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光离子化传感器(PID传感器)是一种可以用来检测低浓度的挥发性有机化合物(VOC)的传感器,高浓度的VOC气体对人类的生产生活是有危害的,具有致命性和爆炸的风险。由于光离子化传感器具有非破坏性测量、安全性好的特点,相对于其他种类的VOC气体检测传感器应用范围更广,除了在医疗、环境监测以及工业检测当中广泛使用以外,近年来在反恐军事领域也被用来进行毒气检测。由于光离子化传感器的应用领域越来越广泛,光离子化传感器在VOC气体检测中的地位越来越高。本文通过对国内外商业化光离子化传感器的发展情况和存在问题的研究,结合现有的光离子化传感器设计技术,设计一款光离子化传感器解决当前光离子化传感器存在的问题,优化光离子化传感器的性能。传感器采用德国贺利氏公司的PKR 106-6-14型紫外灯作为紫外光源,该紫外灯输出的光子能量为10.6 e V。使用555定时器、变压器和三个三极管搭建推挽放大电路作为紫外灯的驱动电源。选择PTFE材料设计传感器零部件,使用轴向结构作为电离室结构的同时采用不锈钢设计电离室中的偏置电极和测量电极,使用XC9103和TPS40210完成DC/DC直流电源设计,输出300V电压加在偏置电极上为收集离子提供电场。根据传感器紫外灯光源的尺寸和电极的尺寸完成电离室等零件的结构设计和整体建模装配。传感器的信号检测处理部分使用ADA4530-1、OPA2735和ADS1115完成I/V转换及放大电路、滤波电路和A/D转换电路的设计。为保证传感器的测量电压值的稳定性和良好的线性度,添加金属屏蔽层和机壳接地防止工频噪声对传感器信号的影响。信号检测处理部分的电源采用XC6201稳压元件进行DC/DC直流电源设计,完成5V-3.3V的电压转换。测试部分利用标准浓度0.5ppm和1ppm的异丁烯气体以及0ppm的氮气氧气混合气代表纯净的空气作为测试气体对传感器样机进行实验验证。实验结果证明该传感器可以准确测量浓度低至1ppb的挥发性有机化合物,精度达到10%,响应速度快,具有良好的一致性、线性度、重复性与稳定性。