[发明专利]一种半导体气体传感器动态检测系统

权利要求书

1.一种半导体气体传感器动态检测系统，其特征在于，该系统包括仪器硬件和计算机，仪器硬件包括四个主要部分：气体腔室，主控制电路板，数据采集卡，监控与操作面板；其中：

所述气体腔室，设有进气接口与出气接口，分别用于外接配气源和/或后续气体产物分析仪器等；气体腔室内设置有蒸发板、风扇和样品插槽，蒸发板用于引入挥发性液体氛围，风扇用于保持腔体内气体均匀，样品插槽用于接插传感器样品，插槽内设有传感器接线端和加热接线端；

所述监控与操作面板设有：用于调节样品加热功率的模块化脉宽调制控制器，用于控制气体腔室内蒸发板的开关按钮、控制风扇的开关按钮，以及控制仪器电源的开关按钮；脉宽调制控制器包括数显管和调节电位器；

所述主控制电路板包括：用于为电路各区域提供不同电压供电的电源模块，用于连接监控与操作面板上的脉宽调制控制器和各个开关按钮的面板接口，用于连接气体腔室中的蒸发板、风扇和样品插槽的腔室接口，由二级放大电路和数控电阻切换电路组成的信号调理模块，用于连接数据采集卡的数据采集卡接口；

所述数据采集卡用于实时采集传感器样品电流、电阻数值；数据采集卡获得的数值传输给计算机连接。

2.根据权利要求1所述的半导体气体传感器动态检测系统，其特征在于，每个信号调理模块对应于气体腔室中一个样品插槽，即在有多个样品插槽的设计中采用多个信号调理模块。

3.根据权利要求1所述的半导体气体传感器动态检测系统，其特征在于，所述信号调理模块包括：接口P1和接口P2，第一级反向放大电路A1及其反馈电阻R1~R8，第二级放大电路A2，以及R10~R12和C2组成的带有低通滤波功能的典型反向放大电路；其中：

接口P1和接口P2为气体腔室接口的一部分，与样品插槽中的传感器接线端电气连接；接口P1与电源模块中标准电压VCC电气连接，接口P2连接至第一级反向放大电路A1的输入端，即运算放大器A1的负输入端；反馈电阻R1~R8一端并联连接至运算放大器A1负输入端，另一端分别连接S1即多路复用器CD4051或同功能芯片的各个输入端，S1的公共输出端连接至运算放大器A1的输出端，构成反馈回路；运算放大器A1正输入端通过电阻R9接地，电阻R9取值为R1~R8中最小值；同时用电容C1连接运算放大器A1的输入与输出，用于过滤高频噪音；第二级放大电路A2，R10~R12和C2组成带有低通滤波功能的典型反向放大电路，第二级放大电路A2采用TL082或其他同类运算放大器；第二级放大电路A2的输出作为信号调理模块的输出，通过数据采集卡接口与数据采集卡的模拟输入端口连接；S1的三个控制端直接通过数据采集卡接口和数据采集卡的数字输出端连接，或连接至三个寻址锁存器输出再由锁存器与数据采集卡的数字输出端连接，以应对样品插槽和信号调理模块数较多而数据采集卡的数字输出端口数不足的情况。

4.根据权利要求1、2或3所述的半导体气体传感器动态检测系统，其特征在于，所述计算机用于实现下述功能：

与数据采集卡通讯，获取数据采集卡模拟输入端口数据，通过数据采集卡数字输出端口输出数字控制信号；对采集的数据进行数字滤波；根据采集的数据判断是否需要切换信号调理电路中的反馈电阻，即调整放大率，并通过数字控制信号执行；根据当前选用的信号调理电路放大率，由下述换算公式，将采集的电压数据换算为电阻数据，并显示和保存；

换算公式：，

其中，VCC为信号调理模块中的标准电压，V为采集到的电压，R_f为当前选用的信号调理模块中第一级放大电路的反馈电阻，A₂为信号调理模块的第二级放大电路的放大率。

5.根据权利要求4所述的半导体气体传感器动态检测系统，其特征在于，系统检测工作流程如下：传感器样品安装完毕并封闭气体腔室后，通过操作面板的开关启动主控制电路板的电源模块，同时打开计算机并连接数据采集卡、启动测试软件；此时测试软件通过数据采集卡的数字输出端发出控制信号，切换多路复用器S1的接通端至R1~R8中的最小电阻，使之成为第一级放大电路的反馈电阻；由于传感器电阻大于该最小反馈电阻，从而信号调理模块中的第一级放大电路进入深度负反馈状态，负输入端保持零电位，则传感器接线端之间保持负载VCC电压，而通过传感器的电流则成为输入信号进入第一级放大电路，放大并转化为第一级放大电路的输出电压，满足公式，其中为当前S1接通的反馈电阻；之后第一级放大电路的输出电压再作为第二级放大电路的输入电压，经过再次放大后成为信号调理模块的最终输出，满足公式；最后由数据采集卡进行采集并发送至计算机；计算机根据该电压与VCC的比例判断当前反馈电阻的选择是否合适：若该电压在VCC的10%~90%范围内，则认为当前第一级反馈电阻选择合理，根据该电压和反馈电阻选择，由公式计算当前传感器阻值，并记录；若该电压小于VCC的10%或大于VCC的90%，则认为需要增大或减小反馈电阻，重新发送控制信号切换S1的接通端并读取新的输出电压，直到选择到合理的反馈电阻。