專利名稱：低功耗傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
低功耗傳感器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及低功耗傳感器。所述傳感器是光學(xué)傳感器并且具體地包括能夠發(fā)射發(fā)光信號(hào)的發(fā)射器、接收器和用于處理作為來(lái)自所述接收器的輸出而產(chǎn)生的電信號(hào)的部件。 本發(fā)明尤其非常適于確定諸如二氧化碳之類的氣體的濃度。
背景技術(shù)：
[0002]一種確定氣體濃度的公知技術(shù)在于依靠發(fā)射器交替地發(fā)送發(fā)光信號(hào)到真空管或者到包含氣體的管道中。隨后，光在通過(guò)充滿氣體的管道時(shí)稍微衰減。位于管道輸出處的接收器使其能夠收集通過(guò)真空管和充滿氣體的管道兩者的兩個(gè)發(fā)光信號(hào)。處理部件隨后允許對(duì)每個(gè)所收集的信號(hào)進(jìn)行處理。傳統(tǒng)上，處理部件包括使用DSP (數(shù)字信號(hào)處理)電路的解調(diào)器。這種解決方案的缺陷是它的速度受到限制，因?yàn)樗Q于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的取樣頻率和轉(zhuǎn)換時(shí)間。[0003]另一種解決方案在于利用全模擬處理部件，使得接收到的信號(hào)得以利用低通濾波器以規(guī)定的頻率進(jìn)行整流和濾波，以便恢復(fù)r.m. s值。然而，在該另一種解決方案中，為了最大化所恢復(fù)的信號(hào)，后者必須接近占空比為0. 5的正弦曲線。[0004]而且，現(xiàn)有技術(shù)的解決方案往往很少關(guān)注每次測(cè)量所消耗的功率量。發(fā)明內(nèi)容[0005]本發(fā)明的目的是提供一種包括能夠發(fā)射與處理部件相關(guān)聯(lián)的發(fā)光信號(hào)的發(fā)射器的低功耗傳感器，其目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。[0006]所述目的通過(guò)一種傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括[0007]-發(fā)射器，包含能夠發(fā)射發(fā)光信號(hào)的發(fā)光二極管，[0008]-控制部件，用于以規(guī)定的控制頻率接通或關(guān)閉所述發(fā)射器，[0009]-接收器，用于感測(cè)所述發(fā)光信號(hào)，并且被安排來(lái)當(dāng)所述發(fā)射器接通時(shí)生成第一輸入信號(hào)，以及當(dāng)所述發(fā)射器關(guān)閉時(shí)生成第二輸入信號(hào)，[0010]-處理所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸入信號(hào)的部件，[0011]其特征在于，所述處理部件包括[0012]-第一處理通道，用于處理所述第一輸入信號(hào)，[0013]-第二處理通道，用于處理所述第二輸入信號(hào)，[0014]-當(dāng)所述發(fā)射器接通時(shí)激活所述第一處理通道并去激活所述第二處理通道的部件，和[0015]-當(dāng)所述發(fā)射器關(guān)閉時(shí)激活所述第二處理通道并去激活所述第一處理通道的部件。[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，所述第一處理通道包括第一低通濾波器，并且所述第二處理通道包括第二低通濾波器。[0017]根據(jù)另一特征，所述第一低通濾波器和所述第二低通濾波器中的每一個(gè)包括電阻器和電容器，所述電阻器的電阻和所述電容器的電容被最優(yōu)化來(lái)獲得最大信噪比。[0018]根據(jù)另一特征，所述第一低通濾波器和所述第二低通濾波器是等同的。[0019]根據(jù)另一特征，所述接收器包括用于將接收到的發(fā)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流的光電二極管和用于將所述電流轉(zhuǎn)換為電壓的跨阻抗放大器。[0020]根據(jù)另一特征，所述第一處理通道被安排成當(dāng)所述發(fā)射器接通時(shí)生成第一輸出信號(hào)，以及所述第二處理通道被安排成當(dāng)所述發(fā)射器關(guān)閉時(shí)生成第二輸出信號(hào)，所述處理部件包括用于將所述第一輸出信號(hào)和所述第二輸出信號(hào)相比較的部件。


[0021]從參考通過(guò)舉例給出并如附圖所示的實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中，其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，附圖中[0022]圖1示出了本發(fā)明的傳感器的圖解。
具體實(shí)施方式
[0023]本發(fā)明包括具體用于確定諸如二氧化碳之類的氣體的濃度的傳感器。所述設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是在每次測(cè)量期間消耗非常少的功率。所述傳感器的操作及其元件被特別最優(yōu)化來(lái)滿足這一需求。[0024]本發(fā)明的傳感器尤其基于同步檢測(cè)的原理。[0025]參考圖1，本發(fā)明的傳感器包括發(fā)射器1，該發(fā)射器1包括能夠發(fā)射發(fā)光信號(hào)且經(jīng)由電流源或電壓源供電的發(fā)光二極管(LED)。根據(jù)本發(fā)明，該傳感器包括控制部件，其使得該發(fā)射器例如使用脈沖電流(I·)來(lái)供電以便以規(guī)定的控制頻率Ftl激活和去激活該發(fā)射器。選擇控制頻率Ftl使得功耗最小，同時(shí)獲得可用的輸出信號(hào)，即，一個(gè)具有最大信噪比SNR 的信號(hào)。[0026]所述設(shè)備也包括接收器2，該接收器2遠(yuǎn)離該發(fā)射器并且包括例如用于感測(cè)發(fā)射器1發(fā)射的發(fā)光信號(hào)并且將接收到的每個(gè)發(fā)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流的光電二極管(PHD)。待檢測(cè)氣體通常置于發(fā)射器1與接收器2之間。[0027]接收器2也包括跨阻抗放大器(AOP)，其使得依靠光電二極管(PHD)產(chǎn)生的電流被轉(zhuǎn)換為可供下游的處理部件3使用的電壓。作為來(lái)自該放大器(AOP)的輸出而獲得的電壓Vsignal具有與發(fā)射器1的控制頻率Ftl相同的頻率。如公知的，跨阻抗放大器(AOP)的增益由負(fù)反饋環(huán)路中布置的增益電阻器(Rgain)來(lái)設(shè)置。[0028]根據(jù)本發(fā)明，用于處理作為來(lái)自放大器的輸出而獲得的電壓的部件3包括兩個(gè)獨(dú)立的處理通道31、32。第一處理通道31用于處理當(dāng)發(fā)射器1激活時(shí)生成的第一輸入信號(hào)， 而第二處理通道32用于處理當(dāng)發(fā)射器1去激活時(shí)生成的第二輸入信號(hào)。為此，當(dāng)發(fā)射器1 激活時(shí)，第一處理通道31激活，而第二處理通道32去激活，并且當(dāng)發(fā)射器1去激活時(shí)，第一處理通道31去激活，而第二處理通道32激活。因此該兩個(gè)處理通道以發(fā)射器1的控制頻率Ftl交替地激活和去激活。[0029]兩個(gè)處理通道31、32等同，并且每個(gè)包括與開(kāi)關(guān)S1、S2串聯(lián)的低通濾波器，所述開(kāi)關(guān)Si、S2以發(fā)射器1的控制頻率Ftl切換以便根據(jù)發(fā)射器1的狀態(tài)來(lái)激活或去激活處理通道31、32。兩個(gè)低通濾波器例如具有相同的時(shí)間常數(shù)τ，并且每個(gè)包括串聯(lián)在它們各自處理通道31、32的開(kāi)關(guān)Si、S2與地之間的、電容為Ctl的電容器和電阻為Rtl的電阻器。[0030]因此，兩個(gè)開(kāi)關(guān)Si、S2由與流經(jīng)發(fā)射器1的脈沖電流Imi同步的互補(bǔ)控制信號(hào) Vclkl, Vclk2控制。從而，當(dāng)兩個(gè)低通濾波器的處理通道激活時(shí)，交替地充電該兩個(gè)低通濾波器。當(dāng)發(fā)射器1分別去激活或激活時(shí)，兩個(gè)低通濾波器專用于光電二極管(PHD)的信號(hào)。從而，當(dāng)發(fā)射器激活(Vph。t。d。n)或去激活(Vph。t。d。ff)時(shí)，所述濾波器的電容器被充電至DC電壓 V1和V2,它們分別趨向于光電二極管生成的輸出電壓。[0031]因此，兩個(gè)低通濾波器的電容器Ctl被充電到的這些DC電壓V1和V2使得作為來(lái)自接收器2的輸出而生成的有用信號(hào)得以恢復(fù)。[0032]而且，根據(jù)進(jìn)行測(cè)量所需的功率，定義最大信噪比SNR。[0033]信噪比SNR以下列方式來(lái)定義[0034]在放大器的輸出，電壓變化由如下給出[0035]Vsignal 一 Vphotod—on~Vphotod—offο[0036]按照下列公式，該電壓變化與流經(jīng)發(fā)射器的二極管的電流和放大器的增益阻抗成比例[0037]Vsignal 一 Vphotod_on~Vphotod_off 一 α Iled · Rgain[0038]α為比例系數(shù)。[0039]隨后低通濾波器的電壓差分輸出由如下給出[0040]
權(quán)利要求1.一種低功耗傳感器，包括-發(fā)射器(1)，包含能夠發(fā)射發(fā)光信號(hào)的發(fā)光二極管，-控制部件，用于以規(guī)定的控制頻率接通或關(guān)閉所述發(fā)射器(1)，-接收器O)，用于感測(cè)所述發(fā)光信號(hào)，并且被安排來(lái)當(dāng)所述發(fā)射器(1)接通時(shí)生成第一輸入信號(hào)，以及當(dāng)所述發(fā)射器(1)關(guān)閉時(shí)生成第二輸入信號(hào)，-處理所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸入信號(hào)的部件(3)，其特征在于，所述處理部件C3)包括-第一處理通道(31)，用于處理所述第一輸入信號(hào)，-第二處理通道(32)，用于處理所述第二輸入信號(hào)，-當(dāng)所述發(fā)射器(1)接通時(shí)激活所述第一處理通道(31)并去激活所述第二處理通道 (32)的部件，和-當(dāng)所述發(fā)射器(1)關(guān)閉時(shí)激活所述第二處理通道(3 并去激活所述第一處理通道 (31)的部件。
2.如權(quán)利要求1的低功耗傳感器，其特征在于，所述第一處理通道(31)包括第一低通濾波器，以及所述第二處理通道(3 包括第二低通濾波器。
3.如權(quán)利要求2的低功耗傳感器，其特征在于，所述第一低通濾波器和所述第二低通濾波器中的每一個(gè)包括電阻器和電容器，所述電阻器的電阻和所述電容器的電容被最優(yōu)化來(lái)獲得最大信噪比。
4.如權(quán)利要求3的低功耗傳感器，其特征在于，所述第一低通濾波器和所述第二低通濾波器是等同的。
5.如權(quán)利要求1的低功耗傳感器，其特征在于，所述接收器(2)包括用于將接收到的發(fā)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流的光電二極管和用于將所述電流轉(zhuǎn)換為電壓的跨阻抗放大器。
6.如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)的低功耗傳感器，其特征在于，所述第一處理通道(31) 被安排成當(dāng)所述發(fā)射器接通時(shí)生成第一輸出信號(hào)，和所述第二處理通道(3 被安排成當(dāng)所述發(fā)射器(1)關(guān)閉時(shí)生成第二輸出信號(hào)，所述處理部件C3)包括用于將所述第一輸出信號(hào)和所述第二輸出信號(hào)相比較的部件。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種傳感器，包括-發(fā)射器(1)，包含能夠發(fā)射發(fā)光信號(hào)的發(fā)光二極管(LED)，-控制部件，用于以規(guī)定的控制頻率(F0)接通或關(guān)閉所述發(fā)射器(1)，-接收器(2)，用于感測(cè)所述發(fā)光信號(hào)，并且被安排來(lái)當(dāng)所述發(fā)射器(1)接通時(shí)生成第一輸入信號(hào)，和當(dāng)所述發(fā)射器(1)關(guān)閉時(shí)生成第二輸入信號(hào)，-處理所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸入信號(hào)的部件(3)，所述處理部件(3)包括交替激活的兩個(gè)獨(dú)立的處理通道，從而處理當(dāng)所述發(fā)射器(1)接通時(shí)生成的信號(hào)和當(dāng)所述發(fā)射器(1)關(guān)閉時(shí)生成的信號(hào)。
文檔編號(hào)G01N21/61GK202275051SQ20112018396
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者L.奇希 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司