【正文】 。讀/寫操作選擇。AD7705共有8個(gè)片內(nèi)寄存器，它們是通信寄存器、設(shè)置寄存器、時(shí)鐘寄存器、數(shù)據(jù)寄存器以及幾個(gè)測試和校準(zhǔn)寄存器。它直接從傳感器接受低電平信號并輸出串行數(shù)字信號。 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中處理器只能識別和處理數(shù)字量，因此，必須將模擬信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能實(shí)現(xiàn)CPU與測得數(shù)據(jù)之間的信息交換。低功耗空間和掉電模式其功能特性概述:AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8K字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。1個(gè)全雙工串行通信口三級加密程序存儲器與MCS51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、I/O資源豐富、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在家用電器、智能化儀器、工業(yè)控制以及火箭導(dǎo)航尖端技術(shù)領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。同時(shí)配備了微型打印，可將測量結(jié)果打印備份。經(jīng)過分光系統(tǒng)中單色儀的脈沖光傳送到光電導(dǎo)傳感器，光電導(dǎo)傳感器將入射光強(qiáng)度和透射光強(qiáng)度I轉(zhuǎn)換成交流電壓信號，此信號經(jīng)過放大和處理后變?yōu)榕c光強(qiáng)對應(yīng)的直流電壓信號，單片機(jī)通過雙通道A/D轉(zhuǎn)換器AD7705采集這兩個(gè)電壓信號，電壓信號經(jīng)過處理就可以得到油的濃度。從相敏檢波器輸出信號Uo(t)中得到了被測信號Us(t)。例如:在5V單電源供電的條件下，即使輸入輸出信號的幅值低到接近0V，或高至接近5V，信號也不會(huì)發(fā)生截止或飽和失真，從而大大增加了放大器的動(dòng)態(tài)范圍。Ul采用了一片TLC2274四運(yùn)算放大器，TLC2274是一款性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的通用運(yùn)算放大器，具有高輸入阻抗、高共模擬抑比、低輸入偏置電流(最大50pA)、低溫漂、低噪聲等優(yōu)良性能。由于噪聲和干擾的隨機(jī)性，它們與經(jīng)過放大后的(500Hz)正弦信號既同頻率又同相位的概率極小，再經(jīng)低通濾波電路的濾波處理后，可使噪聲和干擾對檢波器的直流輸出幾乎沒有影響。本系統(tǒng)采用了峰值相敏檢測技術(shù)來解決這一問題。設(shè)計(jì)時(shí)帶通增益選擇過高會(huì)導(dǎo)致信號失真，過低引起信號衰減，降低濾波性能。與普通的有源濾波器相比，MAX275組成的濾波器具有外接元件少，結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)調(diào)整方便和不受運(yùn)算放大器本身頻率特性影響等優(yōu)點(diǎn)。通過外接電阻的不同組合形式可以實(shí)現(xiàn)巴特沃思、切比雪夫、貝塞爾型的低通、帶通濾波器。普通有源濾波器還因?yàn)榉€(wěn)定性較差，較難實(shí)現(xiàn)窄帶寬的設(shè)計(jì)，不易獲得高的Q值，難滿足系統(tǒng)的要求。因此，要求該濾波器頻帶內(nèi)響應(yīng)要盡可能平坦，上下界衰減要盡量陡峭。G=1時(shí)它的增益帶寬為120kHz，建立時(shí)間為15us。AD620是一個(gè)低價(jià)格、低功耗、高精度儀器儀表用放大器，它采用8引腳SOIC封裝和DIP封裝，由于尺寸小、功耗低特別適合于電池供電、便攜式應(yīng)用場合[7]。第一級放大關(guān)鍵在于抑制噪聲。 The flow of the signal Processs 前置放大電路 放大電路的主要特點(diǎn)有:高集成度、低噪聲、小體積。當(dāng)光信號變?yōu)轭l率域的信號后，產(chǎn)生的電信號也相應(yīng)的變?yōu)榻涣餍盘枴? Table Pyroelectric infrared sensor material classificaton陶瓷型高分子薄膜型硫酸三甘肽（TGS）聚篇二氟乙烯（PVF2）膽酸鋰LITa03及膽酸鉛(PbTi03)聚氨乙烯（PVF）鋯鈦酸鉛（PZT） 檢測電路設(shè)計(jì)物體在近紅外段吸收系數(shù)小，信號幅度小，且熱體都輻射紅外光，干擾大，在近紅外段光譜重疊嚴(yán)重。顯然，采用全分離的方式已經(jīng)過時(shí)，而采用通用的運(yùn)放芯片和555定時(shí)器芯片再配合外圍比較的分離元件也可以實(shí)現(xiàn)所要求的信號處理功能，但那樣至少需要兩塊芯片，上比較高，而且由于外圍電路復(fù)雜，其干擾、噪聲增加，穩(wěn)定性降低。由于從熱釋電紅外傳感器輸出的壓變信號十分微弱，而且極易受到外部和電路本身的各種干擾、噪聲的影響，所以配套的信號處理電路在熱釋電紅測器系統(tǒng)中顯得特別的重要，直接決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。熱釋電紅外傳感器有陶瓷型及高分子薄膜型兩種?；蛘咧挥挟?dāng)測移動(dòng)物體時(shí)才可不用周期遮光裝置。這種現(xiàn)象在欽酸鋇之類的強(qiáng)介電質(zhì)材料上表現(xiàn)得特別顯著。主要探測中、遠(yuǎn)紅外線，不受周圍可見光的影響，故可在各種光的條件下進(jìn)行測量。根據(jù)不同物體及不同溫度體發(fā)出的紅外光譜不同，可同目標(biāo)進(jìn)行紅外檢測和判別。 熱釋電紅外探測器的選擇熱電檢測器件目前常用的有:熱釋電探測器、熱敏電阻、熱電偶和熱電堆等。.l/f噪聲在所有的半導(dǎo)體中均存在1/f噪聲，一般認(rèn)為這種噪聲主要是器件制備過程中所造成的。二者之間有如下關(guān)系 （3—6）其中為器件在工作點(diǎn)附近的微分電阻。但其一般需在低溫下工作，探測波段較窄。光子型紅外探測器是利用某些半導(dǎo)體材料在紅外輻射的照射下，產(chǎn)生光電效應(yīng)，使材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。熱探測器是利用探測元件吸收入射的紅外輻射能量而引起溫升，在此基礎(chǔ)上借助各種物理效應(yīng)把溫升轉(zhuǎn)變成電量的一種探測器。它的性能好壞，直接影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。這樣不同波長的同一級主最大，自零級開始向左右兩側(cè)按波長次序由短波長向長波長散開。光柵產(chǎn)生的光譜，其譜線的位置是由多縫衍射圖樣中的主最大條件決定的。 現(xiàn)以反射式平面衍射光柵為例，介紹光柵的分光原理。平面光柵要求其入射的復(fù)合光為平行光，然后將其衍射為不同角度分開的單色平行光。調(diào)制后的光由分光系統(tǒng)進(jìn)行分光，形成一系列按波長大小順序排列的各譜段的光譜。平行光束由準(zhǔn)直一聚焦裝置保證。經(jīng)調(diào)制器發(fā)過來的光束集中在可見和近紅外光譜區(qū)，因此本系統(tǒng)選用的是石英池，為了更加符合朗伯一比爾定律，要求吸收池應(yīng)具有一對相互平行并垂直于光束的潔凈光學(xué)窗，理想的吸收池本身不吸收輻射，實(shí)際上各種材料對輻射都有不同程度的吸收，因而一般只要求它們有恒定而均勻的吸收。因此日本掘場制作所開發(fā)了的替代物—氯化四氟乙烯聚合物(S316)，也稱為六氯四氟丁烷。通常取d/b=，可得到近似的正弦波，其中d為光源像點(diǎn)直徑，b為切光片扇形寬度。切光器結(jié)構(gòu)，由直流電動(dòng)機(jī)、切光片(或調(diào)制盤)、軸套等組成。由鹵鎢燈調(diào)節(jié)工作臺l、散熱支架聚焦透鏡及其安裝筒4等三個(gè)部分組成，均通過螺釘安裝固定。 (二)透鏡聚光系統(tǒng)透鏡聚光系統(tǒng)將光源燈絲的像聚焦在分光系統(tǒng)的入射狹縫上。 光源的選擇(一)系統(tǒng)中選用的光源應(yīng)滿足以下條件:(l)在儀器的工作波段范圍內(nèi)能夠提供連續(xù)輻射，即光源可以發(fā)射連續(xù)光譜，以便記錄一個(gè)完全的吸收光譜。為了滿足熱釋電紅外探測器的線性范圍在3一10毫瓦，因此我們將使用的“6V，6W”。這樣首先將萃取劑石放在參比池中作為本底樣品，萃取的油的混合溶液放入樣品池，光源發(fā)出的光經(jīng)紅外濾光片濾光。通常，體現(xiàn)液層厚度的吸收池內(nèi)部透光面垂直距離也稱為吸收池的光徑。根據(jù)GB8322一87的規(guī)定，液層厚度為吸收池的兩個(gè)平行且透光的內(nèi)表面之間的距離。對于特定種類的油，其組分穩(wěn)定，且各組分的含量也一定，所以特定種類的油有穩(wěn)定的吸收光譜，對特定波長的光有確定的吸收能力，即確定的吸光系數(shù)。朗伯一比爾定律的數(shù)學(xué)表示式為: (2—1)式中:k一被測物質(zhì)的吸光系數(shù)，與介質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)L一液層厚度C一物質(zhì)的濃度一入射光強(qiáng)度I一透射光強(qiáng)度上式就是光吸收定律，也稱朗伯一比爾(Lambert一Beer)定律，其不僅適用于溶液，也適用于氣體和固體。 Optics Principlel聚光鏡 系統(tǒng)測量的基本原理非分散紅外光度法是基于光學(xué)中的朗伯一比爾定律。(5)研制與硬件相對應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有采集、控制、傳輸、運(yùn)算、存儲、顯示等功能。(2)設(shè)計(jì)最佳的分光系統(tǒng)，滿足系統(tǒng)對光線的要求。也是貫徹落實(shí)中央領(lǐng)導(dǎo)指示精神、維護(hù)國家法律尊嚴(yán)、實(shí)行和諧社會(huì)思想的具體體現(xiàn)，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此方法適用于樣品中芳香烴含量不高的情形。烴類中C一H振動(dòng)的特征吸收波長見表11。由于測定方法長期沒有得到統(tǒng)一，因此一直存在方法與方法之間，以及數(shù)據(jù)之間的不可比性，從而影響了判斷油質(zhì)的準(zhǔn)確性。但由于海洋監(jiān)測關(guān)注的是難降解的芳烴類石油，故在我國海水監(jiān)測中仍在使用。由于各種物質(zhì)的紫外吸收強(qiáng)度差異較大，對于組成變化較大的工業(yè)廢水和成分復(fù)雜的環(huán)境水體，采用紫外分光光度法，數(shù)據(jù)可比性和準(zhǔn)確性都較差，因此國外己不再使用。重量法應(yīng)用范圍不受油品的限制，可測定含油量較高的含油污水。重量法是用有機(jī)萃取劑(石油醚或正己烷)提取酸化了的樣品中的油類，萃取劑通過氧化鋁柱(或佛羅里硅藻土)除去動(dòng)植物油類，將溶劑蒸發(fā)掉，稱重后計(jì)算石油類含量。紫外分光光度法是利用石油及其產(chǎn)品中芳香族化合物和含共扼雙鍵化合物在215~260nm紫外區(qū)的特征吸收測定石油類含量。由于不同物質(zhì)的熒光發(fā)射強(qiáng)度差異很大，測定結(jié)果受油品組成影響較大，其物理意義為物質(zhì)的熒光強(qiáng)度。缺點(diǎn)是僅能測定礦物油中苯系物的含量，無法測定礦物油中的直鏈烷烴。這兩種方法都是基于油品中某些特性基團(tuán)對紅外光的特征吸收行為進(jìn)行測定的，符合最基本的光的吸收規(guī)律——“比爾定律”。 非分散紅外光度法(Non一DispersiveInfrared簡稱NDIR)利用油中烷烴的、近紅外區(qū)()附近存在伸縮振動(dòng)吸收帶。適應(yīng)國家制定區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、城市化發(fā)展規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)規(guī)劃的迫切需要。主要研究內(nèi)容有:(l)研究紅外分光光度法和非分散紅外光度法的測油原理，找出兩種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)圍及比較、檢測精度、測量時(shí)間、投入成本等方面的異同。研究高精度、低消耗的測量算法。探測器將接收到掃描后的三波長紅外光轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)前置放大、同步檢波一放大后由A/D變換器送入單片機(jī)，計(jì)算出三波長吸光度及樣品濃度，并在液晶顯示器上顯示或由打印機(jī)打出。1852年，比爾(Beer)作了類似實(shí)驗(yàn)，指出光強(qiáng)度變化與溶液中溶液濃度也存在類似關(guān)系。油分植物油和礦物油，都是由多種有機(jī)成分組成的復(fù)雜混合物。 需要補(bǔ)充說明的是:液層厚度在概念上有別于光路長度和光程。在光吸收定律中這兩個(gè)名詞同義。有特征吸收峰，而用作從水樣中萃取油份的四氯化碳()，透過率在80%以上。此系統(tǒng)是否能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，重復(fù)性、穩(wěn)定性是否很好，是否存在時(shí)間漂移和溫度漂移等問題，我們選用了熱釋電紅外探測器作為此系統(tǒng)的傳感器。 Prineiple of oil infrared measuring systerm3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 光源系統(tǒng)儀器的光源系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括光源、濾光片等關(guān)鍵部件的選擇。(4)有較長的使用壽命。通過這種再生循環(huán)過程，燈絲的使用壽命不僅得到了大大延長(幾乎是白熾燈的4倍)，同時(shí)由于燈絲可以工作在更高溫度下，從而得到了更高的亮度，更高的色溫和更高的發(fā)光效率[6]。(三)光源機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)儀器的光源系統(tǒng)應(yīng)保證鹵鎢燈的燈絲準(zhǔn)確地成像在分光系統(tǒng)的入射狹縫上，同時(shí)還要考慮光源的散熱問題。 Machine frame of the lamphouse 切光器將光源發(fā)出的直流光信號轉(zhuǎn)換為交流信號以便于放大和抑制噪聲，光譜儀器對調(diào)制器的尺寸以及加工和安裝精度有嚴(yán)格要求【12】。要想得到精確的正弦波，就對切光片的葉片形狀和均勻性要求很高。由于屬于氟氯烷烴類，破壞臭氧層，是國際公約《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》限制生產(chǎn)和禁止大量使用的化學(xué)物質(zhì)。樣品系統(tǒng)中的液體池設(shè)有兩個(gè)，一個(gè)作為吸收池，另一個(gè)作為參比池，液體池主要有石英池和玻璃池兩種，在紫外區(qū)必須采用石英池，可見和近紅外區(qū)最好用玻璃池，也可用石英池。射入比色皿的光必須是平行光，否則光程不一致將影響測量精度。 分光系統(tǒng)光源(鹵鎢燈)發(fā)射的復(fù)合光通過透鏡系統(tǒng)聚焦后被切光器調(diào)制。1 分光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)儀器采用光柵分光系統(tǒng)，以平面光柵為分光元件。(一)光柵的色散 (l)基本原理光柵的種類很多，有平面光柵、凹面光柵和階梯光柵等。當(dāng)一束平行的復(fù)合光入射到光柵上，光柵能將它按波長在空間分解為光譜，這是由于多縫衍射和干涉的結(jié)果。相鄰刻痕對應(yīng)的光線11’和22’的光程差為: （3—1）從波動(dòng)光學(xué)可知，相干光束干涉極大值的條件為 （3—2） Principle of Plane raster chromatic dispersion由上兩式可得相鄰兩光線干涉極大值的條件—光柵方程式為 (3—3) 其中: i一入射角 θ一衍射角 d一刻痕間距，通常稱為光柵常數(shù) m一光譜級次，為整數(shù)，m==0，士l，士2，…(3—3)式可改寫為: (3—4) 由上式可明顯的看出，當(dāng)光柵的光柵常數(shù)及入射角一定時(shí)，除零級外，在確定的光譜級中，波長越長的光束衍射角越大。紅外傳感器是系統(tǒng)中一個(gè)很重要的部分。 紅外傳感器類型常見的紅外傳感器有兩大類:熱探測器和光子探測器。根據(jù)熱效應(yīng)的不同，可把熱探測器分為測輻射熱計(jì)、測輻射熱電偶和熱電堆、熱釋電探測器和高萊管(氣動(dòng)型)[8]。光子探測器的主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率高。 紅外傳感器主要性能指標(biāo)(一)響應(yīng)度光電探測器的響應(yīng)度定義為單位光輻射功率在光電探測器上所產(chǎn)生的光電壓Vs或光電流Is，即