向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

思瑞浦TPA8801B在PM2.5传感器中的应用

时间:2016-12-09 作者:Bob Gao 阅读:
引言:本文介绍了市场主流的PM2.5粉尘传感器的技术,并比较了各类传感器的特点。随后介绍了适用于脉冲式红外传感方式的TPA8801B的产品特点和应用。

PM2.5粉尘传感器的原理

目前主流的PM2.5粉尘传感器采用光学传感方式,将空气中的颗粒物浓度转化为电信号。基本原理如下图所示,
20161209-3peaks-1
光发射管发射光到待探测的腔体中,光被腔体中空气的粉尘折射后被接收光电管接收后,经过光电转换电路转换成电信号。空气中粉尘较少时,光被折射较少,转换的电信号也较弱;粉尘较多时,光被折射较多,转换的电信号也较强。lREEETC-电子工程专辑

传感器设计中的难点是光路和气路。光路要求一致性较好,避免环境光的干扰,同时不对发射光产生反射和折射从而产生干扰信号,设计中一般使用特殊设计的腔体和透镜来保证,有的设计通过调整光发射管的功率来保证光路的一致性。气路是空气进入传感器的通路,需要保证空气可以迅速在气路中流通,减少粉尘在光路中的沉积从而影响测量精度。lREEETC-电子工程专辑

主流PM2.5粉尘传感器的介绍

目前市场主流的产品按传感器使用的光的种类,可以分为激光和红外两种,其中红外按照光的发射方式,分为常亮式和脉冲式两种。lREEETC-电子工程专辑

激光式传感器在光路中采用激光发射,激光的指向性非常好,所以可以对空气中的粉尘颗粒物进行计数,可以分清PM2.5和PM10的颗粒物,测量精度较高。传感器的气路中使用了风扇主动进气,提高检测速度。传感器的设计中,算法是主要难点,需要分辨出PM2.5和PM10的粉尘,并配合气路进行颗粒物浓度的计算。缺点是,传感器的发光管一般是常亮工作,加上风扇的功耗,整理功耗较大,而且发光管和风扇的寿命限制使传感器的工作时间为3年到5年左右。lREEETC-电子工程专辑

红外常亮式传感器在光路中把激光改为红外光,红外光的发射管的寿命比激光管长,使得传感器寿命可以提高到5年以上。采用红外光不能对颗粒物进行计数,只能估计颗粒物浓度,所以该方案相对激光是针对低成本应用的产品,相应的气路采用电阻发热进气,比激光传感器的模块响应速度慢,同时也要求模块必须垂直安装才能保证气路工作。红外常亮式传感器的输出大都是PWM输出,当颗粒物浓度增加时,PWM输出中低电平的占空比会增加,只需要对PWM的占空比进行统计得到浓度。由于红外发射管一直工作,加上发热电阻的功耗,模块整体的功耗在80mA到100mA左右。lREEETC-电子工程专辑

红外脉冲式传感器针对功耗和安装方向性进行了改进。为了降低功耗,常亮发射红外光改为脉冲发射红外光,检测信号也从PWM的占空比变成了脉冲信号的幅度;将接收光电三极管改为光电二极管降低接收电路的功耗;将主动进气的方式改为了内部通孔自然进气的方式,去掉了发热电阻的功耗,提高了安装的灵活性。缺点是脉冲信号的电信号处理比较难,自然扩散的方式也降低了响应的速度。最初的传感器的输出为脉冲信号,新一代传感器也有内置MCU将脉冲信号处理为数字信号输出。lREEETC-电子工程专辑

以下为三类传感器的外形

20161209-3peaks-2lREEETC-电子工程专辑

以下为三类传感器的比较

(信息来自于有限产品,可能不能覆盖最新产品的指标)。
20161209-3peaks-3lREEETC-电子工程专辑

TPA8801B在红外脉冲式粉尘传感器的应用

红外脉冲式粉尘传感器成本低,功耗小,在民用空气净化器中得到大量应用。由于车载净化器的空间小,要求粉尘传感器安装灵活,近期红外脉冲式粉尘传感器在此领域崭露头角。TPA8801B是思瑞浦公司针对红外脉冲式粉尘传感器设计的模拟前端,相比普通运放的方案,集成度更高,设计更简单。lREEETC-电子工程专辑

TPA8801B内部集成了精密运放,增益调整和带宽设置电路。内置的精密运放是针对此应用做优化,具有1pA输入偏置电流,减少输入光电流的测量误差;0.4mV的偏置电压,提高了放大电路的动态范围;极低的输入噪声提高了测量的精度;内置的增益调整电路可以在放大1nA电流时保证1%的灵敏度误差。TPA8801B的应用电路图如下,生产标定时,只需要调整Rg达到精度要求。该产品已经成功的帮助客户量产了红外脉冲式的粉尘传感器,获得了终端客户很好的反馈。
20161209-3peaks-4lREEETC-电子工程专辑

EETC wechat barcode


关注最前沿的电子设计资讯,请关注“电子工程专辑微信公众号”。
lREEETC-电子工程专辑

lREEETC-电子工程专辑

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
您可能感兴趣的文章
  • 智能汽车如何实现网络系统安全防护? 传统网络系统,甚至较新的网络系统往往是碎片化的,这使得系统漏洞百出,尤其容易受到网络攻击。解决方案是引入IP企业网络中常见的一个元素——网关。
  • IC Insights:MCU市场2019衰退后将回弹 根据研调机构《IC Insights》最新调查报告显示,由于美中贸易战导致电子科技市场成长放缓,全球汽车销售额下滑,今年半导体微控制器 (MCU) 市场预计将萎缩 6%,不过预计经历今年惨淡的衰退后,MCU市场将回弹。
  • 半导体大厂们掀起“3D堆叠大战”,3D芯片堆叠技术到底是 可以不必理会“摩尔定律”是否会失效的争议,但业界多年来一直在追求提升半导体工艺不断降低线宽,而线宽的微缩总是有一个极限的,到了某种程度,因为难度太大,就没了经济效应。许多半导体公司,已经调整了应对这新困难的战略,目前3D堆叠芯片技术备受业界关注。本文主要盘点中外各企业之间的“3D堆叠大战”以及科普下“3D芯片堆叠技术”。
  • 蔡司CEO:6400万像素幼稚!小米三星:1亿像素相机手机来了 8月7日,小米集团总裁林斌宣布小米集团旗下Redmi品牌,将联合三星全球首发首款量产6400万超清相机手机,以及小米全球首款1亿像素超清相机。而就在几天前,蔡司集团总裁兼CEO Michael Kaschke博士表示不赞成手机厂商堆像素的做法,他认为三星宣布的6400万相机传感器有些过火……
  • 使用连网监测种植农作物喂养世界 种植足够的农作物来养活地球上爆炸性增长的人口是一个日益紧迫的挑战。食物生产消耗了大量的资源,比如水和肥料,那么,物联网(IoT)如何在农业解决方案中发挥作用呢?
  • 新型双条件玻璃破碎检测方案 玻璃破碎检测方案已经发展一定年头,主要用来检测家庭住宅或商业楼宇门窗玻璃的破损情况。此类方案也可归类为一种监控设备,用以提高家庭或商业环境的安全性,避免非法进入。贝能国际以此需求为牵引,开发出全新双条件玻璃破碎检测方案,同时检测敲击玻璃时发出的低频声音、玻璃破碎时发出的高频声音以及玻璃破碎时带来的压力变化,一举解决市面上现有方案的缺陷。
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告