【導(dǎo)讀】傳感器市場是非多，雖然二氧化碳傳感器采用紅外技術(shù)，靈敏度較高，但是電化學(xué)傳感器異軍突起，憑借高靈敏度、測量范圍廣、成本低的優(yōu)勢，對二氧化碳傳感器的地位造成了威脅。本文針對線性化問題給出了純硬件的解決方案。
一般情況下，電化學(xué)傳感器通過一個(gè)偏置電流極低(＜1pA)的緩沖放大器連接到微控制器。這時(shí)需要微控制器將傳感器的對數(shù)響應(yīng)線性化。該方案的一個(gè)較好例子就是SandboxElectronics公司的SEN-000007模塊，該模塊使用的是漢威電子公司生產(chǎn)的MG-811二氧化碳傳感器。參考文獻(xiàn)1中給出了電路和代碼，但沒有說明具體精確度。
本次解決方案電路簡單、成本低廉，并且便于調(diào)整、精確度高。輸出信號可以直接抵達(dá)面板表或微控制器，無需對數(shù)或反對數(shù)計(jì)算等復(fù)雜的數(shù)據(jù)操作。
MG-811傳感器可以測量400～10,000 ppm(0.04%～1%)范圍內(nèi)的二氧化碳濃度。圖1顯示了傳感器的傳遞函數(shù)。圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)來源于MG-811數(shù)據(jù)手冊，線條和方程式由微軟Excel的曲線擬合工具生成。
圖1：傳感器具有對數(shù)響應(yīng)特性，偏置為265mV。
圖2為所設(shè)計(jì)的電路，它使用了一個(gè)四運(yùn)算放大器和一對匹配晶體管。IC2A和IC2B形成一個(gè)調(diào)理電路，為傳感器提供高輸入電阻，去除來自傳感器響應(yīng)的265mV偏置，并放大產(chǎn)生的信號。其目標(biāo)是將傳感器響應(yīng)調(diào)整為VS=lnC(C為二氧化碳濃度)的形式，使反對數(shù)轉(zhuǎn)換器(由IC2C、IC2D和匹配晶體管構(gòu)建，詳見參考文獻(xiàn)2)能夠?qū)崿F(xiàn)elnC=C的恒等式，由此得出VOUT與二氧化碳濃度間的線性關(guān)系。IC1電壓參考為2.5V，因而電路可與其他需要5V而非6V電源的氣體傳感器共同使用，例如Figaro公司的TGS4161。請注意，傳感器會吸收大量電流。該電路僅需一個(gè)滿量程調(diào)節(jié)器(R11)即可完成校準(zhǔn)。精確度為±0.3%(見圖3)，可良好匹配3.5位面板表，并且大大優(yōu)于這種傳感器的期望精確度。
圖3：精確度足以支持3.5位面板表。
