【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 越高管子靈敏度越高，光窗結(jié)構(gòu)采用半球形或管狀，對(duì)于不同厚度的窗口，考慮結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度高和管子的視角。光窗的厚度一方面要保證有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不能太薄，另一方面要考慮太厚對(duì)紫外透射的影響，可能使管子靈敏度達(dá)不到要求， 為宜。 測(cè)量電路分析ZJM6 火焰檢測(cè)器由探頭及火焰檢測(cè)模塊組成，探頭主要采用高性能的紫外光敏管（日本濱松1753或2868系列），配合自主開(kāi)發(fā)的火焰檢測(cè)模塊和光學(xué)聚焦系統(tǒng)，可大大提高光敏管的探測(cè)距離和實(shí)現(xiàn)零誤報(bào)，并且根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)所用電路實(shí)現(xiàn)其靈敏度等級(jí)可調(diào)?；鹧鏅z測(cè)模塊主要由電壓驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)檢測(cè)電路、數(shù)字放大電路、數(shù)字濾波電路和信號(hào)處理電路組成。下圖為探測(cè)器組成方塊圖，此圖也說(shuō)明了探測(cè)器的基本組成和工作原理。 電量被測(cè)量輸出量輸入量敏感元件轉(zhuǎn)換元件信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路 電源 探測(cè)器組成方框圖紫外線傳感器需要外加350V的高電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng),而檢測(cè)器的外供電源采用24V直流低壓電源或干電池,因此需進(jìn)行DC/DC的轉(zhuǎn)換,以獲得傳感器所需要的高電壓。且傳感器一旦開(kāi)始放電,就會(huì)處于一種自保持放電方式,即使紫外線消失,仍有放電電流存在，這樣就不能正確地檢測(cè)紫外線。因?yàn)閭鞲衅鞅旧頉](méi)有自動(dòng)抑制火花的特性，必須從外部加入滅弧電路。采用周期性地減小陽(yáng)極電壓,使其低于VS的方法可以防止放電電流的自保持。 紫外驅(qū)動(dòng)電路火焰檢測(cè)模塊中需加入RC脈沖驅(qū)動(dòng)電路來(lái)檢測(cè)紫外線輻射。在a點(diǎn)：當(dāng)沒(méi)有紫外線時(shí),傳感器不放電,因而陽(yáng)極的電位等于外加電壓Ebb。在b點(diǎn)：當(dāng)有紫外線射來(lái)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一次放電,放電電流主要由充電電容C1提供,且在電阻R2上產(chǎn)生瞬時(shí)電流,得到一個(gè)尖脈沖電壓輸出。在c點(diǎn)：由于提供放電電流,電容C1上的電量減少,則陽(yáng)極電位也隨之降低,當(dāng)其低于放電維持電壓VS時(shí),就暫時(shí)停止放電。在d點(diǎn)：當(dāng)停止放電時(shí),電容C1開(kāi)始通過(guò)電阻R1從電源Ebb充電,傳感器的陽(yáng)極電壓再次增加。在e點(diǎn)：當(dāng)陽(yáng)極電壓達(dá)到放電起始電壓時(shí),如果有連續(xù)的紫外線照射到傳感器上,則使其再次放電,且產(chǎn)生連續(xù)的尖脈沖。不斷重復(fù)以上過(guò)程,驅(qū)動(dòng)電路就可以完成對(duì)紫外線的檢測(cè)。它不僅可以抑制傳感器的火花,而且還用輸出脈沖表示紫外線的存在。 脈沖驅(qū)動(dòng)電路工作波形傳感器的靈敏度與放電電流的大小無(wú)關(guān),而是依賴于放電的次數(shù)（輸出脈沖數(shù)）。當(dāng)入射光較弱時(shí),輸出脈沖數(shù)與入射光強(qiáng)度成正比；而當(dāng)入射光增加到一定強(qiáng)度時(shí)，輸出脈沖數(shù)量則呈飽和狀態(tài),不再增加。如果來(lái)自火焰以外的紫外線如宇宙射線、電弧焊的火花等入射到傳感器中,也會(huì)產(chǎn)生放電,這些紫外線就是背景噪聲。檢測(cè)紫外線時(shí)，輸出脈沖中包含有背景噪聲,因此輸出信號(hào)必須經(jīng)過(guò)處理,濾掉背景噪聲,以檢出正確的火焰信號(hào)。因而ZJM6火焰檢測(cè)器中加入了數(shù)字濾波技術(shù)，將雷電、電弧等干擾信號(hào)給濾出，從而實(shí)現(xiàn)零誤報(bào)功能?；鹧孀贤饩€與背景噪聲具有相同的輸出脈沖波形，所以只有根據(jù)不同入射光強(qiáng)度下產(chǎn)生的脈沖頻率(脈沖間隔)從背景噪聲中識(shí)別火焰信號(hào)。若放電次數(shù)非常少,則說(shuō)明是背景噪聲,將其除去；若脈沖數(shù)在一定時(shí)間間隔內(nèi)大于一特定數(shù)值,則證明是火焰信號(hào),將其送到控制電路。檢測(cè)器的靈敏度取決于定時(shí)時(shí)間及在這段時(shí)間內(nèi)預(yù)置的脈沖個(gè)數(shù)。定時(shí)時(shí)間應(yīng)低于背景噪聲所產(chǎn)生的脈沖間隔,但如果太短,就可能檢測(cè)不到較弱的紫外線。減少預(yù)置的脈沖個(gè)數(shù)可提高靈敏度,但易引起誤動(dòng)作。因此需要采取措施,對(duì)靈敏度進(jìn)行控制，所以加入了延時(shí)電路以防止偶然的強(qiáng)紫外線入射或火焰不穩(wěn)定而引起誤動(dòng)作,延時(shí)時(shí)間可調(diào)整。最后,信號(hào)電壓經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變?yōu)槿舾山狱c(diǎn)信號(hào)或4~20mA電流控制信號(hào)輸出。其中電源正負(fù)極接24V電壓，VA為模擬電壓輸出，OC為繼電器開(kāi)路輸出（開(kāi)關(guān)量），F(xiàn)P為頻率響應(yīng)輸出，這三個(gè)輸出端相對(duì)于“—”極提供公共端，可測(cè)火焰大小和探測(cè)響應(yīng)時(shí)間。 ＋ － VA OC FP 12345678 ZJM6 紫外檢測(cè)器引腳圖主要技術(shù)指標(biāo):電源電壓 24V DC 177。20%監(jiān)視狀態(tài)電流 ≤20mA （24V）報(bào)警狀態(tài)電流 ＜50mA響應(yīng)時(shí)間（見(jiàn)火）FP 端（頻率信號(hào)）輸出 ≤300μsVA 端（模擬電壓）輸出 ≤150msOC 端輸出 15400ms(可調(diào))繼電器觸頭輸出 35425ms（可調(diào)） 模擬電壓 010V頻率信號(hào) 見(jiàn)表 靈敏度 見(jiàn)表 延時(shí)時(shí)間（火熄后）FP 端 ≤1ms VA 端 ≤20ms OC 端 ＜繼電器觸頭 ＜2sOC 端吸入電流 ≤200mA 繼電器觸頭容量 AC120V/2A 按檢測(cè)距離分為七個(gè)規(guī)格，如表 31所示。表 31 紫外火焰探測(cè)器規(guī)格型號(hào)頻率范圍最大檢測(cè)距離備注ZJM615 M火源為燭光、加熱爐、鍋爐專用ZJM61002KHZ10 M火源為燭光ZJM65050 M火源為 GB156311995 所規(guī)定的ZJM6100100 M同上ZJM6200200 M同上ZJM650003KHZ500 M同上ZJM6100003KHZ1000 M同上ZJM6150003KHZ1500 M同上4無(wú)線紫外火焰探測(cè)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)為了保證整個(gè)系統(tǒng)的體積小、高集成度和易于實(shí)現(xiàn)性，要求硬件電路的設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)，優(yōu)化布線，合理選擇器件。我們選用無(wú)線射頻芯片nRF9E5，nRF9E5是Nordic公司推出的射頻片上系統(tǒng)，內(nèi)嵌8051兼容微控制器、RF收發(fā)器和4通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，32pin5mmx5mmQFN(Quad Flat NoLead)封裝，所需的外圍電路很少，可以使整個(gè)系統(tǒng)體積做得很小，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高度集成化、智能化。 系統(tǒng)框圖和原理。系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)接收兩部分。圖A為數(shù)據(jù)采集端。數(shù)據(jù)采集端的功能是對(duì)紫外探測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行處理并通過(guò)天線發(fā)射出去，其中包括對(duì)探測(cè)器輸出的頻率信號(hào)的處理、A/D 轉(zhuǎn)換和無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送。圖B為數(shù)據(jù)接收端。數(shù)據(jù)接收端是接收各個(gè)數(shù)據(jù)采集端的信號(hào)，并將信號(hào)處理后通過(guò)串口發(fā)送到PC機(jī)的界面，這一部分的硬件包括信號(hào)接收與處理部分和串口部分。 開(kāi)關(guān)量處理A/D轉(zhuǎn)換傳感器頻率處理信號(hào)處理和無(wú)線發(fā)射圖A 數(shù)據(jù)采集端 RS232PC機(jī)界面顯示信號(hào)接收并處理圖B 數(shù)據(jù)接收端 無(wú)線紫外火焰探測(cè)系統(tǒng)框圖 nRF9E5 芯片nRF9E5[7]是Nordic VLSI公司推出的系統(tǒng)級(jí)RF芯片,內(nèi)置增強(qiáng)型8051兼容微控制器、433/868/915 MHz的nRF905射頻收發(fā)器和4路輸入10位80kbpsA/D轉(zhuǎn)換器。芯片嵌入了電壓調(diào)整模塊,最大限度地抑制噪聲,～,待機(jī)功耗為2AQFN55封裝。由于nRF9E5集成度高,功能強(qiáng),功耗低，很適合用于小型化和低壓場(chǎng)所的射頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 nRF9E5功能圖(1) 增強(qiáng)型51內(nèi)核微控制器nRF9E5的片內(nèi)微控制器與標(biāo)準(zhǔn)8051兼容,指令時(shí)序與標(biāo)準(zhǔn)的8051稍有不同：nRF9E5 的內(nèi)置微控制器的指令周期為4～20個(gè)指令周期。中斷控制器支持5個(gè)擴(kuò)展中斷源：ADC中斷、SPI中斷、RADIO1中斷、RADIO2中斷和喚醒定時(shí)器中斷。微處理器除了256B的數(shù)據(jù)外, 還擴(kuò)展了512B的ROM和4KB的RAM ,并擴(kuò)展了2個(gè)數(shù)據(jù)指針,以便從XRAM區(qū)讀取數(shù)據(jù)。上電復(fù)位或軟件復(fù)位后,處理器自動(dòng)執(zhí)行ROM引導(dǎo)區(qū)中的代碼。用戶程序通常是在引導(dǎo)區(qū)的引導(dǎo)下,從EEPROM加載到4KB的RAM 中。如果應(yīng)用中不用內(nèi)含ROM的nRF9E5 ,則程序代碼必須從外部加載,比較常見(jiàn)的是通過(guò)SPI接口連接型號(hào)為25320的EEPROM。而SPI（串行外設(shè)接口）的接口引腳是 MISO、SCK、MOSI和EECSN ,其中MSIO、SCK和MOSI與P1口的低3位復(fù)用,通過(guò)寄存器SPI_CTRL來(lái)控制功能間的切換。(2) A/D轉(zhuǎn)換器nRF9E5內(nèi)置10位ADC,A/。A/D轉(zhuǎn)換器的4個(gè)輸入可通過(guò)軟件進(jìn)行選擇，通道0～3可以把對(duì)應(yīng)引腳AIN0～AIN3上的電壓值分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，通道4用于對(duì)nRF9E5工作電壓的監(jiān)控。A/D轉(zhuǎn)換器默認(rèn)工作于10位方式，可通過(guò)軟件使其工作于6位、8位或12位方式。(3) CKLF時(shí)鐘、RTC喚醒定時(shí)器、GPIO喚醒和WTDnRF9E5內(nèi)有一個(gè)低頻的時(shí)鐘CKLF，該時(shí)鐘常開(kāi)。當(dāng)晶振開(kāi)始工作后，CKLF頻率為4kHZ；晶振不工作時(shí)，CKLF是一個(gè)低功耗RC晶振器，只要VDD≥，其連續(xù)工作。RTC喚醒定時(shí)器、WTD(看門狗)和GPIO喚醒全都工作在CKLF頻率，以保證芯片低功耗工作時(shí)能夠完成這三個(gè)功能。RTC喚醒定時(shí)器是一個(gè)24位可編程控制的遞減計(jì)數(shù)器，WTD則是一個(gè)16位可編程控制遞減計(jì)數(shù)器。RTC喚醒定時(shí)器和WTD的循環(huán)周期一般在300us～80ms，默認(rèn)為1ms。RTC喚醒定時(shí)器也能作GPIO的輸出源，也就是說(shuō)，當(dāng)RTC喚醒定時(shí)器初始化時(shí)間發(fā)生溢出時(shí)，能夠產(chǎn)生一個(gè)用作GPIO輸出的程序脈沖。(4) nRF9E5收發(fā)模塊nRF9E5收發(fā)器通過(guò)內(nèi)部SPI口與其他模塊進(jìn)行通信,具有同單片射頻收發(fā)器 nRF905相同的功能：載波監(jiān)測(cè)輸出CD,可避免空間無(wú)線通信碰撞；地址匹配輸出AR,易于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)接收就緒DR，便于節(jié)能設(shè)計(jì),滿足低功耗設(shè)計(jì)要求。nRF9E5工作于433/868/915MHz ISM頻段。收發(fā)器由1個(gè)完整的頻率合成器、1個(gè)功率放大器、1個(gè)調(diào)節(jié)器和2個(gè)接收器組成，內(nèi)置完整的通信協(xié)議和CRC效驗(yàn),只需通過(guò)SPI即可完成所有的無(wú)線收發(fā)傳輸。輸出功率、頻道和其他射頻參數(shù)可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器RADIO 0xA0編程進(jìn)行控制。發(fā)射模式下,射頻電流消耗為11 mA ,。nRF9E5使用SPI接口進(jìn)行內(nèi)置微處理器與無(wú)線模塊間的數(shù)據(jù)傳輸。nRF9E5的收發(fā)器有3種工作方式: ShockBurs接收RX方式、ShockBurstt發(fā)送TX方式和空閑方式。nRF9E5收發(fā)器的工作方式由特殊功能寄存器TRX_CE和TX_EN決定。 數(shù)據(jù)采集端電路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集端需要處理與控制的信號(hào)如表41