现代测控电子技术第六章1

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1、第六章测控电子技术综合应用6.1.1光电传感器应用电路1.分光光度计测量电路分光光度计的理论基础是郎伯-比尔定律，也称为光的吸收定律。当一束平行单色光照射到均匀的非散射的溶液上时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，还有一部分被反射。6.1传感器应用电路定义透过光的强度与入射光的强度之比为透光度TIt为透过样品的光强，I0为透过空白参考溶液的光强。T越大，说明溶液的透光程度越大。由于透光度T与溶液的浓度C之间没有线性关系，定义吸光度A为透光度T的负对数。式中，K为吸光度系数，C为溶液浓度，L是液层厚度。这就是郎伯—比尔定律。此式表明：当液层厚度固定时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比，这一关系称

2、作比尔定律。当浓度固定时，溶液的吸光度正比于液层厚度，这一关系称作郎伯定律。分光光度计的组成框图如图6.1.1所示。光源灯发出的光经单色器色散后，变为单色光。此单色光透过比色皿内的待比色溶液，照射到光电管上。光电管将这一随溶液浓度不同而变化的光信号转换成电信号，再经放大器放大后，由A/D转换器转换成数字量并显示。图6.1.1分光光度计的组成框图测量放大电路如图6.1.2所示。图中A1构成微电流放大器，输入是光电管经透射光照射后产生的光电流，光电流经电阻R1转换成电压。该电压经同相放大后输出VOT，VOT是与透光度成正比的电压，其值为图6.1.2分光光度计测量放大电路式中Io是光电管产生的光电

3、流，微电流放大器的增益变化范围为3～10，用以调节透光度的满度值100%T。当光电管受白光照射时，调节电位器RP2，使VOT=1000mV，即代表此时透光度为满度值100%T。稳压管D1、D2，电阻R2、R12、R13及电位器RP1组成调零电路，用以补偿光电管的暗电流，在无光照射光电管时调节RP1，使VOT=0，即0%T。由于吸光度与透光度成负对数关系，因此将VOT进行对数放大后即可得到与吸光度成比例的电压VOA，其值为由于对数放大器LOG101的电流输入范围是100pA～3.5mA，因此对应的吸光度测量也有相应的范围。本电路吸光度的测量范围是0～1.999(A)，对应的透光度是100%～1

4、%(T)。当透光度是100%时，调节电位器RP3，使VOA=0V；当透光度是1%时，VOT=10mV，此时LOG101输出为－3V，调节电位器RP4，使VOA=1.999V。至此，实现了吸光度的测量。浓度因与吸光度成正比，本电路规定浓度的测量范围是0～1999,因此其输出放大器的参数与吸光度测量的输出放大器相同，调整方法也相同，输出电压为电路中通过转换开关分别输出透光度、吸光度和浓度，其输出接入后续A/D转换电路即可实现三项参数的数字测量。A/D转换电路见图6.1.3。图6.1.3分光光度计A/D转换电路根据ICL7106的转换关系有：测量透光度时Vin=0～1000mV，读数N为0～100

5、0，将小数点设置在十位即可实现透光度的直读。测量吸光度时Vin=0～1.999V，读数N为0～1999，将小数点设置在千位即可实现吸光度的直读。测量浓度时Vin=0～1.999V，读数N为0～1999，将小数点设置在个位即可实现浓度的直读。2.光电心率检测器测量电路光电心率检测器由光电脉搏传感器、测量放大电路及频率测量电路构成。光电脉搏传感器见图6.1.4。使用时拇指完全盖住透光窗口，光源XD的光经血液反射，由光敏电阻RG接收，被转换成电脉冲，心脏每搏动一次传感器发出一个脉冲。图6.1.4光电脉搏传感器示意图图6.1.5光电心率检测器测量电路图6.1.5是测量电路，上半部分电路将脉搏信号转换

6、成电脉冲信号，下半部分是计数电路，把脉冲信号变换成心率。当脉搏波到来时，拇指充血，由此产生的反射光照射到光敏电阻RG上时，其电阻变小，使T2的基极电位上升，射极输出高电位。在脉搏波的间歇，无反射光照射到光敏电阻RG上，其电阻变大，使T2的基极电位下降，射极输出低电位。T2的射极输出端获得的是与脉搏波相应的正向脉动信号输出。该信号经隔直电容C1隔离直流后由运算放大器A1和电压比较器A2整形成与脉搏波同频率的方波信号。由于心率是每分钟心脏搏动的次数，为了提高测量速度缩短测量时间，将脉搏脉冲倍频60倍，然后在1秒钟内对脉搏脉冲计数，所计脉搏数即为要求测量的心率。6.1.2气敏传感器应用电路图6.1

7、.6为甲烷气体CH4浓度检测电路，传感器为半导体气敏传感器，电阻Rs随CH4浓度的增加而减小，典型值是CH4浓度为1000×10-6时，Rs为14.0kΩ；CH4浓度为10000×10-6时，Rs为4.2kΩ。图6.1.6甲烷气体CH4浓度检测电路图中7805用于给传感器加热，当温度稳定后开始工作，基准电压模块为REF-03，其在电位器Rp1的两端产生2.5V的基准电压，从而产生传感器的恒定供电电流I，I约为