隨著人類社會的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平得到了迅速提高，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模也迅速擴大，但同時導(dǎo)致了二氧化碳的排放成倍增長，如溫室效應(yīng)，土地荒漠化程度加速等，嚴(yán)重影響并破壞著人類的生存環(huán)境。另外，二氧化碳是作物光合作用的主要原料，其含量合適與否直接影響作物的生長。近年來，隨著人們環(huán)保意識的增強，科技進步的進步，如何快速檢測二氧化碳的含量，削減二氧化碳的排放，已成為各級政府和廣大有識之士特別關(guān)注的問題，因此研究并設(shè)計二氧化碳檢測電路具有十分重要的意義。
目前檢測二氧化碳的方法主要有化學(xué)法、電化學(xué)法、氣相色譜法、容量滴定法等，這些方法普遍存在著價格貴，普適性差等問題，且測量精度還較低。而
1 檢測電路的工作原理
1.1 紅外吸收型二氧化碳?xì)怏w傳感器的工作原理〔1〕
紅外吸收型CO2氣體傳感器是基于氣體的吸收光譜隨物質(zhì)的不同而存在差異的原理制成的。不同氣體分子化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，對不同波長的紅外輻射的吸收程度就不同，因此，不同波長的紅外輻射依次照射到樣品物質(zhì)時，某些波長的輻射能被樣品物質(zhì)選擇吸收而變?nèi)酰a(chǎn)生紅外吸收光譜，故當(dāng)知道某種物質(zhì)的紅外吸收光譜時，便能從中獲得該物質(zhì)在紅外區(qū)的吸收峰。同一種物質(zhì)不同濃度時，在同一吸收峰位置有不同的吸收強度，吸收強度與濃度成正比關(guān)系。因此通過檢測氣體對光的波長和強度的影響，便可以確定氣體的濃度。
根據(jù)比爾朗伯定律，輸出光強度 、輸入光強度 和氣體濃度 之間的關(guān)系為：
（1）
式中 為摩爾分子吸收系數(shù)；C 為待測氣體濃度；L 為光和氣體的作用長度（傳感長度）。對上式進行變換得：
（2）
通過檢測相關(guān)數(shù)據(jù)就可以得知氣體的濃度 。
圖1 二氧化碳傳感器探頭結(jié)構(gòu)
紅外二氧化碳傳感器探頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。是由紅外光源、測量氣室、可調(diào)干涉濾光鏡、光探測器、光調(diào)制電路、放大系統(tǒng)等組成。紅外光源采用鎳鉻絲，其通電加熱后可發(fā)出3～10μm的紅外線，其中包含了4.26μm處CO2氣體的強吸收峰。在氣室中，二氧化碳吸收光源發(fā)出特定波長的光，經(jīng)探測器檢測則可顯示出二氧化碳對紅外線的吸收情況。干涉濾光鏡是可調(diào)的，調(diào)節(jié)他可改變其通過的光波波段，從而改變探測器探測到信號的強弱。紅外探測器為薄膜電容，吸收了紅外能量后，氣體溫度升高，導(dǎo)致室內(nèi)壓力增大，電容兩極間的距離就要改變，電容值隨之改變。CO2氣體的濃度愈大，電容值改變也就愈大。
1.2 檢測電路的設(shè)計原理
圖2 檢測電路原理框圖
檢測電路設(shè)計的原理框圖如圖2所示。
檢測電路由紅外二氧化碳傳感器、數(shù)字濾波電路、放大電路、穩(wěn)流電路、單片機系統(tǒng)、溫度補償?shù)冉M成。設(shè)計的基本原理是紅外二氧化碳傳感器將檢測到的二氧化碳?xì)怏w濃度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，輸出的電信號分別經(jīng)過濾波、放大處理，輸入到單片機系統(tǒng)，并經(jīng)溫度和氣壓補償?shù)忍幚砗螅蓡纹瑱C系統(tǒng)輸出送顯示裝置顯示其測量值。
