[实用新型]一种基于TDLAS的传感器电路

说明书

本实用新型公开了一种基于TDLAS的传感器电路，属于气体传感领域。本实用新型传感器电路包括：微控制器单元、激光器驱动电路、温控电路和光电探测器接收电路；其中，微控制器单元MCU，包括ADC控制器和DAC控制器；ADC控制器采集光电探测器接收电路的输出信号，并采用锁相放大的方法计算气体浓度；DAC控制器输出高频正弦波与低频锯齿波的叠加信号，以及变化的电压信号；温控电路，包括运算放大器；运算放大器的反向输入端与输出端直接相连；运算放大器的同向输入端与所述DAC控制器的输出端连接；用于接收DAC控制器输出的电压信号，控制激光器的工作温度。本实用新型减少了额外的信号产生电路与锁相放大电路，结构简单、稳定性高、成本低、集成度高。

技术领域

本实用新型属于气体传感技术领域，更具体地，涉及一种基于TDLAS的传感器电路。

背景技术

可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)是基于半导体激光器的窄线宽和波长调谐特性，通过改变激光器注入电流大小改变激光器输出波长，从而实现对气体吸收谱线的扫描。将入射光信号耦合到气体吸收池中，入射光被气体吸收而发生衰减，通过探测出射光信号来得到目标气体浓度。具有高分辨率、高灵敏度、快速响应、本质安全和可远程监测等优点。

其中，传感器电路的稳定性与集成度十分关键，它可以使激光器输出波长稳定，采集并计算衰减后携带气体浓度信息的光信号，进而得到待测气体浓度。传统基于TDLAS的传感器电路一般需要额外的信号产生电路与锁相放大电路，成本较高且体积较大，不利于便携使用。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于TDLAS的传感器电路，其目的在于解决传统基于TDLAS的传感器电路成本较高且体积较大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于TDLAS的传感器电路，包括：微控制器单元、激光器驱动电路、温控电路和光电探测器接收电路；

所述微控制器单元MCU，包括ADC控制器和DAC控制器；所述ADC控制器采集光电探测器接收电路的输出信号，并采用锁相放大的方法计算气体浓度；所述DAC控制器输出高频正弦波与低频锯齿波的叠加信号，以及变化的电压信号；

所述激光器驱动电路，用于放大MCU产生的高频正弦波与低频锯齿波的叠加信号，并将电压信号转换为电流信号来驱动激光器；

所述温控电路，包括运算放大器；所述运算放大器的反向输入端与输出端直接相连；所述运算放大器的同向输入端与所述DAC控制器的输出端连接；用于接收DAC控制器输出的电压信号，控制激光器的工作温度；

所述光电探测器接收电路，用于将光电探测器输出电流信号转换为电压信号。

进一步地，所述微控制器单元的内核是带FPU的ARM Cortex-M7，其闪存FLASH为1024KB，静态内存SRAM为1024KB。

进一步地，所述MCU电路采用STM32H743VIT6芯片构成。

进一步地，所述温控电路，包括TEC控制器ADN8834、电阻R23、电阻R31～R34、电阻R38～R41；

ADN8834的IN1P引脚分别连接电阻R33和R34一端，电阻R33的另一端连接到VREF，电阻R34另一端接地；IN1N引脚分别连接电阻R31和R32的一端，R31另一端连接到VREF，电阻R32另一端连接到激光器热敏电阻端口，R23为反馈电阻连接到IN1N和OUT1引脚；IN2P引脚连接到微控制器单元MCU的DAC输出端口；VLIM引脚分别连接R38和R39一端，R38另一端与VREF连接，R39另一端接地，用于设置输出电压极限；ILIM引脚分别连接R40和R41一端，R40另一端与VREF连接，R41另一端接地，用于设置输出电流极限。

进一步地，激光器驱动电路包括运算放大器U6、运算放大器U5、电阻R19～R22和电阻R24～R27；