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）殘can留liu濃nong度du的de檢jian測ce等deng等deng。從cong工gong業ye到dao民min用yong，針zhen對dui各ge種zhong可ke燃ran有you毒du氣qi體ti的de檢jian測ce無wu一yi不bu會hui用yong到dao氣qi體ti探tan測ce器qi。並bing且qie隨sui著zhe智zhi能neng物wu聯lian網wang的de蓬peng勃bo發fa展zhan
，氣qi體ti探tan測ce器qi也ye被bei廣guang泛fan用yong在zai功gong能neng強qiang大da的de物wu聯lian網wang上shang實shi時shi監jian控kong前qian天tian環huan境jing，為wei人ren類lei的de安an全quan保bao駕jia護hu航hang。

 

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 D20進jin行xing數shu據ju分fen析xi處chu理li
，分fen析xi出chu的de采cai樣yang數shu據ju通tong過guo通tong訊xun接jie口kou傳chuan輸shu到dao上shang位wei機ji，然ran後hou通tong過guo配pei套tao軟ruan件jian觀guan察cha不bu同tong探tan測ce器qi采cai集ji的de數shu據ju及ji波bo形xing。方fang案an框kuang圖tu如ru下xia：

 

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heCO2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。”