【正文】 調(diào)整管 T連接成電壓跟隨器。同理可得，當(dāng)輸入電壓 IV 減?。ɑ蛘哓?fù)載電流 OI 增加）時(shí)，亦將使輸出電壓 0V 基本保持恒定不變。 FV與基準(zhǔn)電壓 REFV 相比較， 其差值電壓經(jīng)比較放大電路放大后使 BV 和 CI 減小，調(diào)整管 T的 ce 極間的電壓 CEV 增大， A的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低；因?yàn)殡娐凡捎蒙錁O輸出形式，所以輸出電壓 OV 必然降低，從而使 OV 保持基本恒定不變。 穩(wěn)壓 原理是 電路的主回路是起調(diào)整作用的 BJT 與負(fù)載 RL串聯(lián)，輸出電壓的變化量由反饋網(wǎng)絡(luò)取樣后送到放大電路 A 的反向輸入端進(jìn)行放大后再送到 BJT 的去基極控制調(diào)整管 T 的 ce 極間的電壓降，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓 0V 的目的。調(diào)整管一般為大功率管，因而選用原則與功率放大電路中的功率相同，主要考慮其極限參數(shù) CMI 、 CEOU 和 CMP 。 若同相比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，則其輸出電壓就可調(diào)節(jié)；同時(shí)，為了擴(kuò)大輸出大電流，集成運(yùn)放輸出端加晶體管，并保持射極電壓為 iO VRRV ????????? ?? 211 式 () 由于集成運(yùn)放開(kāi)環(huán)差模增益可達(dá) 80dB 以上，電路引入深度電壓負(fù)反饋，輸出電阻趨近于零，因而輸出電壓相當(dāng)穩(wěn)定。 圖 線性穩(wěn)壓電源的原理 方 框圖 電源的電路圖及工作原理 為了使輸出電壓可調(diào)，也為了加深電壓負(fù)反饋，可在基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上引入放大環(huán)節(jié)。 因此，實(shí)用型串聯(lián)穩(wěn)壓電路至少包含調(diào)整管 T、基準(zhǔn)電壓電路、取樣電路和比較放大電路四個(gè)部分組成。 分析電路的工作情況可知，在輸入電壓最低且輸出電壓最高時(shí)管壓降最小，若此時(shí)管壓降大于飽和管壓降，在其它情況下管子一定會(huì)工作在放大區(qū)。 穩(wěn)壓電源依據(jù)其工作原理的不同又可分為線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，本系統(tǒng)對(duì)電源的要求并不是很高，所以本系統(tǒng)選用 串聯(lián)型 穩(wěn)壓電源。 電源的設(shè)計(jì) 電源的方 案設(shè)計(jì) 電子系統(tǒng)為降低運(yùn)行成本一般使用 220V/50HZ 工頻交流市電，而電子 電路及本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀的硬件電路設(shè)計(jì) 17 設(shè)備內(nèi)部使用的一般都 需要 穩(wěn) 定的 直流電 源供電 ，因此，需要將交流電換成直流電。 圖 紅外測(cè)溫 部份處理 裝置的原理框圖 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀 的 探頭部分的方框圖是一個(gè)包括光、機(jī)、電一體化的紅外測(cè)溫系統(tǒng)，利用熱輻射體在 遠(yuǎn) 紅外波段的輻射 能 量來(lái)測(cè)量溫度，由測(cè)溫傳感器、放大單元、濾波單元及加法單元、溫度補(bǔ)償單元組成。 而遮光孔的大小由單片機(jī)輸出控制信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與否來(lái)帶動(dòng)遮光板旋轉(zhuǎn)。 獲取透射紅外光的光學(xué)材料一般比較困難，反射式光學(xué)系統(tǒng)可避免這一困難，所以，反射式光學(xué)系統(tǒng)用得較多。透射式光學(xué)系統(tǒng)的部件用紅外光學(xué)材料做成，不同的紅外光波長(zhǎng)應(yīng)選用不同的紅外光學(xué)材料：在測(cè)量 700℃ 以上的高溫時(shí)，用波長(zhǎng)為 ～ 3um 范圍內(nèi)的近紅外光，用一般光學(xué)玻璃和石英等材料作透鏡材料；當(dāng)測(cè)量 100～ 700℃ 范圍內(nèi)的溫度時(shí)，一般用 3～ 5um 的中紅外光，多用氟化鎂、氧化鎂等熱敏材料；當(dāng)測(cè)量 100℃ 以下的溫度用波長(zhǎng)為 5～ 14um 的中遠(yuǎn)紅外光，多采用鍺、硅、硫化鋅等熱敏材料。為了減小像差或使用上的方便，常另加一 片次鏡，使目標(biāo)輻射經(jīng)兩次反射聚集到敏感元件上，敏感元件與透鏡組合在一起，前置放大器接收熱電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為反射式光學(xué)系統(tǒng)的 遠(yuǎn) 紅外探測(cè)器和透射式光學(xué)系統(tǒng)的 遠(yuǎn) 紅外探測(cè)器兩種。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀的硬件電路設(shè)計(jì) 15 3 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫 儀的硬件 電路設(shè)計(jì) 遠(yuǎn) 紅外傳感器的設(shè)計(jì) 遠(yuǎn) 紅外探測(cè)器的一般組成 遠(yuǎn) 紅外探測(cè)器一般由光學(xué)系統(tǒng)、敏感元件、前置放大器和信號(hào)調(diào)制器組成。目標(biāo)越大光點(diǎn)尺寸就應(yīng)越大，反之，則越小。 視場(chǎng)的大小由測(cè)溫系統(tǒng)的光學(xué)零件及其位置所確定，使后接濾光鏡能接收到更多的能量，從而達(dá)到接收信號(hào)最大的目的；經(jīng)匯集以后的 遠(yuǎn) 紅外線通過(guò)濾光片的濾波處理，將符合光電檢測(cè)器 范圍內(nèi) 的理想波長(zhǎng) 即遠(yuǎn)紅外光譜（ 8～ 14um） 送到光電探測(cè)器上并經(jīng)過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成相應(yīng)電信號(hào)， 經(jīng)放大器處理后，進(jìn)入低通濾波器中，將高于截止頻率的信號(hào)濾除掉，再將此電信號(hào)與溫度補(bǔ)償信號(hào)一起送入加法器中，將兩者的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)相加 電路 的相加運(yùn)算 后， 得到最后的輸出電信號(hào)，送到微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并 轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的線性溫度信號(hào)值 ； 激光器 和測(cè)距儀是對(duì)光電檢測(cè)的調(diào)節(jié)和輔助作用。 環(huán)境溫度，如果 將 紅外測(cè)溫儀突然暴露在環(huán)境溫差為 20 度或更高的情況下，允許儀器在 20 分鐘內(nèi)調(diào)節(jié)到新的環(huán)境溫度。紅外測(cè)溫儀最好不用于光亮的或拋光的金屬表面的測(cè)溫（不銹鋼、鋁等）。 不能透過(guò)玻璃進(jìn)行測(cè)溫 ，玻璃有很特殊的反射和透過(guò)特性，不允許精確紅外溫度讀數(shù)。 具體操作： 將 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀對(duì)準(zhǔn) 被 測(cè)的物體，按觸發(fā)器 啟動(dòng)單片機(jī)，并 在儀器的 LED 上讀出溫度數(shù)據(jù)，保證 測(cè) 溫 距離和光斑尺寸之比。因此，遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀在工業(yè)系統(tǒng)溫度的測(cè)量上有更好的應(yīng)用。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀 系統(tǒng)是集信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、誤差分析、輸出顯示及危險(xiǎn)報(bào)警為一體的多功能、智能 化的測(cè)溫系統(tǒng)。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫原理框圖 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的組成圖 遠(yuǎn)紅外 測(cè)溫系統(tǒng)由以下幾部分組成： 遠(yuǎn) 紅外透鏡及濾光系統(tǒng)、測(cè)試裝置、 A/D轉(zhuǎn)換器、微處理機(jī)（單片機(jī)）和終端顯示組成。 當(dāng)一個(gè)物體本身具有不同于周?chē)h(huán)境的溫度時(shí)，不論物 體的溫度高于環(huán)境溫度，還是低于環(huán)境溫度；也不論物體的高溫來(lái)自外部熱量的注入，還是由于在其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量造成，都會(huì)在該物體內(nèi)部產(chǎn)生熱量的流動(dòng)。物體溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能量 越 強(qiáng)。對(duì)于檢測(cè)溫度在 27～ 227℃的電氣設(shè)備而言，選擇中心響應(yīng)波長(zhǎng) c? =8 m? 的紅外敏感元件，即使目標(biāo)與背景溫差較小，也可獲得盡可能高的輻射對(duì)比度，使得故障較易識(shí)別。為此，可將普朗克輻射公式對(duì)溫度 T 求偏導(dǎo)。因此，取得目標(biāo) (故障部位 )與背景 (良好部位 )之間最大對(duì)比度的方法是式 () 分子差值取最大值。但是，只要選擇合適的儀器響應(yīng)波長(zhǎng)范圍，仍可得到目標(biāo)與背景之間有盡可能高的輻射對(duì)比度，從而提高對(duì)故障的檢出率。當(dāng)精度特別重要時(shí)，要確保目標(biāo)至少 2倍于光斑尺寸。建議被測(cè)目標(biāo)尺寸超過(guò)測(cè)溫儀視場(chǎng)的 50%為好。 如果測(cè)溫儀遠(yuǎn)離目標(biāo)，而目標(biāo)又小，選擇高分辨率的。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫原理 12 光學(xué)分辨率 (D:S)：即測(cè)溫儀探頭到目標(biāo)直徑之比。有些 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀可改變發(fā)射率， 物體發(fā) 射率的大小與其材料的性質(zhì)、溫度和表面狀態(tài)直接相關(guān)， 多種材料的發(fā)射率值可從出版的 發(fā)射率表中找到。因此，所有 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀必須調(diào)節(jié)為只讀出發(fā)射的能量。 因此在設(shè)計(jì) 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀 時(shí)要盡可能的解決影響測(cè)溫精度的內(nèi)、外界因素，從而提高測(cè)溫儀的信價(jià)比， 現(xiàn)將 主要 因素解釋 如下 : 發(fā)射率，所有物體會(huì)反射、 透過(guò) 和發(fā)射能量，只有發(fā)射的能量能指示物體的溫度。 當(dāng) 使用 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀測(cè)溫時(shí)，被測(cè)物體發(fā)射出的紅外能量通過(guò) 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀的光學(xué)系統(tǒng)在探測(cè)器上轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該信號(hào) 再通過(guò)微 處理器轉(zhuǎn)換為相應(yīng) 的溫度 值 顯示出來(lái) 。對(duì)于檢測(cè)目標(biāo)溫度在 27～ 227℃（ 300～500K）之間的電氣設(shè)備而言，選擇響應(yīng)波長(zhǎng)為 8um～ 14um 的 遠(yuǎn) 紅外儀器最合適；但以檢側(cè) 500℃及以上目標(biāo)為主時(shí)，則應(yīng)選用 3um～ 5um 的紅外儀器為宜，這樣可以接收較多的目標(biāo)輻射。 最大接收輻射信號(hào) 任何紅外檢測(cè)，總是希望紅外儀器接收的被測(cè)目標(biāo)紅外輻射信號(hào)越大越好。目前 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀存在溫度值確定困難、物體內(nèi)部狀況難以確定、價(jià)格昂貴等問(wèn)題。 ○ 5 可以確定微小目標(biāo)的溫度。 ○ 3 探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短 ,反應(yīng)速度快 ,易于快速與動(dòng)態(tài)測(cè)量。 比起接觸式的測(cè)溫方法， 遠(yuǎn) 紅外線測(cè)溫有著響應(yīng)時(shí)間快、非接本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫原理 11 觸性、操作安全、 靈敏度高、檢測(cè)效率高 及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) , 通過(guò) 與接觸測(cè)溫的比較可 將 其優(yōu)點(diǎn) 歸納如下 ： ○ 1 它的測(cè)量不干擾被測(cè)溫場(chǎng) ,不影響溫場(chǎng) 的 分布 ,從而具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度 ,通常精度都是 1%以內(nèi) 。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫 儀 的優(yōu)缺點(diǎn) 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀可快速提供溫度測(cè)量。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀重量輕、使用 安全 方便，并能可靠測(cè)量熱的、危險(xiǎn)的或難以接觸的物體，而不會(huì)污染或損壞被測(cè)物體。不需機(jī)械的接觸被測(cè)物體而快速測(cè)得溫度讀數(shù)。 主要應(yīng)用于鐵路、石油化工、食品、電力等行業(yè)的溫度檢測(cè)、設(shè)備故障的診斷 ， 特別適用于高溫和危險(xiǎn)場(chǎng)合的 顯微和 遠(yuǎn)距離測(cè)溫。 物體在運(yùn)動(dòng)和生產(chǎn)過(guò)程中 ,熱和溫度的變化無(wú)處不在 ,生產(chǎn)中的溫度控制與監(jiān)測(cè)比比皆是 。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀可在不安全的或接觸測(cè)溫 比 較困難的區(qū)域 測(cè)溫， 能夠安全地讀取難以接近的或不可到達(dá)的目標(biāo)溫度。因 為大多數(shù)的設(shè)備和工廠 處于不斷 運(yùn)轉(zhuǎn) 中 ，停機(jī)等于減少收入，要防止這樣的損失，通過(guò)掃描現(xiàn)場(chǎng)電子設(shè)備 可 以查找熱點(diǎn)。 基于遠(yuǎn)紅外測(cè)溫的諸多性能，必然給予遠(yuǎn)紅外測(cè)溫及遠(yuǎn)紅外診斷技術(shù)以極其出色的特點(diǎn)。 與 接觸測(cè)溫相比，在性能特點(diǎn)和測(cè)溫要求都有顯著的區(qū)別，如 表 所示 。通過(guò)對(duì)輻射能量的測(cè)量，就可以得出物體的溫度。由該定律得，凡是高于絕對(duì)零度（ 273℃ ）的物體均在不停地向周?chē)臻g以熱輻射 或電磁輻射的形式發(fā)射或者吸收一定的紅外輻射能量。 在熱輻射的所有波長(zhǎng)上對(duì)式（ ）進(jìn)行積分，則全部輻射能量的總和為： E0 =??0 0?E=??0 1C5?? （ 12?tce? ） 1? d? =σ T 4 式 () 式中，σ = 810? W/( ),σ為斯蒂芬 波爾茲曼常數(shù)。m 4 。 ㎝ 2? 因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫原理 9 量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確的測(cè)定他的表面溫度，這就是 遠(yuǎn) 紅外輻射測(cè) 溫依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)量原理基于黑體輻射定律。黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量，沒(méi)有能量的發(fā)射和透過(guò)，其表面發(fā)射率為 1。 遠(yuǎn) 紅外輻射除了符合可見(jiàn)光的一些性能外，它還遵循著它固有的特殊規(guī)律，這些規(guī)律揭示了紅外輻射的本質(zhì)特性，奠定了 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。 物體的吸收率、反射率和透過(guò)率的大小，取決于物體本身的性質(zhì)，物體表面狀況，入射波長(zhǎng)和物體所處溫度等。如果用?Q，qQ， ?Q表示被反射、被吸收和透過(guò)的能量，則有 : ?Q+qQ+ ?Q = 0Q 或者 ? +q+? =1 式 () 式中?Q/ 0Q =? ；qQ/ 0Q =q ； ?Q / 0Q =? 其中 ,? ,q,? 分別稱(chēng)為反射率吸收率和透過(guò)率。非干燥大氣中吸收紅外線最厲害的是水蒸氣和二氧化碳； 2HO在波譜 m? , m? 附近有很強(qiáng)的吸收帶； 2CO 主要吸收 m? , m? 和 15 m? 附近的紅外輻射；紅外輻射在通過(guò)大氣層時(shí)被分割成 3 個(gè)波段，這 3 個(gè)對(duì)太陽(yáng)光譜吸收較弱的區(qū)段 ,即 2～ m? ,3～ 5 m? ,8～ 14 m? ,這 3 個(gè)大氣窗口對(duì)于從事 遠(yuǎn) 紅外技術(shù)應(yīng)用和研究尤為重要，一般紅外儀器或紅外系統(tǒng)都工作在這 3 個(gè)窗口之內(nèi) ，而遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀則工作在 8～ 14 m? 的波段 。而其他氣體分子如： 2 2 3 4 2, , , , ,H O C O O C H N O C O等多原子分子，在紅外線傳輸過(guò)程中會(huì)引起分子的電偶極矩變化，導(dǎo)致紅外線的吸收和散射，使輻射能逐本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫原理 8 漸衰減。 根據(jù) 熱釋電效