光電傳感器檢測技術(shù)

一、光電傳感器概述

　　1.定義 1.定義 通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量， 通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并 能將光能轉(zhuǎn)化成電信號的器件。 2.結(jié)構(gòu) 2.結(jié)構(gòu) 光源、 光源、光學元件和光電變換器三部分組成。 3.工作原理 3.工作原理 被測量使光源發(fā)射的光通量變化→ 被測量使光源發(fā)射的光通量變化→光電變換器接受到 的光通量相應(yīng)變化→輸出電量也作相應(yīng)地變化。 的光通量相應(yīng)變化→輸出電量也作相應(yīng)地變化。 4.優(yōu)點 4.優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單、體積小、響應(yīng)快，可靠性高、抗干擾能力強。 結(jié)構(gòu)簡單、體積小、響應(yīng)快，可靠性高、抗干擾能力強。

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　　二、光電效應(yīng)

　　定義

　　光照射在物體上可看成一連串具有能量的光子對物 體的轟擊， 體的轟擊，物體吸收光子能量產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。

　　光子能量

　　E = h? f = h?

　　光的 頻率

　　C

　　光速

　　λ

　　光的 波長

　　式中h=6.626× 式中h=6.626×10-34 J·S，為普朗克常數(shù)。 h=6.626 S 為普朗克常數(shù)。

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　　三、光電效應(yīng)的分類

　　通常光照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為 外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。 外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。

　　1.外光電效應(yīng) 1.外光電效應(yīng)

　　外光電效應(yīng)(1887/赫茲/德國)：光照射固體而從 外光電效應(yīng)(1887/赫茲/德國)：光照射固體而從 赫茲 )： 表面逸出電子的現(xiàn)象，稱為外光電效應(yīng)( 表面逸出電子的現(xiàn)象，稱為外光電效應(yīng)(光電發(fā)射效 應(yīng)); 基于外光電效應(yīng) 的光電器件屬于光電 發(fā)射型器件, 發(fā)射型器件,有光電 光電倍增管等。 管、光電倍增管等。

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　　光電倍增管工作原理圖

　　光電 陽極

　　K

　　光電 陰極

　　D1～D6光電 倍增極

　　(1)組成 光電陰極：由半導體材料銻-銫制造，入射光在它上面打出光電子。 光電陰極：由半導體材料銻-銫制造，入射光在它上面打出光電子。 光電倍增極：數(shù)目在4 14個不等 個不等。 光電倍增極：數(shù)目在4～14個不等。 光電陽極：收集電子，外電路形成電流輸出。 光電陽極：收集電子，外電路形成電流輸出。 在工作時,這些電極的電位是

　　逐級增高的。 在工作時,這些電極的電位是逐級增高的。

　　陰極K電位最低，陽極A電位最高。各電極之間保持上百伏的電壓差。 陰極 電位最低，陽極A電位最高。各電極之間保持上百伏的電壓差。 電位最低

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　　光電倍增管工作原理圖

　　(2)工作原理： 工作原理： 光電倍增極→ 光 → 陰極 → 光電倍增極→ 陽極 → 光電流 光線→光電陰極( 正電位作用)→ )→加速并打在第一倍增極 光線→光電陰極(D1正電位作用)→加速并打在第一倍增極D1上,產(chǎn)生二

　　次發(fā)射; 次發(fā)射; 的二次發(fā)射電子( 正電位作用)→ )→加速入射到電極 D1的二次發(fā)射電子(D2正電位作用)→加速入射到電極D2上; …這樣逐級前進,一直到達陽極A為止。由上述的工作過程可見,光電 這樣逐級前進, 為止。由上述的工作過程可見, 這樣逐級前進 流是逐級遞增的,因此光電倍增管具有很高的靈敏度。 流是逐級遞增的,因此光電倍增管具有很高的靈敏度。

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　　特點：產(chǎn)生光電流，對光電流有放大作用。 特點：產(chǎn)生光電流，對光電流有放大作用。

　　如果在光電陰極上由于入射光的作用發(fā)射出一個電子， 如果在光電陰極上由于入射光的作用發(fā)射出一個電子，這個電子將被 第一倍增極的正電壓所加速而轟擊第一倍增極，設(shè)這時第一倍增極有σ 第一倍增極的正電壓所加速而轟擊第一倍增極，設(shè)這時第一倍增極有σ個 二次電子， 個電子又轟擊第二倍增極，而其產(chǎn)生的二次電子又增加σ 二次電子，這σ個電子又轟擊第二倍增極，而其產(chǎn)生的二次電子又增加σ 經(jīng)過n個倍增極后，原先的1個電子將變成σ 個電子， 倍，經(jīng)過n個倍增極后，原先的1個電子將變成σn個電子，這些電子最后被 陽極所收集而在光電陰極與陽極之間形成電流。 陽極所收集而在光電陰極與陽極之間形成電流。 構(gòu)成倍增極材料的σ>1， 構(gòu)成倍增極材料的σ>1，設(shè)σ=4，n=10，放大倍數(shù)為σ=410≈ 106 10，放大倍數(shù)為σ 可見，光電倍增管的放大倍數(shù)是很高的。 可見，光電倍增管的放大倍數(shù)是很高的。

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　　2、內(nèi)光電效應(yīng)

　　受光照物體(通常為半導體材料) 受光照物體(通常為半導體材料)電導率發(fā)生變化或產(chǎn) 生光電動勢的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。 生光電動勢的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。 內(nèi)光電效應(yīng)按其工作原理分為兩種： 內(nèi)光電效應(yīng)按其工作原理分為兩種：光電導效應(yīng)和光 生伏特效應(yīng)。 生伏特效應(yīng)。

　　(1)光電導效應(yīng)

　　原理： 原理：光 → 半導體 → 電子吸收能 電子-空穴對→ 量 → 躍遷 → 電子-空穴對→導電 性能→電阻值。 性能→電阻值。 基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電 光電導型) 阻(光電導型)和反

　　向工作的光敏二極 光敏三極管(光電導結(jié)型) 管、光敏三極管(光電導結(jié)型)。

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　　導帶 禁帶 價帶 半導體能帶圖

　　a.光敏電阻(光導管) a.光敏電阻(光導管) 光敏電阻

　　特點：靈敏度高,體積 特點：靈敏度高, 重量輕, 小,重量輕,光譜響應(yīng) 范圍寬,機械強度高, 范圍寬,機械強度高, 耐沖擊和振動, 耐沖擊和振動,壽命長 等優(yōu)點。 等優(yōu)點。

　　原理：電阻器件，加直流偏壓，無極性 原理：電阻器件，加直流偏壓， 無光照---電子-空穴對很少---電阻大(暗電阻)---暗電流很小 ---電子 ---電阻大 無光照---電子-空穴對很少---電阻大(暗電阻)---暗電流很小 有光照---電子-空穴對增多---電阻小(亮電阻)---亮電流很大 ---電子 ---電阻小 有光照---電子-空穴對增多---電阻小(亮電阻)---亮電流很大

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　　主要參數(shù)： 主要參數(shù)：

　　暗電流：光照時，通過光敏電阻的電流; 暗電流：光照時，通過光敏電阻的電流; 亮電流：有光照時，通過光敏電阻的電流; 亮電流：有光照時，通過光敏電阻的電流; 光電流=亮電流- 光電流=亮電流-暗電流

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　　4. 基本特性

　　部分光敏元件的光譜特性 光譜特性 光照特性 伏安特性 頻率特性 溫度特性

　　光敏電阻的光譜特性是指光電流對不同波 長單色光的相對靈敏度。 長單色光的相對靈敏度。

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　　部分光敏元件的光譜特性

　　光敏電阻的光譜特性是指光電流對不 同波長單色光的相對靈敏度。 同波長單色光的相對靈敏度。

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　　光敏電阻的光照特性

　　光敏電阻的光照特性是指在一定的電壓 光電流I與光照強度E 下，光電流I與光照強度E的關(guān)系 。

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　　光敏電阻的伏安特性

　　光敏電阻的伏安特性是指在一定強度的光 照下，光敏電阻的端電壓與光電流的關(guān)系。 照下，光敏電阻的端電壓與光電流的關(guān)系。

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　　光敏電阻的頻率特性

　　頻率特性系指光敏電阻上的光電流對入 射光調(diào)制頻率的響應(yīng)特性 。

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　　硫光鉛光譜溫度特性

　　溫度特性系指光敏電阻工作特性受溫度的影響。 溫度特性系指光敏電阻工作特性受溫度的影響。

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　　b.光敏二極管和光敏三極管 b.光敏二極管和光敏三極管

　　光敏管的工作原理與光敏電阻是相似的, 光敏管的工作原理與光敏電阻是相似的,其差別只是 光照在半導體結(jié)上而已。 光照在半導體結(jié)上而已。

　　(a)光敏二極管

　　(b)光敏三極管

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　　2.光生伏特效應(yīng) 2.光生伏特效應(yīng)

　　光生伏特效應(yīng)指半導體材料P 光生伏特效應(yīng)指半導體材料P-N結(jié)受到光照后產(chǎn) 生一定方向的電動勢的效應(yīng)。 生一定方向的電動勢的效應(yīng)。因此光生伏特型光電器 件是自發(fā)電式的,屬有源器件。 件是自發(fā)電式的,屬有源器件。以可見光作光源的光 電池是常用的光生伏特型器件, 電池是常用的光生伏特型器件,硒和硅是光電池常用 的材料,也可以使用鍺。 的材料,也可以使用鍺。

　　硅光電池：在N型 硅光電池： 硅片上摻入P 硅片上摻入P型雜 質(zhì)，形成一個大 面積的PN PN結(jié) 面積的PN結(jié)。

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　　硅光電池光照特性

　　光電池在不同光照強度下， 光電池在不同光照強度下，有不同的光生電 勢或光生電流 。

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　　四、光電傳感器的應(yīng)用實例

　　由于光電測量方法靈活多樣，可測參數(shù)眾多， 由于光電測量方法靈活多樣，可測參數(shù)眾多， 又具有非接觸、高精度、高分辨率、 又具有非接觸、高精度、高分辨率、高可靠性和 響應(yīng)快等優(yōu)點，加之激光光源、光柵、光學碼盤、 響應(yīng)快等優(yōu)點，加之激光光源、光柵、光學碼盤、 CCD器件 光導纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用， 器件、 CCD器件、光導纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用， 使得光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域得到了廣泛的 應(yīng)用。 應(yīng)用。

　　按其接收狀態(tài)可分為模擬式光電傳感器和脈沖光電傳 感器。 感器。 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、 反射式、輻射式四種基本形式。 反射式、輻射式四種基本形式。

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　　下圖表明了四種形式的工作方式。 下圖表明了四種形式的工作方式。

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　　下面舉一實例，說明光敏器件的具體應(yīng)用。直射式光電轉(zhuǎn) 下面舉一實例，說明光敏器件的具體應(yīng)用。 速傳感器的結(jié)構(gòu)見下圖。 速傳感器的結(jié)構(gòu)見下圖。

　　開孔圓盤

　　工作原理： 工作原理：開孔圓盤上 有許多小孔， 有許多小孔，開孔圓盤 旋轉(zhuǎn)一周， 旋轉(zhuǎn)一周，光敏元件輸 出的電脈沖個數(shù)等于圓 盤的開孔數(shù)，因此， 盤的開孔數(shù)，因此，可 通過測量光敏元件輸出 的脈沖頻率， 的脈沖頻率，得知被測 轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速。

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　　直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器

　　開孔圓盤

　　60 f n= r / min m

　　轉(zhuǎn)速; 式中n——轉(zhuǎn)速; 轉(zhuǎn)速 f——脈沖頻率; 脈沖頻率; 脈沖頻率 。m——圓盤開孔數(shù)。 圓盤開孔數(shù)。 圓盤開孔數(shù)

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　　比色溫度計 ：通過測量熱輻射體在兩個以上波長 的光譜輻射亮度之比來測量溫度的儀表。 的光譜輻射亮度之比來測量溫度的儀表。

　　被測對象經(jīng)物鏡1成像經(jīng)光欄3與光導棒4投射到分光鏡6 被測對象經(jīng)物鏡1成像經(jīng)光欄3與光導棒4投射到分光鏡6上，它使長波 紅外線)輻射線透過，而使短波(可見光)部分反射。 (

　　紅外線)輻射線透過，而使短波(可見光)部分反射。透過分光鏡的輻射 線再經(jīng)濾光片9將殘余的短波濾去， 后被紅外光電元件硅光電池10接收， 10接收 線再經(jīng)濾光片9將殘余的短波濾去，之后被紅外光電元件硅光電池10接收， 轉(zhuǎn)換成電量輸出;由分光鏡反射的短波輻射線經(jīng)濾波片7將長波濾去， 轉(zhuǎn)換成電量輸出;由分光鏡反射的短波輻射線經(jīng)濾波片7將長波濾去，而被 可見光硅光電池8接收， 可見光硅光電池8接收，轉(zhuǎn)換成與波長亮度成函數(shù)關(guān)系的電量輸出。

　　傳感器與檢測技術(shù)

　　將這兩個電信號輸入自動平衡顯示紀錄儀進行比較得出光電信號比， 將這兩個電信號輸入自動平衡顯示紀錄儀進行比較得出光電信號比， 即可讀出被測對象的溫度值。 即可讀出被測對象的溫度值。 光欄3前的平行平面玻璃2將一部分光線反射到瞄準反射鏡5 光欄3前的平行平面玻璃2將一部分光線反射到瞄準反射鏡5上，在經(jīng) 反射鏡11 目鏡12和棱鏡13 11、 12和棱鏡13， 反射鏡11、目鏡12和棱鏡13，便能從觀察系統(tǒng)中看到被觀測對象的狀 以便校準儀器的位置。 態(tài)，以便校準儀器的位置。

前言：
目前，工業(yè)生產(chǎn)安全，環(huán)境污染等問題倍受關(guān)注。所發(fā)生的事故中，有一類是由于有毒、易燃、易爆氣體的泄漏所造成。因此，對于此類氣體的檢測，預(yù)警及其防范有其重要意義。越來越多的企業(yè)致力于有毒/有害氣體的監(jiān)測。本文將簡要介紹氣體檢測傳感器的類型，特點及ADI公司在此應(yīng)用中所提供給的出色信號調(diào)理器件。
一、氣體傳感器的類型
傳感器是氣體檢測設(shè)備的核心元件，按照其檢測原理可分為：金屬氧化物半導體式傳感器、電化學式傳感器、催化燃燒式傳感器、紅外式傳感器、PID光離子化傳感器等。
1 金屬氧化物半導體式傳感器
金屬氧化物半導體式氣體傳感器是利用在一定溫度下，被測氣體的吸附作用，改變半導體的電導率，其變化率與氣體成份，濃度相關(guān)。通過檢測電阻的變化，檢測得待測氣體。半導體式氣體傳感器的主要特點：靈敏度高，響應(yīng)快，壽命長，成本低，對濕度敏感度低，但需要高溫加熱，氣體的選擇性差，環(huán)境因素影響大，輸出穩(wěn)定性差，功耗高。廣泛使用的在氣體的微漏現(xiàn)象的測量，如 甲烷(天然氣、沼氣)、酒精、一氧化碳(城市煤氣)、硫化氫、氨氣(包括胺類，肼類)等氣體，但不宜用于精密測量氣體含量的場合。
2 電化學式傳感器
電化學氣體傳感器是一種微燃料電池元件，利用氣體在電化學氧化/還原反應(yīng)原理，氣體在工作電極發(fā)生化學反應(yīng)，在化學試劑、電極間產(chǎn)生電流，電流隨著氣體濃度變化而變化，通過檢測電流的大小得到氣體濃度的值。這種類型傳感器包括原電池型、恒定電位電解池型、濃差電池型、極限電流型等。電化學傳感器的主要特點是氣體的高靈敏度、選擇性好，長期穩(wěn)定性好，相應(yīng)時間慢，但壽命短，此類傳感器可以檢測許多有毒氣體和氧氣，例如一氧化碳、硫化氫、氨氣和氧氣等。
3 催化燃燒式傳感器
催化燃燒式氣體傳感器是是氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃氣體在催化劑作用下燃燒，由于燃燒使氣敏材料溫度升高從而電阻發(fā)生變化。一般是在鉑電阻的表面制備耐高溫的催化劑層，在一定的溫度下，可燃性氣體在其表面催化燃燒，鉑電阻溫度升高，電阻變化，變化值是可燃性氣體濃度的函數(shù)。此類型氣體傳感器的主要特點是精度高，相應(yīng)快，壽命長，在可燃性氣體范圍內(nèi)，選擇性差，且容易發(fā)生"傳感器中毒"（有機物蒸汽會使傳感器失效），有引爆氣體的危險。
4 紅外式傳感器
紅外式傳感器是根據(jù)光譜吸收法，氣體對某個中紅外區(qū)的特定波長的吸收原理，檢測特征吸收峰位置的吸收強度，確定某氣體的濃度及其種類。其特點是，抗中毒性好，靈敏度高，但結(jié)構(gòu)復雜，成本高。對大多數(shù)碳氫化合物都有反應(yīng)，如甲烷，乙炔，氨氣，二氧化碳等，可以有效地分辨氣體的種類，準確測定氣體濃度。
5 PID光離子化氣體傳感器
PID光離子化傳感器由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成，通過離子室內(nèi)的正負電極，形成電場，在紫外燈的照射下，離子化待測氣體，生成正負離子，在電極間形成電流，經(jīng)放大輸出信號。PID光離子化氣體傳感器精度高，靈敏度好，響應(yīng)快，無中毒問題，安全可靠，但成本高，定期維護。主要用于揮發(fā)性有機化物測量，如芳香烴類、酮類、醛類等。
二 、信號調(diào)理要求
1 半導體式：
此類通常傳感器含有4/6個引腳，如圖1所示：H/h 為加熱級，A/a與B/b是敏感電阻的兩極，器中A/a內(nèi)部短路，B/b內(nèi)部短路。VH是加熱電壓，Vc是激勵電壓，RL為端接負載電阻。通過兩端的電壓VRL可得到傳感器的阻值，即可得到氣體的濃度（根據(jù)傳感器廠家提供的特征曲線計算）。
在測量VRL時，對后端的放大器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的要求一般不高，一般選取高輸入阻抗，帶寬小于1Mhz的低成本的放大器。ADC：低成本，一般采用單片機（MCU）集成的ADC 分辨率>=8 bits, 采樣率 < 1Kbps，或直接采用比較器，作為報警功能使用。門限值的調(diào)整與負載電阻RL相關(guān)。
AD8613是低成本，低功耗的放大器，帶寬400Khz，失調(diào)電壓2.2mV，可作為緩沖/放大電路使用。
AD7170是低功耗，分辨率12bit，數(shù)據(jù)吞吐率為125hz S/D型ADC，適合低功耗，一般精度要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2 電化學式：電化學式傳感器通常是電流方式輸出，信號的靈敏度從幾十nA/ppm到幾百nA/ppm，其數(shù)值根據(jù)氣體的種類不同而不同。另外，不同廠家的傳感器也略有差異。此類傳感器一般3個引腳，分別是工作電極（WE）/參考電極（RE）/對電極（CE）。 工作電極與對電極之間流動的電流與氣體濃度成比例。參考電極沒有電極流動，只是提供一個參考電壓。對于不同氣體傳感器，參考電壓會有所不同，設(shè)計后端電路時要仔細閱讀產(chǎn)品手冊。該傳感器需要使用TIA（Trans Impedance Amplifier）將電流信號轉(zhuǎn)成電壓信號，再進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。由于信號的輸出電流較小，需要選用Ib（偏置電流<10pA）較小的精密運算放大器。
ADA4505-1/2/4是超低功耗，軌到軌，零交越失真輸入輸出放大器。Ib為0.5pA，供電范圍1.8～5V，每個放大器的功耗為10μA，非常適合此應(yīng)用。
AD7988-1是16bit分辨率，100Kbps采樣率的SAR型超低功耗ADC。功耗在100Kbps采樣率時僅0.7mW。
AD7792/3是16/24bit分辨率，低功耗的S/D型ADC。內(nèi)部集成儀表放大器及其參考源，適于低頻高精度的采樣系統(tǒng)。
3 催化燃燒式：
催化燃燒式傳感器如圖5所示。包括探測器端和補償端。通過配置外圍的R1/R2/VR，使電橋平衡。采用惠斯通電橋原理，感應(yīng)電阻與環(huán)境中的可燃氣體發(fā)生無焰燃燒，使溫度使感應(yīng)電阻的阻值發(fā)生變化，打破電橋平衡，使之輸出穩(wěn)定的電信號，再經(jīng)過信號放大電路、穩(wěn)定和處理最終得到測量數(shù)。在此種應(yīng)用中，需要放大器有較高的共模抑制比，低失調(diào)電壓，可選用儀表放大器實現(xiàn)。
AD8420是低功耗90μA，寬電壓供電范圍2.7V～36V，高共模抑制（>100dB）的軌到軌輸出的儀表放大器。

4 紅外式：
熱勢電是紅外傳感器中重要的一種，其傳感器及其典型接口電路如圖7和圖8所示，框中部分是傳感器，內(nèi)部集成有JFET和CMOS運放兩種形式。對外部均需要精密運算放大器對輸出的信號進行調(diào)理。溫度的變化對于此類傳感器影響較大，一般有溫度校正的環(huán)節(jié)。

5 PID光離子化式：

PID光電離式傳感器的電路部分不僅包括信號的檢測電路，還包括紫外光的電源驅(qū)動，風扇控制電路等控制。嚴格的說，它是一個氣體探測器，而非傳感器。以下僅討論起信號的檢測部分。光離化后，產(chǎn)生的離子流通常在0.1nA的等級，需要微弱信號檢測技術(shù)。需超低偏流的TIA放大器，處理噪聲極為重要，如圖9所示。信號放大之后需要高精度，低噪聲的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。當然，也有一些傳感器將這些都處理好，提供給用戶的直接是mV級靈敏度的電壓信號。再此基礎(chǔ)上，用戶就可以通過簡單的放大電路進行處理。AD549L：針對微弱電流信號的檢測，它是提供了目前業(yè)界出色的超低偏流放大器，Ib僅60fA max。
AD7190是分辨率24bit，超高精度S/D型ADC，在4.7Hz吞吐率，增益128時，噪聲水平僅為8.5nV/sqrt Hz.廣泛的用于超高精度數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)。
對于氣體傳感器后端的信號處理，ADI提供了非常有競爭力的信號調(diào)理產(chǎn)品，如上所述的運算放大器、儀表放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等。表1給出了針對不同類型的氣體傳感器對信號調(diào)理器件的主要參數(shù)需求，及其推薦器件。

三、綜述
有毒有害等氣體的檢測，已成為環(huán)境監(jiān)測與化學分析應(yīng)用的一個重要分支，其傳感器的發(fā)展隨著應(yīng)用的需求也在發(fā)生著變化。同時，對后端的信號處理，也提出了挑戰(zhàn)。ADI公司一直致力于精密信號處理，其比較好的技術(shù)及信號調(diào)理產(chǎn)品（放大器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等）在氣體測量的可靠性，精準性方面，帶來了出色的性能，很好的滿足這一應(yīng)用的需求。
參考文獻：
1 - AD8613/7，ADA4052，AD8420，AD8622，OP2177，AD549，AD7170，AD7792/3，AD7988-1，AD7190/2數(shù)據(jù)手冊。
2 - Luis Orozco - 《Designing a Low-Power Toxic Gas Detector》 Analog Dialog
3 - 潘小青，劉慶成 《氣體傳感器及其發(fā)展》，東華理工學院學報，Vol127，No11 Mar. 2004

傳感器測量的方法

測量方法是實現(xiàn)測量過程所采用的具體方法，應(yīng)該根據(jù)被測量的性質(zhì)、特點和測量任務(wù)的要求來選擇適當?shù)臏y量方法。

1.按照測量過程的特點分類：可將測量方法分為直接測量和間接測量。

（1）直接測量

直接測量是針對被測量選用專用儀表進行測量，直接獲取被測量值的過程。

（2）間接測量

用直接測量法得到與被測量有確切函數(shù)關(guān)系的一些物理量，然后通過計算求得被測量值的過程成為間接測量。

2.按照檢測時對偏差的處理方式：可以分為偏差式測量、零位式測量和微差式測量。

（1）偏差式測量

用事先標定好的測量儀器進行測量，根據(jù)被測量引起顯示器的偏移值直接讀取被測量的值。

（2）零位式測量

將被測量x與某一已知標準量s完全抵消，使作用到檢查儀表上的效應(yīng)等于零。

（3）微差式測量

將零位測量和偏差測量結(jié)合起來，把被測量的大部分抵消，選用靈敏度較高的儀表測量剩余部分的數(shù)值，被測量便等于標準量和儀表偏差值之和。

3.根據(jù)傳感器是否與被測量對象直接接觸：可分為接觸式測量和非接觸式測量。

（1）接觸式測量

檢測儀表的傳感器與被測對象直接接觸，承受被測參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號，并測量其信號大小的方法，稱接觸式測量。

（2）非接觸式測量

檢測儀表的傳感器不與被測對象直接接觸，而是間接承受被測參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號，以達到測量目的的方法，稱非接觸式測量。