一種saw氣體傳感器的檢測電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種SAW氣體傳感器的檢測電路，采用雙通道混頻檢測法，包括第一帶通濾波電路，第二帶通濾波電路，混頻電路，低通濾波電路，放大整形電路。雙通道帶通濾波電路輸出穩(wěn)定的頻率信號連接混頻器的射頻端(NetL1)輸入與本振端(Net1)輸入，混頻器的輸出連接低通濾波電路輸入，低通濾波電路輸出連接放大整形電路。本實用新型能夠針對SAW氣體傳感器實現(xiàn)氣體測量，并具有精度高，電路簡單，設(shè)計合理且使用操作簡便、使用效果好的特點，能高效測量實際空氣中大氣污染氣體的濃度，現(xiàn)有SAW氣體傳感器檢測電路存在不易起振、有測試盲區(qū)、頻率跳變等問題。
【專利說明】—種SAW氣體傳感器的檢測電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種SAW氣體傳感器的檢測電路。

【背景技術(shù)】
[0002]聲表面波(Surface Acoustic Wave, SAW)是一種沿彈性基體表面?zhèn)鞑サ穆暡ǎ湔穹S壓電基體材料深度的增大按指數(shù)規(guī)律衰減。目前大氣環(huán)境復雜C02、S02、N02、H2S、PM2.5、丙酮、甲醇等多種氣體影響空氣質(zhì)量，具有高Q值的SAW諧振器結(jié)構(gòu)的SAW傳感器用于氣體濃度的檢測十分有效，其分辨率從IX 10_9改進到1\10_12，甚至1父10_15。被廣泛應用于有害氣體環(huán)境監(jiān)測、臨床分析、雷達通訊、電子對抗等軍用、民用領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的SAW氣體傳感器檢測電路檢測外界氣體及該氣體濃度一般采用相位檢測法和頻率檢測法。相位檢測法是根據(jù)SAW器件叉指換能器上輸入與輸出信號間的相位來檢測敏感吸附膜上的質(zhì)量附載、電導率變化、粘滯系數(shù)等的變化，但它的靈敏度較低，穩(wěn)定性差且不易起振。頻率檢測法是利用混頻的方式，將雙通道的SAW器件的信號作比較，從而利用頻率差測出是何種氣體及氣體濃度，靈敏度高且易起振。但是現(xiàn)有的頻率檢測電路由于SAW傳感器振蕩器的多次反射，敏感膜材料對聲波吸收大導致聲波有較大的衰減輸出頻率參數(shù)范圍大，極不穩(wěn)定，且通過混頻器得到的差頻低頻有效信號往往檢測不到，測試存在盲區(qū)，對實際環(huán)境的氣體測量有影響，而且在氣體測試中會出現(xiàn)頻率跳變的問題。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種SAW氣體傳感器檢測電路，其電路簡單、設(shè)計合理且使用操作簡便、使用效果好，能解決輸出頻率不穩(wěn)定，氣體測試率跳變等問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種SAW氣體傳感器的檢測電路，其特征在于:包括依次連接的混頻電路、低通濾波電路和放大整形電路，所述混頻電路的第一輸入端接有與SAW氣體傳感器的參比頻率信號輸出端連接的第一帶通濾波電路，所述混頻電路的第二輸入端接有與SAW氣體傳感器的測量頻率信號輸出端連接的第二帶通濾波電路；所述混頻電路主要由混頻器SA602A構(gòu)成，所述低通濾波電路為有源六階低通濾波電路，所述有源六階低通濾波電路包括芯片AD704，所述芯片AD704的第3引腳通過串聯(lián)的電阻R17和電阻R16與混頻電路的信號輸出端IF相接，且通過電容C15接地，所述芯片AD704的第1引腳通過電容C14與電阻R17和電阻R16的連接端相接，且通過電阻R19與芯片AD704的第2引腳相接，所述芯片AD704的第2引腳通過電阻R18接地，所述芯片AD704的第5引腳通過串聯(lián)的電阻R21和電阻R20與芯片AD704的第1引腳相接，且通過電容C17接地，所述芯片AD704的第7引腳通過電容C16與電阻R21和電阻R20的連接端相接，且通過電阻R23與芯片AD704的第6引腳相接，所述芯片AD704的第6引腳通過電阻R22接地，所述芯片AD704的第10引腳通過串聯(lián)的電阻R24和電阻R25與芯片AD704的第7引腳相接，且通過電容C19接地，所述芯片AD704的第8引腳通過電容C18與電阻R24和電阻R25的連接端相接，所述芯片AD704的第9引腳為低通濾波電路的信號輸出端Net2，所述芯片AD704的第4引腳與電源正極+VS相接，所述芯片AD704的第11引腳與電源負極-VS相接。
[0006]上述的一種SAW氣體傳感器的檢測電路，其特征在于:所述第一帶通濾波電路包括電感L1、電感L2、電感L3、電感L4和電感L5，以及電容C1、電容C2、電容C3、電容C4和電容C5 ;所述電感L1、電容C1、電感L2、電容C2、電感L3和電容C5依次串聯(lián)在SAW氣體傳感器的參比頻率信號Portl與混頻電路的第一輸入端之間，所述電容C5與混頻電路的第一輸入端連接的一端為第一帶通濾波電路的輸出端Netl，所述電容C3與電感L4并聯(lián)接在電容C1和電感L2的連接端與地之間，所述電容C4與電感L5并聯(lián)接在電容C2和電感L3的連接端與地之間。
[0007]上述的一種SAW氣體傳感器的檢測電路，其特征在于:所述第二帶通濾波電路包括電感L7、電感L8、電感L9、電感L11和電感L12，以及電容C7、電容C8、電容C9、電容C11和電容C12 ;所述電感L7、電容C7、電感L8、電容C8、電感L9和電容C9依次串聯(lián)在SAW氣體傳感器的測量頻率信號Port2與混頻電路的第二輸入端之間，所述電容C9與混頻電路的第二輸入端連接的一端為第二帶通濾波電路的輸出端NetLl,所述電容Cl 1與電感LI 1并聯(lián)接在電容C7和電感L8的連接端與地之間，所述電容C12與電感L12并聯(lián)接在電容C8和電感L9的連接端與地之間。
[0008]上述的一種SAW氣體傳感器的檢測電路，其特征在于:所述混頻電路包括混頻器SA602A，所述混頻器SA602A的第1引腳通過電容C24與第二帶通濾波電路的輸出端NetLl相接，所述混頻器SA602A的第6引腳通過電容C27與第一帶通濾波電路的輸出端Netl相接，所述混頻器SA602A的第2引腳通過電容C26接地，所述混頻器SA602A的第7引腳通過電容C25接地，所述混頻器SA602A的第3引腳接地，所述混頻器SA602A的第8引腳接電源VCC且通過并聯(lián)的電容C20和電容C23接地，所述混頻器SA602A的第4引腳為混頻電路的信號輸出端IF。
[0009]上述的一種SAW氣體傳感器的檢測電路，其特征在于:所述放大整形電路包括芯片AD708、芯片LM393、電阻R26、電阻R27、電阻R28、電阻R29、電阻R30和電阻R31，以及電容C21和電容C22 ;所述芯片AD708的第2引腳通過串聯(lián)的電阻R28和電阻R27信號與低通濾波電路(4)的信號輸出端Net2相接，且通過電容C21接地，所述芯片AD708的第1引腳通過電阻R26與電阻R27和R28的連接端相接，且通過電容C22與電阻R28和芯片AD708的第2引腳的連接端相接，所述芯片AD708的第3引腳接地，所述芯片AD708的第8引腳與電源正極+VS相接，所述芯片AD708的第4引腳與電源負極-VS相接，所述芯片LM393的第3引腳與芯片AD708的第1引腳相接，所述芯片LM393的第1引腳通過電阻R31與電源VCC相接，且通過電阻R29和電阻R30串聯(lián)接地，所述芯片LM393的第2引腳與電阻R30和R29的連接端相接，所述芯片LM393的第8引腳與電源VCC相接，所述芯片LM393的第4引腳接地，所述芯片LM393的第1引腳為放大整形電路的信號輸出端OUT。
[0010]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0011]1、結(jié)構(gòu)簡單，體積小便于攜帶，使用方便，投入成本低；
[0012]2、第一帶通濾波電路和第二帶通濾波電路均為結(jié)構(gòu)相同的5階帶通濾波電路，且采用參數(shù)相同的串聯(lián)與并聯(lián)器件組成，利用單一差值對比即SAW傳感器的測量通道上涂抹吸附氣體的敏感膜改變信號頻率測出是何種氣體及相應的氣體濃度；
[0013]3、采用低通濾波電路為有源六階低通濾波電路，三級二階級聯(lián)的方式實現(xiàn)六階低通濾波電路的設(shè)計，確保有效信號的保留，增加了電路的穩(wěn)定性；
[0014]4、精度高、分辨率高，電路簡單，可以避免測試盲區(qū)，頻率跳變的問題。
[0015]綜上所述，本實用新型方法實現(xiàn)簡單，電路可靠性高，檢測氣體濃度精確，速度快，實時性高，適用范圍廣，便于推廣使用。
[0016]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型電路原理框圖。
[0018]圖2是本實用新型第一帶通濾波電路的電路原理圖。
[0019]圖3是本實用新型第二帶通濾波電路的電路原理圖。
[0020]圖4是本實用新型混頻器電路的電路原理圖。
[0021]圖5是本實用新型低通濾波器電路的電路原理圖。
[0022]圖6是本實用新型放大整形電路的電路原理圖。
[0023]附圖標記說明:
[0024]1 一第一帶通濾波電路；2—第二帶通濾波電路；3—混頻電路；
[0025]4 一低通濾波電路；5—放大整形電路。

【具體實施方式】
[0026]如圖1和圖5所示，本實用新型包括依次連接的混頻電路3、低通濾波電路4和放大整形電路5，所述混頻電路3的第一輸入端接有與SAW氣體傳感器的參比頻率信號輸出端連接的第一帶通濾波電路1，所述混頻電路3的第二輸入端接有與SAW氣體傳感器的測量頻率信號輸出端連接的第二帶通濾波電路2 ;所述混頻電路3主要由混頻器SA602A構(gòu)成，所述低通濾波電路4為有源六階低通濾波電路，所述有源六階低通濾波電路包括芯片AD704，所述芯片AD704的第3引腳通過串聯(lián)的電阻R17和電阻R16與混頻電路3的信號輸出端IF相接，且通過電容C15接地，所述芯片AD704的第1引腳通過電容C14與電阻R17和電阻R16的連接端相接，且通過電阻R19與芯片AD704的第2引腳相接，所述芯片AD704的第2引腳通過電阻R18接地，所述芯片AD704的第5引腳通過串聯(lián)的電阻R21和電阻R20與芯片AD704的第1引腳相接，且通過電容C17接地，所述芯片AD704的第7引腳通過電容C16與電阻R21和電阻R20的連接端相接，且通過電阻R23與芯片AD704的第6引腳相接，所述芯片AD704的第6引腳通過電阻R22接地，所述芯片AD704的第10引腳通過串聯(lián)的電阻R24和電阻R25與芯片AD704的第7引腳相接，且通過電容C19接地，所述芯片AD704的第8引腳通過電容C18與電阻R24和電阻R25的連接端相接，所述芯片AD704的第9引腳為低通濾波電路4的信號輸出端Net2，所述芯片AD704的第4引腳與電源正極+VS相接，所述芯片AD704的第11引腳與電源負極-VS相接。
[0027]實際使用中，所述芯片AD704采用雙電源供電，電源正極+VS為+15V，電源負極-VS為-15V，所述SAW氣體傳感器采用雙通道型傳感器且其測量通道上涂有吸附氣體的敏感薄膜，測量氣體被吸附后，敏感吸附膜與相應氣體發(fā)生作用后，膜的質(zhì)量、電導率、粘滯系數(shù)等會發(fā)生改變，且反射柵的反射率減小，敏感區(qū)的插損增大，這樣就導致了振蕩電路的頻率發(fā)生變化，所述SAW傳感器參比通道上不涂任何敏感材料的薄膜，氣體通過參比通道后頻率不發(fā)生改變，雙通道形成單一差值對比分別連接第一帶通濾波電路和第二帶通濾波電路。
[0028]如圖2和圖3所示，本實施例中，所述第一帶通濾波電路1包括電感L1、電感L2、電感L3、電感L4和電感L5，以及電容C1、電容C2、電容C3、電容C4和電容C5 ;所述電感L1、電容C1、電感L2、電容C2、電感L3和電容C5依次串聯(lián)在SAW氣體傳感器的參比頻率信號Portl與混頻電路3的第一輸入端之間，所述電容C5與混頻電路3的第一輸入端連接的一端為第一帶通濾波電路1的輸出端Netl，所述電容C3與電感L4并聯(lián)接在電容C1和電感L2的連接端與地之間，所述電容C4與電感L5并聯(lián)接在電容C2和電感L3的連接端與地之間。所述第二帶通濾波電路2包括電感L7、電感L8、電感L9、電感L11和電感L12，以及電容C7、電容C8、電容C9、電容C11和電容C12 ;所述電感L7、電容C7、電感L8、電容C8、電感L9和電容C9依次串聯(lián)在SAW氣體傳感器的測量頻率信號Port2與混頻電路3的第二輸入端之間，所述電容C9與混頻電路3的第二輸入端連接的一端為第二帶通濾波電路2的輸出端NetLl，所述電容C11與電感L11并聯(lián)接在電容C7和電感L8的連接端與地之間，所述電容C12與電感L12并聯(lián)接在電容C8和電感L9的連接端與地之間。
[0029]實際使用中，經(jīng)過第一帶通濾波電路1與第二帶通濾波電路2做初步的信號篩選，帶內(nèi)的有效信號可以通過，這就濾除了跳變的信號。
[0030]如圖4所示，本實施例中，所述混頻電路3包括混頻器SA602A，所述混頻器SA602A的第1引腳通過電容C24與第二帶通濾波電路2的輸出端NetLl相接，所述混頻器SA602A的第6引腳通過電容C27與第一帶通濾波電路1的輸出端Netl相接，所述混頻器SA602A的第2引腳通過電容C26接地，所述混頻器SA602A的第7引腳通過電容C25接地，所述混頻器SA602A的第3引腳接地，所述混頻器SA602A的第8引腳接電源VCC且通過并聯(lián)的電容C20和電容C23接地，所述混頻器SA602A的第4引腳為混頻電路3的信號輸出端IF。
[0031]實際電路中，經(jīng)過第一帶通濾波電路1和第二帶通濾波電路2兩通道的信號經(jīng)混頻器處理之后，所述混頻電路3信號輸出為和頻與差頻，和頻信號為不必要的雜波信號必須濾除，保留有效信號需對信號進行低通濾波。所述低通濾波電路4為六階低通濾波電路，設(shè)置截止頻率將雜波濾除，其采用三級二階低通濾波電路級聯(lián)的方式對信號做進一步的信號篩選，濾除中高頻雜波，降低采樣頻率，保留低頻有效信號可以通過，這就保證了低頻信號的穩(wěn)定性，電源VCC為直流穩(wěn)壓電源+5V。
[0032]如圖6所示，本實施例中，所述放大整形電路5包括芯片AD708、芯片LM393、電阻R26、電阻R27、電阻R28、電阻R29、電阻R30和電阻R31，以及電容C21和電容C22 ;所述芯片AD708的第2引腳通過串聯(lián)的電阻R28和電阻R27信號與低通濾波電路4的信號輸出端Net2相接，且通過電容C21接地，所述芯片AD708的第1引腳通過電阻R26與電阻R27和R28的連接端相接，且通過電容C22與電阻R28和芯片AD708的第2引腳的連接端相接，所述芯片AD708的第3引腳接地，所述芯片AD708的第8引腳與電源正極+VS相接，所述芯片AD708的第4引腳與電源負極-VS相接，所述芯片LM393的第3引腳與芯片AD708的第1引腳相接，所述芯片LM393的第1引腳通過電阻R31與電源VCC相接，且通過電阻R29和電阻R30串聯(lián)接地，所述芯片LM393的第2引腳與電阻R30和R29的連接端相接，所述芯片LM393的第8引腳與電源VCC相接，所述芯片LM393的第4引腳接地，所述芯片LM393的第1引腳為放大整形電路5的信號輸出端OUT。
[0033]實際使用中，所述低通濾波電路4的輸出為反映氣體變化量的差頻信號，但是其幅值小不便于計數(shù)測量，為了實際操作使用方便，將低頻波形通過放大整形電路5進行變換，獲得標準電壓的方波信號，然后就可以采用計數(shù)，測周等方法進行頻率的測量了，測出的頻率值就是外界氣體的量值，然后對應到濃度值，便實現(xiàn)了 SAW氣體傳感器對外界氣體的測量。
[0034]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種SAW氣體傳感器的檢測電路，其特征在于:包括依次連接的混頻電路(3)、低通濾波電路(4)和放大整形電路(5)，所述混頻電路(3)的第一輸入端接有與SAW氣體傳感器的參比頻率信號輸出端連接的第一帶通濾波電路(I)，所述混頻電路(3)的第二輸入端接有與SAW氣體傳感器的測量頻率信號輸出端連接的第二帶通濾波電路(2);所述混頻電路(3)主要由混頻器SA602A構(gòu)成，所述低通濾波電路(4)為有源六階低通濾波電路，所述有源六階低通濾波電路包括芯片AD704，所述芯片AD704的第3引腳通過串聯(lián)的電阻R17和電阻R16與混頻電路(3)的信號輸出端IF相接，且通過電容C15接地，所述芯片AD704的第I引腳通過電容C14與電阻R17和電阻R16的連接端相接，且通過電阻R19與芯片AD704的第2引腳相接，所述芯片AD704的第2引腳通過電阻R18接地，所述芯片AD704的第5引腳通過串聯(lián)的電阻R21和電阻R20與芯片AD704的第I引腳相接，且通過電容C17接地，所述芯片AD704的第7引腳通過電容C16與電阻R21和電阻R20的連接端相接，且通過電阻R23與芯片AD704的第6引腳相接，所述芯片AD704的第6引腳通過電阻R22接地，所述芯片AD704的第10引腳通過串聯(lián)的電阻R24和電阻R25與芯片AD704的第7引腳相接，且通過電容C19接地，所述芯片AD704的第8引腳通過電容C18與電阻R24和電阻R25的連接端相接，所述芯片AD704的第9引腳為低通濾波電路(4)的信號輸出端Net2，所述芯片AD704的第4引腳與電源正極+VS相接，所述芯片AD704的第11引腳與電源負極-VS相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種SAW氣體傳感器的檢測電路，其特征在于:所述第一帶通濾波電路⑴包括電感L1、電感L2、電感L3、電感L4和電感L5，以及電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4和電容C5 ;所述電感L1、電容Cl、電感L2、電容C2、電感L3和電容C5依次串聯(lián)在SAW氣體傳感器的參比頻率信號Portl與混頻電路(3)的第一輸入端之間，所述電容C5與混頻電路(3)的第一輸入端連接的一端為第一帶通濾波電路(I)的輸出端Netl，所述電容C3與電感L4并聯(lián)接在電容Cl和電感L2的連接端與地之間，所述電容C4與電感L5并聯(lián)接在電容C2和電感L3的連接端與地之間。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種SAW氣體傳感器的檢測電路，其特征在于:所述第二帶通濾波電路⑵包括電感L7、電感L8、電感L9、電感Lll和電感L12，以及電容C7、電容C8、電容C9、電容Cll和電容C12 ;所述電感L7、電容C7、電感L8、電容C8、電感L9和電容C9依次串聯(lián)在SAW氣體傳感器的測量頻率信號Port2與混頻電路(3)的第二輸入端之間，所述電容C9與混頻電路(3)的第二輸入端連接的一端為第二帶通濾波電路(2)的輸出端NetLl，所述電容Cll與電感Lll并聯(lián)接在電容C7和電感L8的連接端與地之間，所述電容C12與電感L12并聯(lián)接在電容C8和電感L9的連接端與地之間。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的一種SAW氣體傳感器的檢測電路，其特征在于:所述混頻電路(3)包括混頻器SA602A，所述混頻器SA602A的第I引腳通過電容C24與第二帶通濾波電路(2)的輸出端NetLl相接，所述混頻器SA602A的第6引腳通過電容C27與第一帶通濾波電路(I)的輸出端Netl相接，所述混頻器SA602A的第2引腳通過電容C26接地，所述混頻器SA602A的第7引腳通過電容C25接地，所述混頻器SA602A的第3引腳接地，所述混頻器SA602A的第8引腳接電源VCC且通過并聯(lián)的電容C20和電容C23接地，所述混頻器SA602A的第4引腳為混頻電路(3)的信號輸出端IF。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種SAW氣體傳感器的檢測電路，其特征在于:所述放大整形電路(5)包括芯片AD708、芯片LM393、電阻R26、電阻R27、電阻R28、電阻R29、電阻R30和電阻R31，以及電容C21和電容C22 ;所述芯片AD708的第2引腳通過串聯(lián)的電阻R28和電阻R27信號與低通濾波電路(4)的信號輸出端Net2相接，且通過電容C21接地，所述芯片AD708的第I引腳通過電阻R26與電阻R27和R28的連接端相接，且通過電容C22與電阻R28和芯片AD708的第2引腳的連接端相接，所述芯片AD708的第3引腳接地，所述芯片AD708的第8引腳與電源正極+VS相接，所述芯片AD708的第4引腳與電源負極-VS相接，所述芯片LM393的第3引腳與芯片AD708的第I引腳相接，所述芯片LM393的第I引腳通過電阻R31與電源VCC相接，且通過電阻R29和電阻R30串聯(lián)接地，所述芯片LM393的第2引腳與電阻R30和R29的連接端相接，所述芯片LM393的第8引腳與電源VCC相接，所述芯片LM393的第4引腳接地，所述芯片LM393的第I引腳為放大整形電路(5)的信號輸出端OUT。
【文檔編號】H03D7/16GK204068886SQ201420535232
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】白孝濤, 張濤 申請人:張濤