前语：
现在，工业生产安全，环境污染等问题倍受重视。所发生的事端中，有一类是因为有毒、易燃、易爆气体的走漏所构成。因而，关于此类气体的检测，预警及其防备有其重要意义。越来越多的企业致力于有毒/有害气体的监测。本文将扼要介绍气体检测传感器的类型，特色及ADI公司在此运用中所供给给的超卓信号调度器材。
一、气体传感器的类型
传感器是气体检测设备的中心元件，依照其检测原理可分为：金属氧化物半导体式传感器、电化学式传感器、催化焚烧式传感器、红外式传感器、PID光离子化传感器等。
1 金属氧化物半导体式传感器
金属氧化物半导体式气体传感器是运用在必定温度下，被测气体的吸附效果，改动半导体的电导率，其改变率与气体成份，浓度相关。经过检测电阻的改变，检测得待测气体。半导体式气体传感器的首要特色：灵敏度高，呼应快，寿命长，本钱低，对湿度灵敏度低，但需求高温加热，气体的选择性差，环境要素影响大，输出安稳性差，功耗高。广泛运用的在气体的微漏现象的丈量，如 甲烷(天然气、沼气)、酒精、一氧化碳(城市煤气)、硫化氢、氨气(包含胺类，肼类)等气体，但不宜用于精细丈量气体含量的场合。
2 电化学式传感器
电化学气体传感器是一种微燃料电池元件，运用气体在电化学氧化/复原反响原理，气体在作业电极发生化学反响，在化学试剂、电极间发生电流，电流跟着气体浓度改变而改变，经过检测电流的巨细得到气体浓度的值。这品种型传感器包含原电池型、安稳电位电解池型、浓差电池型、极限电流型等。电化学传感器的首要特色是气体的高灵敏度、选择性好，长时刻安稳性好，相应时刻慢，但寿命短，此类传感器能够检测许多有毒气体和氧气，例如一氧化碳、硫化氢、氨气和氧气等。
3 催化焚烧式传感器
催化焚烧式气体传感器是是气敏资料在通电状态下，可燃气体在催化剂效果下焚烧，因为焚烧使气敏资料温度升高然后电阻发生改变。一般是在铂电阻的外表制备耐高温的催化剂层，在必定的温度下，可燃性气体在其外表催化焚烧，铂电阻温度升高，电阻改变，改变值是可燃性气体浓度的函数。此类型气体传感器的首要特色是精度高，相应快，寿命长，在可燃性气体规模内，选择性差，且容易发生传感器中毒(有机物蒸汽会使传感器失效)，有引爆气体的风险。
4 红外式传感器
红外式传感器是依据光谱吸收法，气体对某个中红外区的特定波长的吸收原理，检测特征吸收峰方位的吸收强度，确认某气体的浓度及其品种。其特色是，抗中毒性好，灵敏度高，但结构杂乱，本钱高。对大多数碳氢化合物都有反响，如甲烷，乙炔，氨气，二氧化碳等，能够有效地分辩气体的品种，精确测定气体浓度。
5 PID光离子化气体传感器
PID光离子化传感器由紫外灯光源和离子室等首要部分构成，经过离子室内的正负电极，构成电场，在紫外灯的照射下，离子化待测气体，生成正负离子，在电极间构成电流，经扩大输出信号。PID光离子化气体传感器精度高，灵敏度好，呼应快，无中毒问题，安全可靠，但本钱高，定时保护。首要用于挥发性有机化物丈量，如芳香烃类、酮类、醛类等。
二 、信号调度要求
1 半导体式：
此类一般传感器含有4/6个引脚，如图1所示：H/h 为加热级，A/a与B/b是灵敏电阻的南北极，器中A/a内部短路，B/b内部短路。VH是加热电压，Vc是鼓励电压，RL为端接负载电阻。经过两头的电压VRL可得到传感器的阻值，即可得到气体的浓度(依据传感器厂家供给的特征曲线核算)。
在丈量VRL时，对后端的扩大器和数据转化器(ADC)的要求一般不高，一般选取高输入阻抗，带宽小于1Mhz的低本钱的扩大器。ADC：低本钱，一般选用单片机(MCU)集成的ADC 分辩率>=8 bits, 采样率 1Kbps，或直接选用比较器，作为报警功用运用。门限值的调整与负载电阻RL相关。
AD8613是低本钱，低功耗的扩大器，带宽400Khz，失调电压2.2mV，可作为缓冲/扩大电路运用。
AD7170是低功耗，分辩率12bit，数据吞吐率为125hz S/D型ADC，合适低功耗，一般精度要求的数据收集体系。
2 电化学式：
电化学式传感器一般是电流方法输出，信号的灵敏度从几十nA/ppm到几百nA/ppm，其数值依据气体的品种不同而不同。别的，不同厂家的传感器也略有差异。此类传感器一般3个引脚，分别是作业电极(WE)/参阅电极(RE)/对电极(CE)。 作业电极与对电极之间活动的电流与气体浓度成份额。参阅电极没有电极活动，仅仅供给一个参阅电压。关于不同气体传感器，参阅电压会有所不同，规划后端电路时要仔细阅读产品手册。
该传感器需求运用TIA(Trans Impedance Amplifier)将电流信号转成电压信号，再进行模数转化。因为信号的输出电流较小，需求选用Ib(偏置电流10pA)较小的精细运算扩大器。
ADA4505-1/2/4是超低功耗，轨到轨，零交越失真输入输出扩大器。Ib为0.5pA，供电规模1.8～5V，每个扩大器的功耗为10μA，十分合适此运用。
AD7988-1是16bit分辩率，100Kbps采样率的SAR型超低功耗ADC。功耗在100Kbps采样率时仅0.7mW。
AD7792/3是16/24bit分辩率，低功耗的S/D型ADC。内部集成外表扩大器及其参阅源，适于低频高精度的采样体系。
3 催化焚烧式：
催化焚烧式传感器如图5所示。包含探测器端和补偿端。经过装备外围的R1/R2/VR，使电桥平衡。选用惠斯通电桥原理，感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰焚烧，使温度使感应电阻的阻值发生改变，打破电桥平衡，使之输出安稳的电信号，再经过信号扩大电路、安稳和处理终究得到丈量数。在此种运用中，需求扩大器有较高的共模按捺比，低失调电压，可选用外表扩大器完成。
AD8420是低功耗90μA，宽电压供电规模2.7V～36V，高共模按捺(>100dB)的轨到轨输出的外表扩大器。
4 红外式：
热势电是红外传感器中重要的一种，其传感器及其典型接口电路如图7和图8所示，框中部分是传感器，内部集成有JFET和CMOS运放两种方式。对外部均需求精细运算扩大器对输出的信号进行调度。温度的改变关于此类传感器影响较大，一般有温度校对的环节。
5 PID光离子化式：
PID光电离式传感器的电路部分不只包含信号的检测电路，还包含紫外光的电源驱动，电扇操控电路等操控。严厉的说，它是一个气体探测器，而非传感器。以下仅讨论起信号的检测部分。光离化后，发生的离子流一般在0.1nA的等级，需求弱小信号检测技能。需超低偏流的TIA扩大器，处理噪声极为重要，如图9所示。信号扩大之后需求高精度，低噪声的模数转化器ADC。当然，也有一些传感器将这些都处理好，供给给用户的直接是mV级灵敏度的电压信号。再此基础上，用户就能够经过简略的扩大电路进行处理。
图9：弱小电流检测TIA
AD549L：针对弱小电流信号的检测，它是供给了现在业界超卓的超低偏流扩大器，Ib仅60fA max。
AD7190是分辩率24bit，超高精度S/D型ADC，在4.7Hz吞吐率，增益128时，噪声水平仅为8.5nV/sqrt Hz.广泛的用于超高精度数据采样体系。
关于气体传感器后端的信号处理，ADI供给了十分有竞争力的信号调度产品，如上所述的运算扩大器、外表扩大器、数据转化器等。表1给出了针对不同类型的气体传感器对信号调度器材的首要参数需求，及其引荐器材。
表1： 信号调度要求VS气体传感器类型
三、总述
有毒有害等气体的检测，已成为环境监测与化学分析运用的一个重要分支，其传感器的开展跟着运用的需求也在发生着改变。一起，对后端的信号处理，也提出了应战。ADI公司一向致力于精细信号处理，其抢先的技能及信号调度产品(扩大器，数据转化器等)在气体丈量的可靠性，精准性方面，带来了超卓的功能，很好的满意这一运用的需求。
