【正文】 從機設(shè)備可能支持5種ROM命令(實際情況與具體型號有關(guān))，每種命令長度為8位。 1wire單總線命令序列典型的單總線命令序列如下：第一步：初始化；第二步：ROM命令(跟隨需要交換的數(shù)據(jù))；第三步：功能命令(跟隨需要交換的命令)。設(shè)備(主機或從機)通過一個漏極開路或三態(tài)端口，連接至該數(shù)據(jù)線，這樣允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時釋放數(shù)據(jù)總線，以便總線被其它設(shè)備所使用。DS18B20由三部分組成：64位光刻ROM；溫度傳感器；永久型溫度報警觸發(fā)器TH和TL。單片機通常通過兩次讀取操作將數(shù)據(jù)讀入，當R/C（非）=1，CS（非）=0，BYTE=0時，讀取高8位；當R/C（非）=1，CS（非）=0，BYTE=1時，讀取低4位。CONTC(25)：連續(xù)轉(zhuǎn)換模式控制端，CONTC為5 V時，ADS7824工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，此時芯片可對4個輸入通道信號進行連續(xù)采集和轉(zhuǎn)換。A1，A2(18，19)：輸入信號通道選擇端。REF(7)：參考電壓輸入/輸出端。這樣可在電容陣列上有效的獲得與輸入電壓成正比的電荷量。內(nèi)帶+ V基準電壓，也可選用外部+ V基準電壓。 ADS7824的基本特點和主要參數(shù) 內(nèi)部帶有采樣保持器(SHA)，采用12位逐次逼近(SAR)模/數(shù)轉(zhuǎn)換方式。在本課題中，系統(tǒng)的工作頻率為20 Hz，而每個周期需要采樣20次，因此每秒需要采樣400次。具體電路如圖310所示。同時，為了通過20 Hz的低頻信號，在電路中分別采用了47μF和20μF的鉭電解電容。13V電源電壓范圍177。 555定時器產(chǎn)生頻率為100Hz的時鐘信號，而時鐘信號的每一個上跳沿都會驅(qū)動步進電機順時針旋轉(zhuǎn)。綜上所述，實際的步進電機驅(qū)動電路如圖35所示。當工作于振蕩狀態(tài)時，其輸出信號的頻率和占空比由兩只外接電阻RR2和一只外接電容C2來決定。驅(qū)動輸出端1和114分別接步進電動機的兩相繞組LL2和LL4。SAA1042是適宜于兩相步進電動機雙極性驅(qū)動的單片集成電路。步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。對紅外信號的調(diào)制可以通過兩個途徑來實現(xiàn)：一種是在光學系統(tǒng)的焦平面附近加斬波器，使紅外輻射斷斷續(xù)續(xù)地落在探測器上，這樣探測器就產(chǎn)生隨時間變化的交流信號；另一種是讓光學系統(tǒng)掃描，這樣就可以得到交流信號。課題中選擇使用了上海尼賽拉公司生產(chǎn)的PM611型熱釋電紅外探測器。當紅外輻射照射時，熱釋電晶體的溫度升高，自發(fā)極化強度降低，因而電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當于“釋放”了一部分電荷，因而稱之為熱釋電現(xiàn)象。熱釋電探測器是利用熱釋電晶體的自發(fā)極化效應(yīng)制成的。三、熱探測器的響應(yīng)率比光子探測器的響應(yīng)率低1~2個數(shù)量級，響應(yīng)時間要比光子探測器長的多。利用上述原理制成的紅外探測器叫氣體(動)探測器。將式(231)代入式(230)中，則輸出電壓幅值為 (232)電壓響應(yīng)率為 (233)對于恒定輻射，=0，則恒定輻射響應(yīng)率為 (234)熱電偶被廣泛用于測量1 300℃以下的溫度。也稱塞貝克(Seeback)效應(yīng)。負溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值與絕對溫度的關(guān)系為 (227)式中為熱敏電阻溫度為時的電阻；為熱敏電阻溫度為時的電阻；β為與熱敏電阻材料性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)。入射光子能量大于本征半導(dǎo)體的禁帶寬度Eg(或雜質(zhì)半導(dǎo)體的雜質(zhì)電離能ED或EA)就能激發(fā)出光生載流子。 (4)光磁電探測器如下圖211所示。光生電勢差導(dǎo)致的光生電流Ip方向與結(jié)電流方向相反，而與pn結(jié)反向飽和電流I0同向，且Ip≥I0。摻雜型紅外探測器，主要是鍺、硅、和鍺硅合金摻入不同雜質(zhì)而制成的多種摻雜探測器。則探測器收集極上的光電流平均值為 （215）將式(214)代入，則光電流平均值為 （216）n(x)與光生載流子的產(chǎn)生復(fù)合率有關(guān)，若非平衡載流子平均壽命為 ，則復(fù)合率為，產(chǎn)生率為，在穩(wěn)態(tài)條件下產(chǎn)生率與復(fù)合率相等，由此得 （217）于是光電導(dǎo)探測器輸出的平均光電流為 （218）同時求得，當入射光功率全部被吸收時，探測器體內(nèi)的平均光生載流子濃度為 (219)此時的光電流為 (220)根據(jù)量子效率的定義 (221)可求得 (222)式中為外電場下載流子在電極間的渡越時間，為光電導(dǎo)探測器的內(nèi)部增益，表示一個光生載流子對探測器外回路電流的有效貢獻，它是光電導(dǎo)探測器的一個特有參數(shù)。近年來，在窄禁帶半導(dǎo)體上生長一層GaAs再鍍一層銫的復(fù)合陰極，可以探測較長波長的紅外輻射。該式表明，入射光子必須具有足夠的能量，也就是說至少要等于逸出功，才能發(fā)生光發(fā)射，就此推出外光電效應(yīng)發(fā)生的條件為 （29）截止波長 （210）入射光波長大于截止波長時，無論光強有多大，照射時間有多長，都不會有光電子發(fā)射。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為光子效應(yīng)?？讖焦怅@安裝在焦距前方10 mm處，以消除雜散光的影響。另外，像散和畸變也都和球差有關(guān)。由此可得 (22)令 焦則式中f焦為透鏡的焦距。在圖27中，設(shè)從空氣中（近似真空）距透鏡為u的點O發(fā)出的一條光線射向透鏡，由于透鏡的折射作用，經(jīng)A、B兩點后，成像在I點上。因工作波段取決于被測目標的發(fā)射特性和輻射傳遞通路中介質(zhì)的特性，這兩者是無法改變的。但這種系統(tǒng)往往體積大，加工困難，成本也較高。(3)格利高利系統(tǒng) 該系統(tǒng)的主鏡是拋物面，次鏡是橢球面。由于紅外波段的范圍較寬，能滿足各種物理上、化學上、機械上性能要求的紅外透光材料不多。第三、在含透鏡的光學系統(tǒng)中，由于透鏡材料對不同波長的光有不同的折射率，使成像平面的位置不同。為了提高紅外測溫儀的精度，課題中對外界環(huán)境溫度采取了軟件補償?shù)姆椒?。但目前使用的紅外測溫儀即使其精確度指標為1%，也遠遠達不到測量體溫的精度要求。我國在這方面的起步較晚。由于大氣的吸收和散射，使紅外輻射發(fā)生衰減，嚴重時，可以使紅外儀器無法工作。菲涅爾定律揭示出材料的熱輻射是偏振的，并取決于發(fā)射角和折射率，據(jù)此，法國MCC公司研制出通過測量3次偏振光亮度，求出材料的發(fā)射率和真實溫度的T400型測溫儀，從而在原理上解決了發(fā)射率的影響。因而用公式(13)、式(18)和式(110)定標的全輻射測溫儀、單色測溫儀以及比色測溫儀，其指示溫度都不是被測物體的真實溫度[22]。即 （112）式中αi(T)是與溫度有關(guān)的多項式的系數(shù)。而光學系統(tǒng)上的灰塵、視場局部被遮擋、測試空間有煙霧、灰塵和測距變化等等[15]，只要它們對這兩個波段的輻射功率的影響近于相同，這些因素對測量結(jié)果就無顯著影響[16]。但短波單色測溫儀的溫度覆蓋范圍窄，易受外界的干擾。全輻射測溫儀通常要通過黑體定標。即全輻射測溫儀、單色測溫儀和比色測溫儀。目前主要的非接觸式測溫方式是紅外測溫。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，這種輻射的量主要由物體的溫度和材料本身的性質(zhì)決定。25 本章小結(jié)14 透鏡參數(shù)的確定8第2章 光學系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換5 環(huán)境因素對紅外測溫儀的影響5 發(fā)射率對紅外測溫儀的影響3 比色測溫儀Pyroelectric detector。這種方法是根據(jù)熱釋電探測器的工作原理，以及被測物體與環(huán)境溫度的差值作為參考量，根據(jù)其差值的大小確定補償量的多少。它具有響應(yīng)速度快、測量范圍寬、靈敏度高等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。同時紅外測溫儀的精度和穩(wěn)定性很容易受到外界環(huán)境溫度的影響。為了保持各部分之間正確的時序關(guān)系，軟件全部采用匯編語言來編寫。14 光電轉(zhuǎn)換15 熱釋電探測器28 紅外信號的調(diào)制38 數(shù)據(jù)采集54 中斷子程序流程圖55 軟件仿真55 系統(tǒng)框圖及實驗步驟59結(jié)論65致謝事實上，一切高于絕對零度的物體都在不停地輻射紅外線[2]。測量溫度的方法可以分為接觸式和非接觸式測溫[4]。正是基于紅外測溫的大量優(yōu)點，國外有關(guān)專家曾指出：“從X光有史以來，工業(yè)領(lǐng)域當中，紅外技術(shù)是最有力、最有前途、可視性強的監(jiān)測技術(shù)[8]。根據(jù)斯蒂芬波耳茲曼定律 （11） 式中MT為絕對溫度為T時物體的光譜輻出度；為物體的光譜發(fā)射率；T為物體的絕對溫度；為波長；為第一輻射常數(shù)；為第二輻射常數(shù)；為物體表面的發(fā)射率；為斯蒂芬波爾茲曼常數(shù)[10]。假如目標的光譜發(fā)射率已知，將普朗克公式在(+)內(nèi)積分 （16）可知，測溫儀接受到的輻射功率只與溫度有關(guān)。設(shè)實際物體的真實溫度為T，在波長和λ2處的光譜發(fā)射率為和，當該物體在這兩個波長處輻射功率之比與某一溫度為的黑體在這兩個波長處的輻射功率之比相等時，這個黑體的溫度就叫做該物體的有色溫度，簡稱色溫。而由式(110)亦知，若將λ1和λ2選擇在短波，且兩者相差較大，測量誤差也會減小。波段越多，測溫儀的結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，另外太多的波段也會導(dǎo)致發(fā)射率方程組的病態(tài)程度加深。作為表征材料表面輻射特性的一個物理量，發(fā)射率的大小與材料的表面溫度、輻射波長、發(fā)射角度、偏振方向有關(guān)。、。表12 能量誤差隨環(huán)境溫度與目標溫度的變化關(guān)系 (%)Table 12 The variational relationship of energy error with environment and object temperature 環(huán)境目標270k280k290k300k310k320k330k300k500k700k900k1100k1300k盡管紅外測溫儀早已在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但由于醫(yī)用紅外測溫儀的特殊要求，,用來測量人體鼓膜的溫度[30]。正是由于上述兩種紅外體溫測量儀的這些特點，制約了它們在公共場合的應(yīng)用。它不僅具有巨大的商業(yè)價值，而且具有重大的社會價值。但一般的紅外測溫儀的測量距離并不太遠，尤其是在工業(yè)應(yīng)用場合。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，在成像質(zhì)量要求不高、通光口徑較小的場合使用。但擋光大，鏡筒長，因而重量也大。像差的大小依賴于光學系統(tǒng)的相對孔徑、光束相對于光軸的傾斜角度和制作光學系統(tǒng)的材料等。由于曼金折射－反射鏡都由球面組成，因而造價低廉，加工和安裝較容易。綜合考慮各種紅外光學系統(tǒng)的特點和課題的實際，在課題中選擇使用了透射式紅外光學系統(tǒng)。由折射定律可得 (21)式中n為透鏡材料對空氣的折射率。(2)近軸光因為近軸光可以使入射角與折射角(θθββ2)減小，是保證透鏡成像公式精確的重要因素，因此，應(yīng)盡量使用近軸光?；蛟诠饴酚嬎銜r做某些修正。一個完整的紅外探測器包括紅外敏感元件、紅外輻射入射窗口、外殼、電極引出線以及按需要而加的光闌、冷屏、場鏡、光錐、浸沒透鏡和濾光片等，在低溫工作的探測器還包括杜瓦瓶，有的還包括前置放大器。該定律有時表達為 （27）式中，P(t)是t時刻入射到探測器上的光功率，η是探測器的量子效率?；旧蠈儆诳梢姽獾墓怆婈帢O。當光入射到本征半導(dǎo)體材料上時，入射光子將電子從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶，使導(dǎo)電電子、空穴數(shù)量變化△n、△p，從而引起電導(dǎo)率變化△σ （212）以n型半導(dǎo)體為例，在圖29中，V為外加偏壓，RL為負載電阻，L、W、d分別為樣品模型的長、寬、高，則探測器電極面積A=Wd。多晶薄膜型光電導(dǎo)探測器的種類較少，主要的有響應(yīng)于1~3波段的PbS，響應(yīng)于3~5波段的PbSe和PbTe。產(chǎn)生這種電位差的機理有多種，主要的一種是由于阻擋層的存在引起的。由此則定義光照下pn結(jié)外電路開路(即I=0時)p端對n端的電壓為開路電壓