【正文】 。讀/寫操作選擇。AD7705共有8個片內(nèi)寄存器，它們是通信寄存器、設置寄存器、時鐘寄存器、數(shù)據(jù)寄存器以及幾個測試和校準寄存器。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)換電路設計 計算機系統(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提供以下標準功能:8K字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。1個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具有結(jié)構簡單、I/O資源豐富、控制功能強、可靠性高、體積小、價格低廉等特點，在家用電器、智能化儀器、工業(yè)控制以及火箭導航尖端技術領域都發(fā)揮著重要作用。同時配備了微型打印，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傳感器，光電導傳感器將入射光強度和透射光強度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光強對應的直流電壓信號，單片機通過雙通道A/D轉(zhuǎn)換器AD7705采集這兩個電壓信號，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，信號也不會發(fā)生截止或飽和失真，從而大大增加了放大器的動態(tài)范圍。Ul采用了一片TLC2274四運算放大器，TLC2274是一款性能優(yōu)良、價格低廉的通用運算放大器，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來解決這一問題。設計時帶通增益選擇過高會導致信號失真，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)構簡單，參數(shù)調(diào)整方便和不受運算放大器本身頻率特性影響等優(yōu)點。通過外接電阻的不同組合形式可以實現(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為穩(wěn)定性較差，較難實現(xiàn)窄帶寬的設計，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)響應要盡可能平坦，上下界衰減要盡量陡峭。G=1時它的增益帶寬為120kHz，建立時間為15us。AD620是一個低價格、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、便攜式應用場合[7]。第一級放大關鍵在于抑制噪聲。 The flow of the signal Processs 前置放大電路 放大電路的主要特點有:高集成度、低噪聲、小體積。當光信號變?yōu)轭l率域的信號后，產(chǎn)生的電信號也相應的變?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） 檢測電路設計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重。顯然，采用全分離的方式已經(jīng)過時，而采用通用的運放芯片和555定時器芯片再配合外圍比較的分離元件也可以實現(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。或者只有當測移動物體時才可不用周期遮光裝置。這種現(xiàn)象在欽酸鋇之類的強介電質(zhì)材料上表現(xiàn)得特別顯著。主要探測中、遠紅外線，不受周圍可見光的影響，故可在各種光的條件下進行測量。根據(jù)不同物體及不同溫度體發(fā)出的紅外光譜不同，可同目標進行紅外檢測和判別。 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噪聲在所有的半導體中均存在1/f噪聲，一般認為這種噪聲主要是器件制備過程中所造成的。二者之間有如下關系 （3—6）其中為器件在工作點附近的微分電阻。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體材料在紅外輻射的照射下，產(chǎn)生光電效應，使材料的電學性質(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，在此基礎上借助各種物理效應把溫升轉(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，要求吸收池應具有一對相互平行并垂直于光束的潔凈光學窗，理想的吸收池本身不吸收輻射，實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為光源像點直徑，b為切光片扇形寬度。切光器結(jié)構，由直流電動機、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L一液層厚度C一物質(zhì)的濃度一入射光強度I一透射光強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中的朗伯一比爾定律。(5)研制與硬件相對應的計算機系統(tǒng)，具有采集、控制、傳輸、運算、存儲、顯示等功能。(2)設計最佳的分光系統(tǒng)，滿足系統(tǒng)對光線的要求。也是貫徹落實中央領導指示精神、維護國家法律尊嚴、實行和諧社會思想的具體體現(xiàn)，具有重要的社會和經(jīng)濟價值。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)的準確性。但由于海洋監(jiān)測關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)的紫外吸收強度差異較大，對于組成變化較大的工業(yè)廢水和成分復雜的環(huán)境水體，采用紫外分光光度法，數(shù)據(jù)可比性和準確性都較差，因此國外己不再使用。重量法應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)除去動植物油類，將溶劑蒸發(fā)掉，稱重后計算石油類含量。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)的熒光強度。缺點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對紅外光的特征吸收行為進行測定的，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)()附近存在伸縮振動吸收帶。適應國家制定區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、城市化發(fā)展規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護建設規(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)缺點圍及比較、檢測精度、測量時間、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，計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打出。1852年，比爾(Beer)作了類似實驗，指出光強度變化與溶液中溶液濃度也存在類似關系。油分植物油和礦物油，都是由多種有機成分組成的復雜混合物。 需要補充說明的是: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)是否能達到規(guī)定的技術指標，重復性、穩(wěn)定性是否很好，是否存在時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)硬件設計 光源系統(tǒng)儀器的光源系統(tǒng)設計主要包括光源、濾光片等關鍵部件的選擇。(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)光源機械結(jié)構設計儀器的光源系統(tǒng)應保證鹵鎢燈的燈絲準確地成像在分光系統(tǒng)的入射狹縫上，同時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物質(zhì)。樣品系統(tǒng)中的液體池設有兩個，一個作為吸收池，另一個作為參比池，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)的設計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。當一束平行的復合光入射到光柵上，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。相鄰刻痕對應的光線11’和22’的光程差為: （3—1）從波動光學可知，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，當光柵的光柵常數(shù)及入射角一定時，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)熱效應的不同，可把熱探測器分為測輻射熱計、測輻射熱電偶和熱電堆、熱釋電探測器和高萊管(氣動型)[8]。光子探測器的主要特點是靈敏度高，響應速度快，響應頻率高。 紅外傳感器主要性能指標(一)響應度光電探測器的響應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