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化学分析及环境监测技术资料大放送(上)

ADIForum 員工 在 2014-11-6 建立的討論區
最後回覆由cnhtzxb@163.com於2017-1-21提供

系统方案精选

 

精选一:双光束分光光度计解决方案

分光光度计是一种能够测量光源波长与强度之间关系的光度计。分光光度计通常用于测量溶液、透明或不透明固体或者气体的透射率或反射率。分光光度计的使用范围横跨各种科研领域,如物理、材料科学、化学、生物化学和分子生物学。它们广泛应用于很多工业领域,包括半导体、激光和光学制造、印刷和法医检查,以及研究化学物质的实验室。


最常见的分光光度计用于紫外和可见(UV/VIS)光谱区,其中一些仪器还能在近红外区内工作。该方案中举例介绍了一款采用简化光学系统的通用分光光度计,其信号链亦可作为UV/VIS和其他分光光度计的参考。

 

稳定性
•    随时间和温度的漂移是非常重要的考虑因素
•    需要低漂移的精确信号链
•    双光束架构也是重要因素

 

系统框图

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>点击链接http://www.analog.com/zh/content/DBS_solution_2013/fca.html 免费获取完整版方案PDF文档。



精选二:基于电化学传感器的微功耗有毒气体检测解决方案

有毒气体存在于许多工业环境之中,比如油井、采矿、塑料生产、造纸等。随着人们对个人安全的日益重视,对低功耗便携式有毒气体检测器的需求正呈快速增长之势。这种检测器可以让工人随身携带,也可每隔一定距离安装在工作现场。多数便携式低功耗有毒气体检测器都是以电化学传感器为基础的,涵盖工业环境中的多数常见气体,比如一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)、和二氧化氮(NO2)。与其他有毒气体检测方法相比,电化学传感器具有功耗低、交叉灵敏度低、长期稳定性出色等特点,非常适合电池供电的便携式应用。

 

系统设计考虑因素

  1. 低功耗,尽量延长电池寿命
  2. 高可靠性,需要精确、强健、低漂移的信号链
  3. 充分发挥电化学传感器的优势,需要考虑降噪问题

 

系统框图

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>点击链接

http://www.analog.com/zh/content/GAs_Detection_and_Analysis_solution_2012/fca.html免费获取该方案完整版PDF




精选三:基于NDIRPID的气体检测解决方案

这是ADI关于气体检测器的第二篇解决方案,包含NDIR(非色散红外)气体检测器解决方案和PID(光离子)气体检测器解决方案。第一篇解决方案介绍了基于电化学传感器的微功耗有毒气体检测器,点击链接可查看

http://www.analog.com/zh/content/GAs_Detection_and_Analysis_solution_2012/fca.html)。

 

NDIR传感器基于吸收光谱学理论:特定气体吸收特定的红外波长,气体浓度与吸收的红外光量成正比。NDIR检测器的优势是灵敏度高、使用寿命长、维护工作量少并且安全可靠,主要缺点是成本高。NDIR气体检测器常用于检测甲烷和二氧化碳,应用行业有采矿、农业、石油和化工等。

 

系统设计考虑因素

  1. 可靠性
  2. 分辨率

 

系统框图

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以上是NDIR气体检测器的系统框图,包括NDIR传感器、带通滤波器、微控制器(集成ADC)、电源管理和通信接口。

 

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以上是PID气体检测器的系统框图,包括PID传感器、跨导放大器、低通滤波器、微控制器(集成ADC)、电源管理和通信接口。

 

>点击链接http://www.analog.com/zh/content/gas_detector_NDIR_PID_solution_2012/fca.html免费获取该技术方案的完整版PDF文档。



精选四:针对pH计和电导率仪的水分析解决方案

这里讨论了水分析领域最常见的两种应用:pH计和电导率仪。


pH衡量溶液的酸碱度。我们知道,大多数生物要求适当的pH水平以维持生命。pH的测量在许多领域至关重要,例如化学处理、纸浆和纸、食物、饮料、制药等等。


电导率衡量溶液导电的程度,测量电导率是一种极其广泛且有用的质量控制方法。监测水的纯度、控制饮用水和过程用水的质量、估算溶液中离子的总数等,全都可以通过电导率测量来实现。一般而言,测量电导率可以快速且廉价地确定溶液中离子的总浓度。然而,它无法区分不同类型的离子,只能提供一个与所有离子的综合效应成正比的读数。

 

系统设计考虑因素
•    稳定性
•    分辨率
•    低功耗

 

系统框图

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> 想要了解ADI灵活全面的系统解决方案及主要产品简介,点击链接http://www.analog.com/zh/content/water_analysis_solution_2013/fca.html免费获取完整版PDF




中文参考设计


基于ADuCM360的有毒气体检测方案

在工业生产过程中,有毒气体中毒事件时有发生,引起了人们对人生安全和健康的重视,市场对便携式有毒气体检测方案的需求趋势迅速增加。这类检测器小巧轻便,方便随身携带,可以检测暴露在环境中的危险气体 CO 的浓度,清晰地读出气体浓度、峰值和高、低浓度报警水平。如果当前气体高、低浓度值超出预设限度值时,仪器以声、光报警提醒用户。多数便携式低功耗有毒气体检测器都是以电化学传感器为基础的,涵盖工业环境中的多数常见气体,比如一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)、和二氧化氮(NO2)。

 

本参考设计提供了一个基于ADI公司 ADuCM360 MCU的一氧化碳气体检测方案。该方案具有具有功耗低、交叉灵敏度低、长期稳定性出色等特点,非常适合电池供电的便携式应用。


ADuCM360是集成ARM CORTEX M3和双通道Σ-Δ型ADC的低功耗精密模拟微控制器。

 

点击链接可下载完整的文档及资源

http://www.analog.com/zh/content/reference_design_gas_detector/fca.html


完整资料包含:

  1. 硬件设计文档(原理图、PCB及BOM)
  2. MCU程序源代码
  3. 方案说明PPT
  4. 用户接口软件

 

 

硬件设计介绍

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  1. 信号测量 :使用电化学传感器 Alphasense CO - AF 作为前端,传感器产生的电流与 CO 浓度成正比,将传感器产生的电信号经过放大、滤波电路送到 ADC 采样端;
  2. 信号采样:使用 ADuCM360 内置的 ADC 采集经过处理的信号;
  3. 数据显示 :将计算得到的 CO 浓度通过 LCM 显示出来;
  4. 声光报警 :当 CO 浓度达到一定范围,控制蜂鸣器发出不同频率的声音,进行报警。
  5. 电源及参考电压部分:供电电压 5V,可以利用USB或者三节干电池供电。

 

 

软件功能介绍

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  1. CO浓度计算 :根据采ADC集到的信号计算 CO 浓度,测量范围 0 - 1500ppm,带有自动校准功能;
  2. 数据显示 :驱动LCM,将采样电压和计算得到的 CO 浓度显示出来;
  3. 声光报警 :根据 CO 浓度将报警范围分 3 个等级:50 - 200ppm、201 - 400ppm、400ppm 以上;在不同等级控制蜂鸣器发出不同频率的声音,浓度越高,频率越高。



参考电路

 

1. 使用电化学传感器的单电源、微功耗有毒气体探测器


http://www.analog.com/static/imported-files/zh/circuit_notes/CN0234_cn.pdf


对于检测或测量多种有毒气体浓度的仪器,电化学传感器能够提供多项优势。大多数传感器都是针对特定气体而设计,可用分辨率小于气体浓度的百万分之一(ppm),所需工作电流极小,非常适合便携式电池供电的仪器。

 

 

2. 带可编程增益跨阻放大器和同步检波器的双通道色度计


http://www.analog.com/static/imported-files/zh/circuit_notes/CN0312_cn.pdf


该电路是一个双通道色度计,集成调制光源发射器和同步检波器接收器,以三种不同的波长测量样本与参考容器的吸收光线之比。

 

此电路针对许多化学分析和环境监控仪器提供有效的解决方案,这些仪器仪表用于通过吸收光谱测量浓度和表征材料。

 

光电二极管接收器调理路径包括可编程增益跨阻放大器,用于将二极管电流转换为电压,并允许分析光吸收情况大不相同的不同液体。16位_-_型模数转换器(ADC)提供额外的动态范围,确保宽范围光电二极管输出电流具有足够的分辨率。

 

使用调制光源和同步检波器而非恒流(直流)源可消除环境光线和低频噪声产生的测量误差,并提供更高的精度。

 

 

3. 带有温度补偿功能的隔离式低功耗pH监测仪


http://www.analog.com/zh/circuits-from-the-lab/CN0326/vc.html


该电路可为0至14范围内的pH值提供精度为0.5%的读数,无噪声代码分辨率大于14位,适用于多种工业应用,如化工、食品加工、水处理、污水分析等。

 

该电路支持众多内部电阻超高(范围从1MΩ至数GΩ)的pH传感器,其数字信号和电源隔离设计使其免受恶劣工业环境中常见的噪声和瞬变电压的影响。

結果