本技術涉及電化學氧氣傳感器，尤其涉及一種傳感器信號放大處理系統(tǒng)。

背景技術：

1、在當前的工業(yè)及環(huán)境監(jiān)測領域中，氧氣傳感器作為關鍵的檢測元件，其性能直接影響到系統(tǒng)對氣體成分分析的準確性和可靠性。市場上廣泛應用的兩大類氧氣傳感器：順磁氧傳感器、電化學氧氣傳感器，各有其顯著特點及局限性。

2、其中，順磁氧傳感器，基于氧氣的順磁性原理工作，具有響應速度快、長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點。然而，這些優(yōu)勢伴隨著高昂的制造成本，特別是對于那些需要大規(guī)模部署氧氣監(jiān)測點的應用場景而言，順磁氧傳感器的價格成為制約其廣泛應用的主要瓶頸。高昂的成本直接轉(zhuǎn)嫁至產(chǎn)品終端，增加了生產(chǎn)成本，限制了其在成本敏感型行業(yè)的普及與應用。

3、相比之下，電化學氧氣傳感器則以其較低的成本、較好的選擇性和較長的使用壽命受到青睞。這類傳感器通過測量電化學反應產(chǎn)生的電流來確定氧氣濃度，適合用于連續(xù)監(jiān)測氧氣水平。但不容忽視的是，電化學傳感器的一個顯著缺點是其輸出信號強度相對較低，這在實際應用中帶來了挑戰(zhàn)。較低的信號水平要求極其敏感和精確的信號采集系統(tǒng)，否則容易導致數(shù)據(jù)采集的不穩(wěn)定性和精度下降，特別是在遠程監(jiān)測或是在有噪聲干擾的工業(yè)環(huán)境中，這一問題尤為突出。鑒于上述情況，開發(fā)一種專門針對電化學氧氣傳感器的信號放大模塊顯得尤為迫切。

技術實現(xiàn)思路

1、本實用新型就是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種傳感器信號放大處理系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案，包括供電單元、一級放大單元、二級放大單元和負壓單元，其特征在于，所述一級放大單元的輸入側(cè)與傳感器輸出端相連，所述一級放大單元的輸出端與所述二級放大單元的輸入端相連，所述二級放大單元的輸出端作為傳感器信號放大處理系統(tǒng)輸出端；所述一級放大單元與二級放大單元還分別與負壓單元及供電單元相連；所述供電單元與負壓單元相連。

3、進一步地，所述一級放大單元包括儀表放大器ad620、增益變位器rp2、調(diào)零變位器rp1，增益變位器rp2作為增益調(diào)節(jié)，連接于ad620第1、8腳之間；傳感器輸入信號正負極分別通過各自的低通濾波電路與儀表放大器ad620相連；調(diào)零變位器rp1作為輸入電壓偏置電位器與傳感器輸入信號正極相連，用于調(diào)整零點；ad620第7腳為正電源輸入與供電單元輸出相連，第4腳為負電源輸入與負壓單元輸出相連；ad620第6腳為輸出端與二級放大單元相連。

4、更進一步地，傳感器輸入信號正極與通過電阻r25接入ad620第2腳，且電阻r25與ad620第2腳的公共連接端通過電容c20接地；傳感器輸入信號負極與通過電阻r24接入ad620第3腳，且電阻r24與ad620第4腳的公共連接端通過電容c19接地。

5、進一步地，所述二級放大單元包括低失調(diào)運算放大器op07，低失調(diào)運算放大器op07的2腳作為輸入引腳，通過電阻r1與一級放大單元的輸出相連；低失調(diào)運算放大器op07的3腳通過電阻r2接地；低失調(diào)運算放大器op07的4腳與負壓單元輸出相連；低失調(diào)運算放大器op07的6腳作為傳感器信號放大處理系統(tǒng)的輸出端；低失調(diào)運算放大器op07的7腳與供電單元的輸出端相連。

6、進一步地，所述供電單元包括dc-dc降壓芯片lm2596s-5.0，dc-dc降壓芯片lm2596s-5.0的1腳作為輸入電壓引腳連接至+24v，dc-dc降壓芯片lm2596s-5.0的6腳接地；且dc-dc降壓芯片lm2596s-5.0的1腳與6腳之間連接有濾波電容c9、去耦電容c8，且濾波電容c9、去耦電容c8并聯(lián)；dc-dc降壓芯片lm2596s-5.0的3腳及5腳均接地；dc-dc降壓芯片lm2596s-5.0的2腳與功率電感l(wèi)1的第一端相連，功率電感l(wèi)1的第二端作為輸出電壓vdd與分別與一級放大單元、二級放大單元、負壓單元相連；dc-dc降壓芯片lm2596s-5.0的4腳連接至功率電感l(wèi)1的第二端，功率電感l(wèi)1的第一端通過穩(wěn)壓二極管1n5824、去耦電容c4與功率電感l(wèi)1的第一端相連，且穩(wěn)壓二極管1n5824與去耦電容c4的公共連接端接地；去耦電容c4兩端并聯(lián)有輸出濾波電容c13。

7、進一步地，所述負壓單元包括電荷泵icl7660，電荷泵icl7660第8腳作電源輸入端與供電單元相連，電荷泵icl7660第5腳作輸出引腳輸出反向電壓，分別與一級放大單元及二級放大單元相連；電荷泵icl7660第3、6腳分別接地，電荷泵icl7660第2、4腳之間連接有電解電容c16，電容c5作為輸出濾波電容、電容c6作為去耦電容，均連接至電荷泵icl7660的第5腳；電容c7作為去耦電容，與電荷泵icl7660第8腳相連。

8、更進一步地，電解電容c16正端與電荷泵icl7660的2腳相連，電解電容c16負端與電荷泵icl7660的4腳相連。

9、與現(xiàn)有技術相比本實用新型有益效果。

10、本實用新型有效提升了傳感器輸出信號的幅值，使之易于被后續(xù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可靠捕捉和處理，同時確保信號放大過程中的失真最小化，保持數(shù)據(jù)的原始準確性和完整性。

11、本實用新型硬件集成度高、可靠性好，可廣泛用于各種電化學傳感器和光電池等傳感器信號放大，便于采集。

技術特征：

1.一種傳感器信號放大處理系統(tǒng)，包括供電單元、一級放大單元、二級放大單元和負壓單元，其特征在于：所述一級放大單元的輸入側(cè)與傳感器輸出端相連，所述一級放大單元的輸出端與所述二級放大單元的輸入端相連，所述二級放大單元的輸出端作為傳感器信號放大處理系統(tǒng)輸出端；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳感器信號放大處理系統(tǒng)，其特征在于：所述一級放大單元包括儀表放大器ad620、增益變位器rp2、調(diào)零變位器rp1，增益變位器rp2作為增益調(diào)節(jié)，連接于ad620第1、8腳之間；傳感器輸入信號正負極分別通過各自的低通濾波電路與儀表放大器ad620相連；調(diào)零變位器rp1作為輸入電壓偏置電位器與傳感器輸入信號正極相連，用于調(diào)整零點；ad620第7腳為正電源輸入與供電單元輸出相連，第4腳為負電源輸入與負壓單元輸出相連；ad620第6腳為輸出端與二級放大單元相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種傳感器信號放大處理系統(tǒng)，其特征在于：傳感器輸入信號正極與通過電阻r25接入ad620第2腳，且電阻r25與ad620第2腳的公共連接端通過電容c20接地；傳感器輸入信號負極與通過電阻r24接入ad620第3腳，且電阻r24與ad620第4腳的公共連接端通過電容c19接地。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳感器信號放大處理系統(tǒng)，其特征在于：所述二級放大單元包括低失調(diào)運算放大器op07，低失調(diào)運算放大器op07的2腳作為輸入引腳，通過電阻r1與一級放大單元的輸出相連；低失調(diào)運算放大器op07的3腳通過電阻r2接地；低失調(diào)運算放大器op07的4腳與負壓單元輸出相連；低失調(diào)運算放大器op07的6腳作為傳感器信號放大處理系統(tǒng)的輸出端；低失調(diào)運算放大器op07的7腳與供電單元的輸出端相連。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳感器信號放大處理系統(tǒng)，其特征在于：所述供電單元包括dc-dc降壓芯片lm2596s-5.0，dc-dc降壓芯片lm2596s-5.0的1腳作為輸入電壓引腳連接至+24v，dc-dc降壓芯片lm2596s-5.0的6腳接地；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳感器信號放大處理系統(tǒng)，其特征在于：所述負壓單元包括電荷泵icl7660，電荷泵icl7660第8腳作電源輸入端與供電單元相連，電荷泵icl7660第5腳作輸出引腳輸出反向電壓，分別與一級放大單元及二級放大單元相連；電荷泵icl7660第3、6腳分別接地，電荷泵icl7660第2、4腳之間連接有電解電容c16，電容c5作為輸出濾波電容、電容c6作為去耦電容，均連接至電荷泵icl7660的第5腳；電容c7作為去耦電容，與電荷泵icl7660第8腳相連。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種傳感器信號放大處理系統(tǒng)，其特征在于：電解電容c16正端與電荷泵icl7660的2腳相連，電解電容c16負端與電荷泵icl7660的4腳相連。

技術總結(jié)
本技術涉及電化學氧氣傳感器，尤其涉及一種傳感器信號放大處理系統(tǒng)。其包括供電單元、一級放大單元、二級放大單元和負壓單元，所述一級放大單元的輸入側(cè)與傳感器輸出端相連，所述一級放大單元的輸出端與所述二級放大單元的輸入端相連，所述二級放大單元的輸出端作為傳感器信號放大處理系統(tǒng)輸出端；所述一級放大單元與二級放大單元還分別與負壓單元及供電單元相連；所述供電單元與負壓單元相連。其有效提升了傳感器輸出信號的幅值，使之易于被后續(xù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可靠捕捉和處理，同時確保信號放大過程中的失真最小化，保持數(shù)據(jù)的原始準確性和完整性。

技術研發(fā)人員：李曉寧,黃吉喆
受保護的技術使用者：遼寧美澤檢測設備有限公司
技術研發(fā)日：20240530
技術公布日：2024/12/19