【正文】 的功率相同，主要考慮其極限參數(shù)、和。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 式()由于集成運(yùn)放開環(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。 線性穩(wěn)壓電源的原理方框圖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。 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)，～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。22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)3 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀的硬件電路設(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圍環(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)=8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。 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。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?？梢源_定微小目標(biāo)的溫度。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：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?yàn)榇蠖鄶?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)?；谶h(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。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圍空間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： E==（）d=σ 式()式中，σ=(),σ為斯蒂芬波爾茲曼常數(shù)。m。㎝因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(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，表示被反射、被吸收和透過(guò)的能量，則有:++= 或者+q+=1 式()式中/= ；/=q ；/=其中,q,分別稱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；,；,；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～,3～5,8～14,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的波段。而其他氣體分子如：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，使輻射能逐漸衰減。根據(jù)熱釋電效應(yīng)制成的傳感器，往往在它的元件前面加機(jī)械式的周期性遮光裝置，以使此電荷周期性出現(xiàn)，只有當(dāng)測(cè)移動(dòng)物體時(shí)不用遮光裝置。其表面溫度上升ΔT,其晶體內(nèi)部的原子排列將變化，引起自發(fā)極化電荷ΔQ，設(shè)元件電容為C，兩極的電壓為ΔU，則ΔU=ΔQ/C，且熱釋電系數(shù)λ=ΔQ/ΔT 。紅外輻射與電磁波輻射一樣，能在其射程范圍內(nèi)被物體吸收并轉(zhuǎn)換為熱能,即使在高度真空里，通過(guò)熱輻射也能進(jìn)行能量的傳遞，也有被傳輸介質(zhì)吸收和散射等現(xiàn)象，使輻射能在傳輸過(guò)程中會(huì)逐漸衰減。遠(yuǎn)紅外熱效應(yīng)是光能和紅外輻射被吸收的結(jié)果，紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，輻射的程度和能量主要由物體的溫度所決定。氣體對(duì)其吸收程度各不相同，大氣層對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外光存在不同的吸收帶。m）；且靠近可見光的為近紅外區(qū)。m）、極遠(yuǎn)紅外（14181。m）、遠(yuǎn)紅外（6181。m）、中紅外（3181。m, 與可見光相比要寬廣得多,跨過(guò)10個(gè)倍頻程，它相對(duì)應(yīng)的頻率范圍大致在4*10～3*10Hz。光是一種電磁波，在自由空間中傳播的光波都可以表示為單色平面波的線性組合。如太陽(yáng)光線、熱輻射、無(wú)線電波和射線等都屬于這種能量的特殊形式，它們的形式雖然不同，但自然本質(zhì)相同, 所有的輻射都遵守同樣的反射和折射定律。紅外線、可見光與不可見光等無(wú)線電磁波一起，構(gòu)成了一個(gè)無(wú)限連續(xù)的電磁波波譜，紅外光是太陽(yáng)光譜的一部分。 遠(yuǎn)紅外線更易被物質(zhì)所吸收，但對(duì)于薄霧來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)波紅外線更容易通過(guò)。 遠(yuǎn)紅外線的光量子能量比可見光的小，例如10um波長(zhǎng)的紅外光子的能量大約是可見光光子能量的1/20。紅外輻射是一種與可見光相鄰的不可見光，以波的形式在空間（同一介質(zhì)）進(jìn)行直線傳播的，并遵守逆二次方定律，它具有可見光相同的一般性能，諸如：直線傳播、反射、干涉、衍射、偏振、折射、散射、吸收等性質(zhì)。任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出紅外能量。紅外輻射通?？梢苑诸惾缦拢汗こ趟幂椛湓矗ㄌ蓟?、電發(fā)光輻射器、電加熱的桿狀輻射器等；自然紅外輻射源，包括太陽(yáng)、月球、恒星、行星、地球表面、大氣和云層等。物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多，輻射的能量就越強(qiáng)。 太陽(yáng)光分光實(shí)驗(yàn)示意圖能夠發(fā)射紅外電磁波的物體或器件，皆稱為紅外輻射源。當(dāng)溫度升到1500℃時(shí)，便開始發(fā)出白色光。熱輻射特性主要由溫度決定，故稱為溫度輻射，是光學(xué)溫度傳感的基礎(chǔ)。任何物體內(nèi)部的帶電粒子都處于不斷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)物體溫度高于熱力學(xué)溫度0時(shí)，它就會(huì)不斷地向周圍進(jìn)行電磁輻射。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)熱量最多的高溫區(qū)域總是位于光帶最邊緣處紅光的外面，那里并沒有可見光的輻射，從而發(fā)現(xiàn)了紅外光。然后用溫度計(jì)測(cè)量光譜中各種顏色的溫度，為與環(huán)境溫度進(jìn)行比較，他在彩色光帶附近放了幾支溫度計(jì)來(lái)測(cè)定周圍環(huán)境的溫度?？傊麄€(gè)設(shè)計(jì)分別從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，思路清晰，方案正確，并最終得出了總的電路圖，有很好的現(xiàn)實(shí)意義。其次，對(duì)遠(yuǎn)紅外測(cè)溫電路的硬件設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)分別從紅外傳感器、串聯(lián)穩(wěn)壓電源、同相放大器、低通濾波器和溫度補(bǔ)償部分共五個(gè)部分分別進(jìn)行方案選擇、參數(shù)計(jì)算、并給出了各模塊的電路圖以便更好的理解。1%；溫度分辨率:℃；電源電壓:+9V；微處理器:AT89C51；發(fā)射率:(可調(diào)),激光瞄準(zhǔn)。設(shè)計(jì)出光電檢測(cè)部分的具體電路圖（電源、放大器、濾波器以及溫度補(bǔ)償?shù)龋?，確定出各部分元件的具體參數(shù)，并結(jié)合單片機(jī)將設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中的臨界溫度寫入單片機(jī)，再配以終端顯示,可方便的對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀的自動(dòng)化和智能化，最終將電力設(shè)備因超溫所出現(xiàn)的故障給予解決。溫度不是特別高，對(duì)儀器的損壞也不是特別大，因此，設(shè)計(jì)一種測(cè)量更準(zhǔn)確，采樣波長(zhǎng)介于此區(qū)間內(nèi)的非接觸式遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀來(lái)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，有著充分的必要性。隨著電壓等級(jí)的提高，電力設(shè)備的負(fù)荷也越來(lái)越大，由于電力設(shè)備自身的造價(jià)都比較昂貴，因電力設(shè)備故障所帶來(lái)的事故，造成的損失往往也是巨大的。自二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展迅速，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大。電力設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中溫度過(guò)高，輕則損壞設(shè)備和系統(tǒng)，重則釀成重大事故，因此為使電力設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其溫度的測(cè)量是十分必要的，過(guò)去由于高壓的隔離問(wèn)題，使直接測(cè)量不能很好的解決，采用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫系統(tǒng)可以實(shí)行遠(yuǎn)距離的遙測(cè)，對(duì)關(guān)鍵電氣設(shè)備連接點(diǎn)測(cè)溫，作好每日溫度測(cè)量記錄，根據(jù)接處的情況和溫度變化決定是否進(jìn)行檢修，這在很大程度上減少了因?yàn)殡姎庠O(shè)備過(guò)熱而產(chǎn)生的事故的發(fā)生。在電力系統(tǒng)的各種電氣設(shè)備中，導(dǎo)流回路部分存在大量接頭、觸頭或連接件，如果由于某種原因引起導(dǎo)流回路連接故障，就會(huì)引起接觸電阻增大，當(dāng)負(fù)荷電流通過(guò)時(shí)，必然導(dǎo)致局部過(guò)熱，如果電氣設(shè)備的絕緣部分出現(xiàn)性能劣化或絕緣故障，將會(huì)引起絕緣介質(zhì)損耗增大，在運(yùn)行電壓作用下也會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱，還有些電氣設(shè)備(如避雷器和交流輸電線路絕緣瓷瓶)因故障而改變電壓分布狀況或增大泄漏電流，同樣會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)溫度分布異常。當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生缺陷或故障時(shí)，在缺陷部位的溫升將發(fā)生明顯的變化。設(shè)備在運(yùn)行中處于何種發(fā)熱狀態(tài)