(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210393180.9 (22)申请日 2022.04.15 (71)申请人 苏州谱融传感科技有限公司 地址 215600 江苏省苏州市张家港保税区 科技创业园B幢3 06室 (72)发明人 方聪　刘源　汪尧威　焦耀武　 赵伟刚　 (74)专利代理 机构 苏州启华专利代理事务所 (普通合伙) 32357 专利代理师 徐伟华 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种低功耗 NDIR气体传感器 (57)摘要 本发明公开了一种低功耗NDIR气体传感器， 其包括红外光源、 光学腔体、 热释电红外探测器、 信号处理电路、 单片机、 模拟电路供电电路、 数字 电路供电电路、 光源供电电路、 传感器供电接口、 传感器输 出接口， 该热释电红外探测器内部为双 通道带补偿结构， 敏感片与补偿片的电容值差绝 对值小于5%， 热释电红外探测器功耗小于200微 安， 上电稳定时间小于10秒； 信号处理电路功耗 小于200微安。 该NDIR气体传感器均通过高精度 热释电红外探测器的提前预热、 单片机的定时延 迟唤醒、 光源的超短时闪烁、 各组件的独立供电 共同实现NDIR的低功耗架构。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 114858739 A 2022.08.05 CN 114858739 A 1.一种低功耗 NDIR气体传感器， 其特 征在于， 包括： 光学腔体； 红外光源， 安装在光学腔体内； 热释电红外探测器， 安装在光学腔体内， 其内部具有双通道带补偿结构且内置有电流 放大电路， 所述热释电红外探测器包括敏感片与补偿片， 所述敏感片与补偿片的电容值差 绝对值小于 5%， 所述热释电红外 探测器功耗小于20 0微安； 信号处理电路， 输入端与热释电红外探测器内的 电流放大电路相连， 输出端与单片机 相连， 其功耗小于20 0微安； 光源供电 电路， 为红外光源供电； 模拟电路供电 电路， 为热释电红外 探测器及信号处 理电路供电； 单片机， 与信号处 理电路、 光源供电 电路电连； 数字电路供电 电路， 为单片机供电； 传感器供电接口， 连接外部电源， 为模拟电路供电电路、 数字电路供电电路及光源供电 电路供电； 当传感器供电接口上电后， 所述 NDIR气体传感器按照以下流 程工作： 1） 热释电红外探测器与信号处理电路上电N秒后单片机运行气体浓度测量主程序， N不 大于10； 2） 单片机运行气体浓度测量主程序起M秒后输出气体浓度数据， M不大于20； 3） 单片机启动气体浓度测量主程序后按照设定时序控制光源供电电路为红外光源供 电， 在单个测量周期内供电时间累积L秒， L 不大于5。 2.根据权利 要求1所述的低功耗NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述低功耗NDIR气体传 感器还包括定时唤醒电路， 所述定时唤醒电路由数字电路供电电路供电， 输出端与及单片 机电连。 3.根据权利 要求1所述的低功耗NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述NDIR气体传感器还 包括使能电路和传感器使能接口， 当所述传感器使能接口为高电平时， 所述使能电路为模 拟电路供电 电路、 数字电路供电 电路及光源供电 电路供电。 4.根据权利要求1所述的低功耗NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述模拟电路供电电路 采用低噪声REF芯片搭建， 为所述单片机的ADC提供基准信号。 5.根据权利要求1所述的低功耗NDIR气体传感器， 其特征在于， 热释电红外探测器 内置 热敏电阻， 用于测量热释电红外探测器所处环境温度， 所述热释电红外探测器的管脚有6 个， 包括V+电源、 REF_GND参考地、 Sig通道1输出、 Ref通道2输出、 Tmp热敏电阻一端、 GND/ CASE热敏电阻另一端及屏蔽地。 6.根据权利要求1所述的低功耗NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述敏感片与补偿片均 采用了钽酸锂 单晶材料， 两者的片厚均在15微米至100微米之间， 所述敏感片的一面为黑色 吸收层、 另一面为镀金反射层， 所述补偿片的上表面镀金， 所述热释电红外探测器的窗口上 设置有滤光片， 所述敏感片与滤光片之间的间隙距离大于 0.2毫米， 视场角小于1 10度。 7.根据权利要求1所述的低功耗NDIR气体传感器， 其特征在于， 红外光源与热释电红外 探测器的敏感片之间还穿插有蓝宝石、 氟化镁、 氟化钡、 氟化钙材质光学镜片中的一种或多 种的组合。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114858739 A 28.根据权利要求1所述的低功耗NDIR气体传感器， 其特征在于， 热释电红外探测器采用 双通道带补偿电流放大模式， 所述热释电红外探测器的电流放大电路反馈电阻阻值在1G欧 姆至100G欧姆之间， 反馈电容 容值在0.1pF至10pF之间。 9.根据权利要求2所述的低功耗NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述单片机启动气体浓 度测量主程序后， 工作流 程如下： S1： 初始化单片机的外设， 包括ADC、 USART及Timer； S2： 初始化热释电红外探测器经过信号处理电路的双通道信号、 环境温度信号的校准 系数； S3： 单片机特定I/O口输出高电平给光源供电电路的使能脚， 同时启动单片机内的定时 器， 光源持续上电时间P秒， P不大于1秒； S4： 单片机的ADC在定时器启动后的D秒和U秒， 分别 对热释电红外探测器经过信号处理 电路的双通道信号进行电压采样， 其中， D＜U＜P， 每次采样按照 设定间隔采集R个数据， 单 片机的ADC在定时器启动 后的T秒采集温度数据， T≠D≠U； S5： 单片机将指定时刻点采集到的所有数据进行处 理及运算， 得到气体浓度值； S6： 单片机向传感器输出接口发送浓度数据， 然后结束测量 流程。 10.根据权利要求2所述的低功耗NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述单片机启动气体 浓度测量主程序后， 工作流 程如下： S1： 初始化单片机的外设， 包括ADC、 USART及Timer； S2： 初始化热释电红外探测器经过信号处理电路的双通道信号、 环境温度信号的校准 系数； S3： 单片机特定I/O口输出高电平给光源供电电路的使能脚， 同时启动单片机内的定时 器， 光源持续上电时间P秒， P不大于1秒； S4： 单片机的ADC在定时器启动后的D秒和U秒， 分别 对热释电红外探测器经过信号处理 电路的双通道信号进行电压采样， 其中， D＜U＜P， 每次采样按照 设定间隔采集R个数据， 单 片机的ADC在定时器启动 后的T秒采集温度数据， T≠D≠U； S5： 单片机将指定时刻点采集到的所有数据进行处 理及运算， 得到并缓存中间数据； S6： 单片机特定I/O口输出低电平给光源供电电路的使能脚， 红外光源熄灭， 持续时间U 秒； S7： 循环执行S3 ‑S6流程W个周期， 并在最后一个周期终止于S6步骤之前， 将W个周期获 得所有数据进行运 算处理， 得到最终的气体浓度值； S8： 单片机向传感器输出接口发送浓度数据， 然后结束测量 流程。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114858739 A 3