基于NDIR技术的气体传感器电路详解：Arduino兼容设计

非分散红外(NDIR)技术是一种常见的气体检测方法，用于精确测量诸如一氧化碳和二氧化碳等气体的浓度。该技术利用红外光穿过样品腔，其中各种气体成分对特定波长的红外辐射进行选择性吸收。由于红外线在穿过腔体时不经过预滤波，而是通过后续的滤波器来排除其他非目标气体的吸收波长，因此称为非分散。 图1所示的完整电路是一个基于NDIR原理的气体传感器设计，它特别适用于二氧化碳浓度的测量。然而，通过更换不同的滤光器，该电路可以适应多种气体的检测。这个电路构建在一个采用Arduino扩展板尺寸的印刷电路板(PCB)上，并与Arduino兼容的EVAL-ADuCM360开发板相连。该电路的核心组件包括低噪声放大器AD8629和精密模拟微控制器ADuCM360，后者集成有可编程增益放大器(PGA)、双通道24位Σ-Δ型模数转换器(ADC)以及ARM Cortex-M3处理器，提供了高精度的数据采集和处理能力。 电路中的热电堆传感器是关键元件，它通常由多个串联或并联的热电偶构成。当红外光照射到热电堆时，不同的气体吸收程度导致热电偶结和基准结之间温度差异增大，从而产生电压输出。这一现象被称为塞贝克效应，以发现者Thomas Johannsen的名字命名。 该电路设计的关键组成部分包括： 1. ADCs（如ADC0、ADC1、ADC2）：用于数字化热电堆传感器的电压信号，将连续的物理信号转化为数字信号，便于微控制器处理。 2. AD8629和ADA4528-1：低噪声放大器用于增强传感器信号，提高信噪比，确保测量精度。 3. ADuCM360：集成ADC和微控制器，提供高性能的信号处理和数据采集，以及编程能力，使系统具有灵活的自适应性和扩展性。 4. 热电堆传感器：核心探测元件，通过测量红外线吸收量来推断气体浓度。 5. 调制和解调电路：利用滤波器和光学元件来选择性吸收目标气体的特定波长，排除干扰。 6. Muxes、PGAs：多路复用器和可编程增益放大器，确保信号的有效传输和放大。 7. 电源管理：如ADP7105电源管理芯片，确保电路各部分稳定工作在所需的电压范围。 这个采用非分散红外(NDIR)技术的气体传感器电路是一个高度集成且精准的解决方案，适用于多种气体浓度的实时监测和分析。其设计巧妙地结合了红外光谱学原理和现代微电子技术，是现代工业自动化和环境监控领域的重要应用工具。