CN110618238B - 一种气体传感器的自适应驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体检测技术领域，公开了一种气体传感器的自适应驱动电路、方法及手持式气体检测仪；所述气体传感器的自适应驱动电路包括：气体传感器插座、第一单刀三掷模拟开关、第二单刀三掷模拟开关、第三单刀三掷模拟开关、第一单刀双掷模拟开关、可调压控恒流源电路、第二单刀双掷模拟开关、电压型数模转换器DAC、可调偏置电压产生电路、微控制器、带隙基准电压产生电路、第一集成运算放大器电路、第二集成运算放大器电路、第一电阻、第二电阻、第一同相放大电路、差分放大电路、第二同相放大电路、第三电阻、第四电阻以及模数转换器ADC。本发明提供的气体传感器的自适应驱动电路能够实现不同类型的气体传感器在同一手持式气体检测仪上的高效便捷切换。

Description

一种气体传感器的自适应驱动电路

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，特别涉及一种气体传感器的自适应驱动电路。

背景技术

气体传感器种类繁多，其中电化学式、接触燃烧式气体传感器在氧气、有毒有害气体、可燃气体检测方面应用最为广泛，是商用最为成熟和稳定可靠的气体传感器。电化学气体传感器和催化燃烧式最常见的形式是3电极型。对电化学传感器来讲，3个电极分别为工作电极WE、辅助电极CE和参考电极RE。对催化燃烧式传感器来讲分别为检测端S、补偿端C和电桥输出端D。在实际应用中，不同的场合需要对不同的气体进行检测，用户需要频繁更换不同类型的便携式检测仪器。这无疑增加了用户的成本，给管理和维护带来麻烦。

发明内容

本发明提供一种气体传感器的自适应驱动电路，解决现有技术中气体检测仪无法同时兼容驱动不同类型的气体传感器的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种气体传感器的自适应驱动电路，包括：气体传感器插座、第一单刀三掷模拟开关、第二单刀三掷模拟开关、第三单刀三掷模拟开关、第一单刀双掷模拟开关、可调压控恒流源电路、第二单刀双掷模拟开关、电压型数模转换器DAC、可调偏置电压产生电路、微控制器、带隙基准电压产生电路、第一集成运算放大器电路、第二集成运算放大器电路、第一电阻、第二电阻、第一同相放大电路、差分放大电路、第二同相放大电路、第三电阻、第四电阻以及模数转换器ADC；

所述气体传感器插座设置有第一引脚、第二引脚以及第三引脚，分别一一对应连接所述第一单刀三掷模拟开关、所述第二单刀三掷模拟开关以及所述第三单刀三掷模拟开关的COM引脚，所述第一单刀双掷模拟开关的COM引脚与所述气体传感器插座的第二引脚相连；

所述第一单刀三掷模拟开关、所述第二单刀三掷模拟开关、所述第三单刀三掷模拟开关以及所述第一单刀双掷模拟开关的控制端与所述微控制器相连；

所述第一单刀三掷模拟开关的NO₀引脚与所述模数转换器ADC相连，并通过第三电阻接地，所述第一单刀三掷模拟开关的NO₁引脚与所述第一集成运算放大器的输出端相连，所述第一单刀三掷模拟开关的NO2引脚接地；

所述第二单刀三掷模拟开关的NO₀引脚与所述可调压控恒流源电路的输出端相连，所述第二单刀三掷模拟开关的NO₁引脚通过第一电阻与所述第二集成运算放大器的反相输入端相连，所述第二单刀三掷模拟开关的NO₂引脚与所述差分放大电路的第一输入端相连；

所述第三单刀三掷模拟开关的NO₀引脚与所述模数转换器ADC相连，并通过第四电阻接地，所述第三单刀三掷模拟开关的NO₁引脚与所述第一集成运算放大器的反相输入端相连，所述第三单刀三掷模拟开关的NO₂引脚连接VDD；

所述第一单刀双掷模拟开关的NO₀引脚留空，所述第一单刀双掷模拟开关的NO₁引脚与所述气体传感器插座的第三引脚相连；

所述第二单刀双掷模拟开关的NO₀引脚与所述可调压控恒流源电路的输入端相连，所述第二单刀双掷模拟开关的NO₁引脚与所述可调偏置电压产生电路的输入端相连，所述第二单刀双掷模拟开关的COM引脚与所述电压型数模转换器DAC的输出端相连，所述第二单刀双掷模拟开关的控制端与所述微控制器相连；

所述电压型数模转换器DAC输入端与所述微控制器相连；

所述可调偏置电压产生电路的输出端与所述第一集成运算放大器的同相输入端相连；

所述带隙基准电压产生电路的输入端与所述微控制器相连，所述带隙基准电压产生电路的输出端与所述可调偏置电压产生电路的输入端、所述差分放大电路的第二输入端以及所述第二集成运算放大器的同相输入端相连；

所述第二集成运算放大器电路的输出端通过所述第一同相放大电路与所述模数转换器ADC相连，所述第二集成运算放大器电路的输出端通过第二电阻与所述第二集成运算放大器电路的反相输入端相连；

所述差分放大电路的输出端通过所述第二同相放大电路与所述模数转换器ADC相连；

所述模数转换器ADC与所述微控制器相连。

进一步地，所述气体传感器的自适应驱动电路还包括： IIC总线接口电路；

所述IIC总线接口电路与所述微控制器相连。

一种气体传感器的自适应驱动方法，其特征在于，基于所述的气体传感器的自适应驱动电路执行以下操作：

识别接入到所述气体传感器插座的传感器类型；

基于获取的传感器类型，切换施加在所述气体传感器插座上的驱动信号并采集输出：

其中，所述传感器类型包括：催化燃烧型传感器和电化学型传感器。

进一步地，所述识别接入到所述气体传感器插座的传感器类型包括：

所述第一单刀三掷模拟开关的NO₀引脚导通，所述第二单刀三掷模拟开关的NO₀引脚导通，所述第三单刀三掷模拟开关的NO₀引脚导通，所述第一单刀双掷模拟开关的NO₀引脚导通，所述可调压控恒流源电路产生电流信号输出到所述第二单刀三掷模拟开关的NO₀引脚；

所述微控制器以设定周期控制ADC周期性采集所述第一单刀三掷模拟开关的NO₀引脚和所述第三单刀三掷模拟开关的NO₀引脚的电压信号值并基于采集到的电压信号值判断传感器类型；

其中，所述第一单刀三掷模拟开关的NO₀引脚和所述第三单刀三掷模拟开关的NO₀引脚的电压信号值均大于0，则气体传感器为催化燃烧型传感器；

所述第一单刀三掷模拟开关的NO₀引脚和所述第三单刀三掷模拟开关的NO₀引脚的电压信号值均等于0，则气体传感器为电化学型传感器。

进一步地，在所述气体传感器为催化燃烧型传感器的情况下，所述基于获取的传感器类型，切换施加在所述气体传感器插座上的驱动信号包括：

微控制器控制所述第一单刀三掷模拟开关的NO₂引脚导通，所述第二单刀三掷模拟开关的NO₂引脚导通，所述第三单刀三掷模拟开关的NO₂引脚导通。

进一步地，在所述气体传感器为电化学型传感器的情况下，所述基于获取的传感器类型，切换施加在所述气体传感器插座上的驱动信号包括：

微控制器控制所述第一单刀三掷模拟开关的NO₁引脚导通，所述第二单刀三掷模拟开关的NO₁引脚导通，所述第三单刀三掷模拟开关的NO₁引脚导通。

一种手持式气体检测仪，包括：外壳、内衬件、内衬锁紧件、气体传感器插座、气体传感器、传感器保护罩以及所述的气体传感器的自适应驱动电路；

所述内衬件固定在所述外壳内，所述内衬锁紧件固定在所述外壳上并压紧所述内衬件；

所述气体传感器的自适应驱动电路固定在所述内衬件上，所述气体传感器插座与所述气体传感器的自适应驱动电路相连，且所述气体传感器插座固定在所述内衬锁紧件内，所述气体传感器嵌插在所述气体传感器插座上，所述传感器保护罩可拆卸地固定在所述内衬锁紧件上。

进一步地，所述气体传感器与所述传感器保护罩之间设置有第一密封圈，所述气体传感器与所述内衬锁紧件之间设置有第二密封圈。

进一步地，所述内衬件内固定有蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述气体传感器的自适应驱动电路相连；

所述内衬件内固定有显示屏，所述显示屏与所述气体传感器的自适应驱动电路相连；

所述外壳上开设有显示窗，所述显示窗对应布置在所述显示屏上方；

所述内衬件内固定有LED报警器，所述LED报警器与所述气体传感器的自适应驱动电路相连。

进一步地，所述微控制器连接有无线通信模块和GNSS模块。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的气体传感器的自适应驱动电路可以自主地对接入的气体传感器进行类型识别、并针对性的配置信号调理电路参数和输出相应的检测结果。基于该技术实现的便携式检测仪器可以允许用户在一个主机上灵活更换不同类型的气体检测传感器，实现一机多用，极大降低了用户的成本，也使得用户的使用培训变得简单、提升了仪表的管理和维护效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的气体传感器的自适应驱动电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电源的电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的微控制器及***电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的气体传感器插座及模拟开关结构示意图；

图5为本发明实施例提供的电化学型传感器信号处理电路结构示意图；

图6为本发明实施例提供的催化燃烧型传感器信号处理电路结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第二单刀双掷模拟开关电路结构示意图；

图8为本发明实施例提供的可调压控恒流源电路结构示意图；

图9为本发明实施例提供的可调偏置电压电路结构示意图；

图10为本发明实施例提供的手持式气体检测仪整体结构示意图；

图11为本发明实施例提供的手持式气体检测仪细化结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种气体传感器的自适应驱动电路，解决现有技术中气体检测仪无法同时兼容驱动不同类型的气体传感器的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，一种气体传感器的自适应驱动电路，包括：气体传感器插座1、第一单刀三掷模拟开关22、第二单刀三掷模拟开关23、第三单刀三掷模拟开关21、第一单刀双掷模拟开关24、可调压控恒流源电路3、第二单刀双掷模拟开关4、电压型数模转换器DAC5、可调偏置电压产生电路7、微控制器8、带隙基准电压产生电路9、第一集成运算放大器电路10、第二集成运算放大器电路11、第一电阻12、第二电阻13、第一同相放大电路14、差分放大电路15、第二同相放大电路16、第三电阻19、第四电阻18以及模数转换器ADC6。

所述气体传感器插座1设置有第一引脚CE/C、第二引脚WE/S以及第三引脚RE/D，分别一一对应连接所述第一单刀三掷模拟开关22、所述第二单刀三掷模拟开关23以及所述第三单刀三掷模拟开关21的COM引脚，所述第一单刀双掷模拟开关24的COM引脚与所述气体传感器插座1的第二引脚WE/S相连。

所述第一单刀三掷模拟开关22、所述第二单刀三掷模拟开关23、所述第三单刀三掷模拟开关21以及所述第一单刀双掷模拟开关24的控制端与所述微控制器8相连，从而能够在所述微控制器的统一协调下，实现上述模拟开关的组合控制，用以实现各电路的切换和控制，从而实现各种类型的传感器的功能电路针对性配置；如本实施例中，可以针对电化学型传感器和催化燃烧型传感器实现相应的功能电路的配置。

所述第一单刀三掷模拟开关22的NO₀引脚2-1与所述模数转换器ADC6相连，并通过第三电阻19接地，所述第一单刀三掷模拟开关22的NO₁引脚2-2与所述第一集成运算放大器10的输出端相连，所述第一单刀三掷模拟开关22的NO₂引脚2-3接地。

所述第二单刀三掷模拟开关23的NO₀引脚3-1与所述可调压控恒流源电路3的输出端相连，所述第二单刀三掷模拟开关23的NO₁引脚3-2通过第一电阻12与所述第二集成运算放大器11的反相输入端相连，所述第二单刀三掷模拟开关23的NO₂引脚3-3与所述差分放大电路15的第一输入端相连。

所述第三单刀三掷模拟开关21的NO₀引脚1-1与所述模数转换器ADC6相连，并通过第四电阻18接地，所述第三单刀三掷模拟开关21的NO₁引脚1-2与所述第一集成运算放大器10的反相输入端相连，所述第三单刀三掷模拟开关21的NO₂引脚1-3连接VDD。

所述第一单刀双掷模拟开关24的NO₀引脚4-1留空，所述第一单刀双掷模拟开关24的NO₁引脚4-2与所述气体传感器插座1的第三引脚RE/D相连。

所述第二单刀双掷模拟开关4的NO₀引脚与所述可调压控恒流源电路3的输入端相连，所述第二单刀双掷模拟开关4的NO₁引脚与所述可调偏置电压产生电路7的输入端相连，所述第二单刀双掷模拟开关4的COM引脚与所述电压型数模转换器DAC5的输出端相连，所述第二单刀双掷模拟开关4的控制端与所述微控制器8相连，从而通过微控制器8控制所述第二单刀双掷模拟开关4选择所述可调压控恒流源电路3或者所述可调偏置电压产生电路7导通，从而实现接入的传感器的类型检测和后续的气体检测；相配合的，所述电压型数模转换器DAC5输入端与所述微控制器8相连实现所述第二单刀双掷模拟开关4的状态监测。

所述可调偏置电压产生电路7的输出端与所述第一集成运算放大器10的同相输入端相连。

所述带隙基准电压产生电路9的输入端与所述微控制器8相连，所述带隙基准电压产生电路9的输出端与所述可调偏置电压产生电路7的输入端、所述差分放大电路15的第二输入端以及所述第二集成运算放大器11的同相输入端相连。

所述第二集成运算放大器电路11的输出端通过所述第一同相放大电路14与所述模数转换器ADC6相连，所述第二集成运算放大器电路11的输出端通过第二电阻13与所述第二集成运算放大器电路11的反相输入端相连；所述差分放大电路15的输出端通过所述第二同相放大电路16与所述模数转换器ADC6相连；所述模数转换器ADC6与所述微控制器8相连。

进一步地，为了实现对外的信息传递，所述气体传感器的自适应驱动电路还包括：IIC总线接口电路17；所述IIC总线接口电路17与所述微控制器8相连。

一般来说，为了指示工作状态，还可在所述微控制器8上连接一个状态电路20。

本实施例还基于上述电路结构，提供了针对在一台手持式气体检测仪上，通过更换不同类型的气体传感器实现不同类型的气体检测的方法；以催化燃烧型传感器和电化学型传感器为例进行说明。

一种气体传感器的自适应驱动方法，基于所述的气体传感器的自适应驱动电路执行以下操作：

识别接入到所述气体传感器插座的传感器类型，也就是在接入气体传感器之后，实时识别其为催化燃烧型传感器或电化学型传感器。

基于获取的传感器类型，切换施加在所述气体传感器插座上的驱动信号并采集输出。

下面将具体说明。

所述识别接入到所述气体传感器插座的传感器类型包括：

所述第一单刀三掷模拟开关22的NO₀引脚2-1导通，所述第二单刀三掷模拟开关23的NO₀引脚3-1导通，所述第三单刀三掷模拟开关21的NO₀引脚1-1导通，所述第一单刀双掷模拟开关24的NO₀引脚4-1导通，所述可调压控恒流源电路3产生电流信号输出到所述第二单刀三掷模拟开关23的NO₀引脚3-1，随即传到所述传感器插座1的WE/S引脚；

所述微控制器8以设定周期控制所述模数转换器ADC6周期性采集所述第一单刀三掷模拟开关22的NO₀引脚2-1和所述第三单刀三掷模拟开关21的NO₀引脚1-1的电压信号值并基于采集到的电压信号值判断传感器类型；

其中，所述第一单刀三掷模拟开关22的NO₀引脚2-1和所述第三单刀三掷模拟开关21的NO₀引脚1-1的电压信号值均大于0，则气体传感器为催化燃烧型传感器；

所述第一单刀三掷模拟开关22的NO₀引脚2-1和所述第三单刀三掷模拟开关21的NO₀引脚1-1的电压信号值均等于0，则气体传感器为电化学型传感器。

一般来说，所述电流信号为10ua的电流信号，识别扫描周期为200ms。

值得说明的是，由于传感器类型的不同，导致其配置的功能驱动电路并不相同，下面将针对上述驱动电路的工作状态进行描述，从而具体说明。

在所述气体传感器为催化燃烧型传感器的情况下，电路自动执行以下信号调理电路参数配置过程，所述基于获取的传感器类型，切换施加在所述气体传感器插座上的驱动信号包括：

微控制器8控制所述第一单刀三掷模拟开关22的NO₂引脚2-3导通，所述第二单刀三掷模拟开关23的NO₂引脚3-3导通，所述第三单刀三掷模拟开关21的NO₂引脚1-3导通。

相应的，传感器信号通过WE/S端输出，经差分放大电路15处理后，进入第二同相放大器16，并进一步通过CH4通道被模数转化器6转化为数字信号，数字信号由微控制器8的采集，最后以特定的数字协议通过IIC总线接口电路17输出给外部***。

在所述气体传感器为电化学型传感器的情况下，电路自动执行以下信号调理电路参数配置过程，所述基于获取的传感器类型，切换施加在所述气体传感器插座上的驱动信号包括：

微控制器8控制所述第一单刀三掷模拟开关22的NO₁引脚2-2导通，所述第二单刀三掷模拟开关23的NO₁引脚3-2导通，所述第三单刀三掷模拟开关21的NO₁引脚1-2导通。

相应的，微控制器8控制第二单刀双掷模拟开关4，使得电压型数模转换器DAC 5连接到所述可调偏置电压产生电路7；所述可调偏置电压产生电路7产生的偏置电压经过所述第一集成运算放大器电路10的反相输入端与传感器的参考电极RE连通，传感器的工作电极引脚WE与第一电阻12、第二电阻13、第二集成运算放大器电路11构成的跨导放大器连通；信号经过第一同相放大电路14，进入所述模数转换器ADC6的CH3通道。

微控制器8控制采集模数转换器ADC6采集CH3通道电压从而采集相应的监测参数。

根据输出信号的特性，微控制器8控制所述电压型数模转换器DAC 5产生不同的电压输出，并通过所述可调偏置电压产生电路7输出产生不同的偏置电压到传感器的参考电极RE。

转换成数字信号后，由数字协议通过IIC总线17输出给外部***。

本实施例还针对气体检测仪的常规功能结构，提供了硬件电路的设计实例。

参见图2，电源电路部分：它主要是将外部来的电源降压为***可工作的电源，以及一个基准源产生电路，为其他电路提供基准电压。

CN1为是外部供电及通讯接口，VIN为外部供电电源，其输入电压范围为：3.7~5.5V，I2C_SDA和I2C_SCL与本设计与外部的I2C总线通讯接口。GND为***参考地。

U1为LDO（XC6504A301MR-G），它与其***器件L1、C1、C2、C3、C4组成输出为3.0V的VDD降压电路，给***的数字电路供电。

U2为LDO（XC6504A301MR-G），它与其***器件L2、C5、C6、C7、C8组成输出为3.0V的AVDD降压电路，给***的模拟电路供电。

U5为基准电压IC（LM4041AIM3X）它与其***器件L3、C14、R10、C15组成稳定的1.225V基准电压以供其他电路使用。R10、R11起限流作用，以便为U5提供合适的工作电流。

参见图3，MCU及***电路部分：MCU及***控制电路、状态指示电路和烧录口。

U3A主要为MCU（STM32L072KBU6）的功能GPIO部分，U3B主要为MCU的电源部分。

ADC采集引脚：MCU的6~9脚，均为ADC采集通道。

模拟开关通道切换控制：MCU的1~2脚，控制模拟开关U7、U9、U12、U13通道切换；14脚、15脚控制模拟开关U6的通道切换。

DAC输出：11脚为MCU的DAC输出口。

状态指示：MCU的13脚、18脚分别各接一路LED，起状态指示作用。

烧录引脚：MCU的23脚、24脚分别为烧录引脚SWDIO、SWCLK。

I2C通讯：MCU的27脚、28脚分别为I2C的通讯引脚I2C_SDA、I2C_SCL，R4、R5为通讯的上拉电阻。

JFET控制脚：18脚JFET_CTR用来控制Q1，以便电化学型传感器改善传感器的开启建立时间。

供电口：MCU的17脚、24脚、32脚为MCU的VDD供电口；5脚为MCU的AVDD供电口。

其他引脚：MCU的3脚为复位引脚，C10为退耦电容；30脚为烧录模式选择引脚，默认为普通烧录模式，IO口通过R9接地。

CN2为MCU的烧录口。

参见图4，传感器通道切换电路部分：当传感器插上到相应的接口上时，该电路可以通过被MCU采集信号并作出判断是电化学型传感器还是催化燃烧型传感器，然后MCU控制模拟开关将传感器信号正确导入到相应的通道并采集信号。

U10为通用型气体传感器接口。

U7、U9、U12、U13为单刀三掷模拟开关（TS5A339），5脚（IN1）、6脚（IN2）控制7脚（COM）与1脚（NO0）、2脚（NO1）、3脚（NO2）的导通。8脚为供电口，4脚为AGND。

C17、C23、C26、C28为退耦电容。

参见图5，电化学型传感器信号处理电路部分：将电化学型传感器信号转换成电压信号并放大，以供给MCU进行ADC采集。

经传感器通道切换电路部分切换后，电化学型传感器信号的原始信号分别到达CE、RE、WE网络。

在三电极电化学传感器中，目标气体扩散到传感器，通过一层薄膜后作用于工作电极(WE)。以U8A为主的恒电位电路检测参考电极(RE)的电压，并向辅助电极(CE)提供电流，使RE端与WE端之间的电压保持恒定。RE端没有电流流进或流出，因此流出CE端的电流流进WE端，该电流与目标气体浓度成正比。流过WE端的电流可能是正值，也可能是负值，具体取决于传感器中发生的是还原反应还是氧化反应。电阻R15通常非常小，因此 WE 端的电压约等于REF。

U8B把电化学型传感器的电流信号转换成电压信号，U8B的输出电压值为VREF+IWE•R17，该电压R14、C19为RC低通滤波器后输出到CH3，供MCU进行ADC采集。

参见图6，催化燃烧型传感器信号处理电路部分：将催化燃烧型传感器信号转换成电压信号并放大，以供给MCU进行ADC采集。

经传感器通道切换电路部分切换后，催化燃烧型传感器的原始信号到达U_S网络。

U14A（ADA4528）与R24、R34、C28、C32组成一个差分放大电路，它把U_S（催化燃烧型传感器信号）和REF电压进行差分放大后，经U14B和R26、R33、R31、C33组成的同相放大电路进行再次同相放大，最后经C30、R27、C31组成的滤波电路后形成CH4网络，以供MCU进行ADC采集信号。

参见图7，DAC输出通道切换电路部分：负责将DAC信号的输出通道进行切换以供给不同的电路使用。

U6为单刀三掷模拟开关（TS5A339），5脚（IN1）、6脚（IN2）控制7脚（COM）与1脚（NO0）、2脚（NO1）、3脚（NO2）的导通。8脚为供电口，4脚为AGND。

本电路实现的功能将DAC_OUT信号输出切换至DAC_OUT0或DAC_OUT1。

参见图8，可调压控恒流源电路部分：通过DAC输出电压调节恒流电流。

U11A与R20、R22、R26、Q2组成一个可调压控恒流源电路，R20、R22为U11A的缓冲保护电阻，R16为功率反馈电阻。

其原理为：AVDD流经R16的电流在R16上产生一个压降UR16，U11A的3脚的电压则为（AVDD-UR16）。当流经R16的电流增加，导致UR16增大，（AVDD-UR16）则减小，当（AVDD-UR16）低于DAC_OUT0的电压时，U11A的1脚输出低电平让Q2的DS极截止，Q2的DS截止会导致UR16降低、（AVDD-UR16）增大，当（AVDD-UR16）大于DAC_OUT0的电压，则U11A的1脚输出高电平，Q2导通，流经R16的电流增大。如上反复，直至（AVDD-UR16）与DAC_OUT0的电压值相等则达到稳定状态，此时R16的电流值稳定在I=(AVDD-DAC_OUT0)/R16。

参见图9，可调偏置电压电路部分：通过DAC电压调节输出所需范围的电压信号。

+1.225V与DAC_OUT1的信号分别经R23、R25到达U11B的5脚，则U11B的5脚的电压为（+1.225V-DAC_OUT1）R25/（R23+R25）+DAC_OUT1。一般取R23=R25，则上述电压为（+1.225V+DAC_OUT1）/2。

R30、R29和U11B把U11B的5脚处的电压进行同相放大形成合适的值REF，以供电化学型传感器信号处理电路部分和催化燃烧型传感器信号处理电路部分使用。

参见图10和图11，本实施例还提供一种手持式气体检测仪包括：外壳500、内衬件400、内衬锁紧件300、所述气体传感器的自适应驱动电路900、气体传感器200以及传感器保护罩100。

所述内衬件400固定在所述外壳500内，所述内衬锁紧件300固定在所述外壳500上并压紧所述内衬件400；所述气体传感器的自适应驱动电路900固定在所述内衬件400上，也就是说，将手持式气体检测仪的功能电路部分通过内衬件400和所述内衬锁紧件300封装固定在外壳500内，形成稳定的密封安置结构，保证功能的稳定可靠性。

本实施例中，在外壳500的一端，也就是内衬锁紧件300所在的一端设置有气体传感器插座1且所述气体传感器插座1与所述气体传感器的自适应驱动电路900相连，从而形成气体传感器200的固定和电连接结构，从而能够实现十分便捷的拆装操作；也就是说，拆装气体传感器200的操作是在外壳500和内衬件400外进行的，并不影响检测仪其他功能结构，十分简便高效。

特别是，对于在现场通过更换不同类型的气体传感器200检测不同检测对象时，能够十分便捷的进行更换，而不需要如现下现场使用时，需要准备多个不同种类的手持式气体检测仪的情况，可以在一台手持式气体检测仪上通过更换不同种类的气体传感器200实现不同种类气体检测，大大提升了检测的便捷性。

一搬来说，所述内衬锁紧件300分为两部分；第一部分固定在外壳500用于锁紧内衬件400，一般可以设置成螺纹连接结构，与外壳500内壁螺纹连接；第二部分开设容置槽腔，所述气体传感器插座1固定在所述内衬锁紧件300的第二部分的容置槽腔内，相应的所述气体传感器200嵌插在所述气体传感器插座1上。所述传感器保护罩100可拆卸地固定在所述内衬锁紧件300上，确切地说，所述感器保护罩100的内壁开设有螺纹，与所述内衬锁紧件300的第二部分螺纹连接，从而能够十分便捷的拆装。

进一步地，鉴于气体检测的密封性要求较高，所述气体传感器200与所述传感器保护罩100之间设置有第一密封圈600，所述气体传感器200与所述内衬锁紧件300之间设置有第二密封圈700。

进一步地，所述气体传感器的自适应驱动电路900作为气体检测仪的主要功能电路采用现有技术中的气体传感器的自适应驱动电路均可以，仅仅将气体传感器的连接端点通过外接一个气体传感器插座即可；一般来说，为了便于固定和集成使用，气体传感器的自适应驱动电路900采用印刷电路。

相类似的，手持式气体检测仪的电源170固定在所述内衬件400内，所述电源170与所述印刷电路相连，作为能源供给手提式气体检测仪无线工作。

一般来说，为了便于检测提醒，所述内衬件400内固定有蜂鸣器110，所述蜂鸣器110与所述气体传感器的自适应驱动电路900相连，作为检测指标超阈值时的提醒器件。

进一步地，在蜂鸣器110底部与外壳500底部之间设置第三密封圈120。

相类似的，所述手持式气体检测仪的开关按键140与外壳500之间也设置有第四密封环150，提升密封性能。

相类似的，所述内衬件400内固定有显示屏160，所述显示屏160与所述气体传感器的自适应驱动电路900相连；实时指示监测数据。

为了保持密封性，所述外壳500上开设有显示窗130，所述显示窗130对应布置在所述显示屏160上方。

进一步地，所述内衬件400内固定有LED报警器800，所述LED报警器800与所述气体传感器的自适应驱动电路900相连，作为指示元件。

值得说明的是，本实施例中，所述内衬锁紧件300上开设有导光环，所述LED报警器800设置在导光环内侧。

具体来说，所述内衬锁紧件300采用筒形结构，内设置有空腔，一方面便于电连接结构通过，也能够与所述容置槽腔统一在一起。同时，在所述筒形的筒壁上开设有由透光材料构成的导光环，从而将LED报警器800插在筒腔内后，实现透光指示。

一般来说，对于具备远程通信能力的手持式气体检测仪，本实施例中，所述气体传感器的自适应驱动电路900上连接有无线通信模块和GNSS模块，实现整体集成使用。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的手持式气体检测仪 ，为满足便捷更换手持式气体检测仪的气体传感器的需求，在现有手持式气体检测仪的基础上改造气体传感器的固定结构，采用内衬件固定气体传感器的自适应驱动电路并用内车锁紧件将内衬件整体固定在所述外壳内实现主体的封装固定。并在所述内衬锁紧件上开设容置气体传感器插座和气体传感器的结构，从而在外壳和内衬件外实现气体传感器在气体传感器插座上的嵌插更换，实现便捷的更换操作，特别适用于不同类型的气体传感器在同一台手持式气体检测仪上的现场更换使用，满足不同检测对象的便捷高效检测。同时，在所述内衬锁紧件上设置相配合的气体传感器保护罩扣在所述气体传感器上方，实现保护；同时也能够便捷开启和锁紧，便于更换。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种气体传感器的自适应驱动电路，适用于电化学式气体传感器和催化燃烧型气体传感器在同一台手持式气体检测仪上的现场更换使用，满足不同检测对象的便捷高效检测；其特征在于，包括：气体传感器插座、第一单刀三掷模拟开关、第二单刀三掷模拟开关、第三单刀三掷模拟开关、第一单刀双掷模拟开关、可调压控恒流源电路、第二单刀双掷模拟开关、电压型数模转换器DAC、可调偏置电压产生电路、微控制器、带隙基准电压产生电路、第一集成运算放大器电路、第二集成运算放大器电路、第一电阻、第二电阻、第一同相放大电路、差分放大电路、第二同相放大电路、第三电阻、第四电阻以及模数转换器ADC；

所述气体传感器插座设置有第一引脚、第二引脚以及第三引脚，分别一一对应连接所述第一单刀三掷模拟开关、所述第二单刀三掷模拟开关以及所述第三单刀三掷模拟开关的COM引脚，所述第一单刀双掷模拟开关的COM引脚与所述气体传感器插座的第二引脚相连；

所述第一单刀三掷模拟开关、所述第二单刀三掷模拟开关、所述第三单刀三掷模拟开关以及所述第一单刀双掷模拟开关的控制端与所述微控制器相连；

所述第一单刀三掷模拟开关的NO₀引脚与所述模数转换器ADC相连，并通过第三电阻接地，所述第一单刀三掷模拟开关的NO₁引脚与所述第一集成运算放大器的输出端相连，所述第一单刀三掷模拟开关的NO₂引脚接地；

所述第二单刀三掷模拟开关的NO₀引脚与所述可调压控恒流源电路的输出端相连，所述第二单刀三掷模拟开关的NO₁引脚通过第一电阻与所述第二集成运算放大器的反相输入端相连，所述第二单刀三掷模拟开关的NO₂引脚与所述差分放大电路的第一输入端相连；

所述第三单刀三掷模拟开关的NO₀引脚与所述模数转换器ADC相连，并通过第四电阻接地，所述第三单刀三掷模拟开关的NO₁引脚与所述第一集成运算放大器的反相输入端相连，所述第三单刀三掷模拟开关的NO₂引脚连接VDD；

所述第一单刀双掷模拟开关的NO₀引脚留空，所述第一单刀双掷模拟开关的NO₁引脚与所述气体传感器插座的第三引脚相连；

所述第二单刀双掷模拟开关的NO₀引脚与所述可调压控恒流源电路的输入端相连，所述第二单刀双掷模拟开关的NO₁引脚与所述可调偏置电压产生电路的输入端相连，所述第二单刀双掷模拟开关的COM引脚与所述电压型数模转换器DAC的输出端相连，所述第二单刀双掷模拟开关的控制端与所述微控制器相连；

所述电压型数模转换器DAC输入端与所述微控制器相连；

所述可调偏置电压产生电路的输出端与所述第一集成运算放大器的同相输入端相连；

所述带隙基准电压产生电路的输入端与所述微控制器相连，所述带隙基准电压产生电路的输出端与所述可调偏置电压产生电路的输入端、所述差分放大电路的第二输入端以及所述第二集成运算放大器的同相输入端相连；

所述第二集成运算放大器电路的输出端通过所述第一同相放大电路与所述模数转换器ADC相连，所述第二集成运算放大器电路的输出端通过第二电阻与所述第二集成运算放大器电路的反相输入端相连；

所述差分放大电路的输出端通过所述第二同相放大电路与所述模数转换器ADC相连；

所述模数转换器ADC与所述微控制器相连；

所述气体传感器的自适应驱动电路还包括： IIC总线接口电路；

所述IIC总线接口电路与所述微控制器相连。

2.一种气体传感器的自适应驱动方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的气体传感器的自适应驱动电路执行以下操作：

识别接入到所述气体传感器插座的传感器类型；

基于获取的传感器类型，切换施加在所述气体传感器插座上的驱动信号并采集输出：

其中，所述传感器类型包括：催化燃烧型传感器和电化学型传感器；

所述识别接入到所述气体传感器插座的传感器类型包括：

所述第一单刀三掷模拟开关的NO₀引脚导通，所述第二单刀三掷模拟开关的NO₀引脚导通，所述第三单刀三掷模拟开关的NO₀引脚导通，所述第一单刀双掷模拟开关的NO₀引脚导通，所述可调压控恒流源电路产生电流信号输出到所述第二单刀三掷模拟开关的NO₀引脚；

所述微控制器以设定周期控制所述模数转换器ADC周期性采集所述第一单刀三掷模拟开关的NO₀引脚和所述第三单刀三掷模拟开关的NO₀引脚的电压信号值并基于采集到的电压信号值判断传感器类型；

其中，所述第一单刀三掷模拟开关的NO₀引脚和所述第三单刀三掷模拟开关的NO₀引脚的电压信号值均大于0，则气体传感器为催化燃烧型传感器；

所述第一单刀三掷模拟开关的NO₀引脚和所述第三单刀三掷模拟开关的NO₀引脚的电压信号值均等于0，则气体传感器为电化学型传感器；

在所述气体传感器为催化燃烧型传感器的情况下，所述基于获取的传感器类型，切换施加在所述气体传感器插座上的驱动信号包括：

微控制器控制所述第一单刀三掷模拟开关的NO₂引脚导通，所述第二单刀三掷模拟开关的NO₂引脚导通，所述第三单刀三掷模拟开关的NO₂引脚导通；

在所述气体传感器为电化学型传感器的情况下，所述基于获取的传感器类型，切换施加在所述气体传感器插座上的驱动信号包括：

微控制器控制所述第一单刀三掷模拟开关的NO₁引脚导通，所述第二单刀三掷模拟开关的NO₁引脚导通，所述第三单刀三掷模拟开关的NO₁引脚导通。

3.一种手持式气体检测仪，其特征在于，包括：外壳、内衬件、内衬锁紧件、气体传感器插座、气体传感器、传感器保护罩以及如权利要求1所述的气体传感器的自适应驱动电路；

所述内衬件固定在所述外壳内，所述内衬锁紧件固定在所述外壳上并压紧所述内衬件；

所述气体传感器的自适应驱动电路固定在所述内衬件上，所述气体传感器插座与所述气体传感器的自适应驱动电路相连，且所述气体传感器插座固定在所述内衬锁紧件内，所述气体传感器嵌插在所述气体传感器插座上，所述传感器保护罩可拆卸地固定在所述内衬锁紧件上；

所述气体传感器与所述传感器保护罩之间设置有第一密封圈，所述气体传感器与所述内衬锁紧件之间设置有第二密封圈；

所述内衬件内固定有蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述气体传感器的自适应驱动电路相连；

所述内衬件内固定有显示屏，所述显示屏与所述气体传感器的自适应驱动电路相连；

所述外壳上开设有显示窗，所述显示窗对应布置在所述显示屏上方；

所述内衬件内固定有LED报警器，所述LED报警器与所述气体传感器的自适应驱动电路相连；

所述微控制器连接有无线通信模块和GNSS模块。

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