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ELETTRONICA OGGI 506 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2022 57 COMPONENTS GAS DETECTION un canale di riferimento. La differenza tra la quantità di energia IR trasmessa dalla sorgente rispetto alla quantità ricevuta dai sensori indica la concentrazione del gas. Vengono utilizzati due rilevatori IR, uno per il segnale di riferimento per determinare la quantità di energia trasmessa e l’altro per il rilevamento del gas specifico. Nella figura 2 viene riportato un esempio di un’applicazione relativa all’analisi del respiro condotta mediante un sensore piroelettrico. Una fonte di calore IR impulsiva viene utilizzata per trasmettere l’energia a infrarossi attraverso un tubo per il gas e finestre trasmissive a due sensori piroelettrici. Un sensore fornisce un segnale per il canale di riferimento a una lunghezza d’onda di 3,9 µm, mentre il secondo sensore rileva la lunghezza d’onda dell’anidride carbonica pari a 4,26 µm. Progetto di un sistema per il rilevamento della CO 2 mediante un sensore piroelettrico Un esempio di sensore di CO 2 è il mod. USEQGSEAC82180 di KEMET. Alloggiati in un package compatto a montaggio superficiale, i sensori piroelettrici della serie QGS di KEMET a film sottile con interfaccia digitale sono caratterizzati da consumi estremamente contenuti. Essi sono in grado di eseguire misure di gas a una velocità 15 volte superiore rispetto a quella dei rilevatori basati su termopila. Grazie alla ridotta massa termica del materiale piezoelettrico (PTZ) possono eseguire misure estremamente veloci ed essere operativi quasi istantaneamente. Oltre a ciò, i sensori basati su PTZ possono vantare una durata operativa maggiore rispetto alle termopile basate su termocoppie. Non sono richiesti circuiti analogici aggiuntivi, mentre l’interfaccia I 2 C digitale permette collegarsi in modo pratico e semplice a un microcontrollore host. All’interno del sensore è integrato un circuito ASIC programmabile collegato attraverso l’interfaccia I 2 C, consentendo così il completo controllo e la configurazione dei filtri analogici, del guadagno dell’amplificatore e dei parametri della conversione analogica/digitale. Rispetto all’approccio basato su termopila, l’utilizzo di sensori piezoelettrici caratterizzati da un’elevata sensibilità e da rapidi tempi di risposta come quelli proposti da KEMET per il rilevamento dei gas assicurano numerosi altri vantaggi tra cui riduzione dei consumi, incremento della durata della batteria e della vita utile del prodotto finale e un abbattimento dei costi di manutenzione. La famiglia di sensori QGS prevede due modalità operative: la modalità normale con frequenza di campionamento di 1 kHz (max.) o quella a basso consumo con velocità di campionamento di 166 Hz (max.). Nella modalità operativa normale, il consumo di potenza è pari a 22 µA, che si riduce a 3,5 µA nella modalità a basso consumo. Una modalità di “power-down” disabilita il sensore e riduce l’assorbimento di corrente a 1,1 µA (valore tipico). L’integrazione di tutti i principali componenti della catena del segnale analogico in un unico package e l’utilizzo di un’interfaccia standard I 2 C semplifica notevolmente la realizzazione di un sensore di CO 2 a basso consumo adatto all’uso in un capnografo alimentato a batteria. Le letture del sensore sono archiviate in più registri accessibili attraverso l’interfaccia I 2 C. L’intero processo di misura e condizionamento del segnale è gestito internamente dal sensore, senza quindi ricorrere ad alcuna risorsa del microcontrollore host. Fig. 3 – Misure grezze ottenute dalla lettura dei registri del sensore di CO 2 per molteplici valori della concentrazione del gas (Fonte: KEMET)