhuiyongdaoqititanceqi。bingqiesuizhezhinengwulianwangdepengbofazhan，qititanceqiyebeiguangfanyongzaigongnengqiangdadewulianwangshangshishijiankongqiantianhuanjing
，weirenleideanquanbaojiahuhang。

 

然而目前市場上的氣體探測器按原理可分為催化燃燒式
、電化學
、半ban導dao體ti式shi以yi及ji紅hong外wai四si種zhong。催cui化hua燃ran燒shao式shi探tan測ce器qi易yi中zhong毒du，電dian化hua學xue探tan測ce器qi壽shou命ming有you限xian，半ban導dao體ti式shi探tan測ce器qi一yi致zhi性xing較jiao差cha。而er紅hong外wai探tan測ce器qi反fan應ying靈ling敏min，精jing度du高gao，壽shou命ming長chang，優you勢shi顯xian著zhu。世健公司作為技術分銷商跟解決方案商，時刻關注市場需求，近期正式推出基於Microchip平台

，采用Axetris的紅外光源和Pyreos的傳感器所組成的紅外氣體檢測參考設計方案。通過此方案，客戶可以快速地評估MCU、光源以及傳感器的性能，縮短氣體檢測項目的設計周期。

 

該參考設計方案的原理：紅外光源發射出2-14μm的紅外光，通過一定長度的氣室吸收後，由帶4.26μm 波長的窄帶濾光片的紅外氣體傳感器進行探測
，傳感器內置15位ADC，通過IIC進行數據采集，經過Microchip的Cortex® M0+ SAM D20jinxingshujufenxichuli，fenxichudecaiyangshujutongguotongxunjiekouchuanshudaoshangweiji
，ranhoutongguopeitaoruanjianguanchabutongtanceqicaijideshujujiboxing。fangankuangturuxia：

 

圖1 方案框圖

 

整個方案的硬件連接方式是micro USB轉USB線連接評估板和PC，選用12V直流電源適配器。作為一個參考設計

，這個方案選用了Microchip公司的係列產品，包括基於Cortex M0+核的ATSAM D20作為的主控芯片，軌到軌的放大器MCP6H02用於驅動A紅外光源
，和低噪聲的電源芯片MIC5253提供係統電源及接口芯片MCP2200。

 

而使用Pyreos公司的ezPyro是世界上最小的擁有數字接口超低功耗的熱釋電紅外傳感器。ezPyro 係列數字接口型傳感器內部集成了傳感器、模擬前端、15位Δ-Σ模數轉換

、數字濾波器、FIFO以及中斷喚醒控製等部分，同時5.65_mm×3.7_mm×1.55_mm的封裝也大幅減小了設計整體體積。ezPyro熱釋電紅外傳感器的響應時間在毫秒級
，相比競爭對手幾秒鍾的響應時間，可謂是不可同日而語。

 

此方案中使用的紅外光源EMIRS 50是通過緊湊的TO-46封裝，它可以提供帶保護帽或者帶反射麵，這些結構可以配置藍寶石或氟化鈣、氟化鋇和鍺等材料的濾光片。Axetris紅外光源是緊湊型氣體檢測模塊的理想選擇。所有Axetris紅外光源都是基於微機械加工
，電調製技術的熱輻射紅外光源。這個專利的設計提供了真實黑體的輻射特性從2-14μm，高輻射率和一個很長的使用壽命，它還具備極其快速的調製和低功耗的特性。Axetris紅外光源在這些年已經成功地集成在各種醫療
、工業和安全應用上。典型的目標氣體是CO
、CO2、製冷劑、CH4、Nox、呼吸性酒精氣體以及其他更多氣體。

 

當然
，要確保方案整體的性能、提升係統測量精度
，隻有傳感器是不夠的。世健在配套芯片的選擇上也下了一番功夫。從方案的BOM清單中我們可以看到，世健的工程師特意選擇了Microchip的電源芯片MIC5253以及運算放大器MCP6H02等性能優異的外圍電子元器件，使得傳感器的特性最大限度地發揮出來。

 

除(chu)了(le)硬(ying)件(jian)方(fang)麵(mian)，世(shi)健(jian)的(de)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)也(ye)開(kai)發(fa)出(chu)了(le)配(pei)套(tao)的(de)軟(ruan)件(jian)
，開(kai)發(fa)者(zhe)可(ke)以(yi)觀(guan)測(ce)到(dao)方(fang)案(an)中(zhong)不(bu)同(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)通(tong)道(dao)的(de)測(ce)試(shi)和(he)分(fen)析(xi)數(shu)據(ju)。采(cai)樣(yang)數(shu)據(ju)由(you)串(chuan)口(kou)傳(chuan)輸(shu)到(dao)上(shang)位(wei)機(ji)，通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)顯(xian)示(shi)測(ce)量(liang)譜(pu)圖(tu)，軟(ruan)件(jian)的(de)左(zuo)側(ce)可(ke)以(yi)觀(guan)察(cha)參(can)考(kao)通(tong)道(dao)和(he)CO2通道所測量的數據，其中白色曲線是參考信號，紅色曲線是CO2檢測信號。經過雙通道的校準算法可以測量出氣體濃度值等等，軟件還可以保存采集數據。

 

運行NDIR.exe軟件時，請確保已經安裝NDIR驅動或者安裝Labview2014運行引擎和Labview visa 驅動(visa540_full.exe)，步驟如下：

 

 

圖2 軟件界麵

 

世健公司的現場應用總監仇嘉洋表示：“通過采用Microchip公司高性能的基於Cortex-M0+的MCU及電源和接口產品，結合MEMS技術的紅外光源和傳感器，世健公司為客戶提供了完整的紅外氣體檢測解決方案
，可廣泛應用於工業氣體排放、煤礦可燃有毒氣體泄漏監測
、環境監測、醫療安全、智能樓宇
、機車尾氣排放檢測等應用場景。”