【正文】 .......... 39 附錄 A 特殊功能寄存器地址表 ................................................................................. 40 附錄 B 單片機(jī)的源程序 ............................................................................................. 41 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................................................................... 42 致 謝 ............................................................................................................................... 43 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 1 1 緒論 測(cè)量是人類認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)不可缺少的手段，通過對(duì)事物的測(cè)量能獲得定量的概念和發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律性，而溫度是確定物質(zhì)狀態(tài)的參數(shù)之一，在許多工業(yè)中溫度信息的獲得具有很重要的意義。對(duì)于一些波動(dòng)物體、移動(dòng)物體、熱容量小的物體和腐蝕性較強(qiáng)的物體，在接觸法測(cè)溫不可能實(shí)現(xiàn)時(shí)，輻射測(cè)溫法被廣泛應(yīng)用著。 對(duì)于檢測(cè)目標(biāo)溫度在 27～ 227℃之間的設(shè)備而言，其紅外輻射能量的波長范圍為 5um～ 14um，屬于遠(yuǎn)紅外 波段，即使用遠(yuǎn)紅外光來測(cè)量設(shè)備的溫度 。 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀也因此而得名，簡言之，就是利用遠(yuǎn)紅外光譜來對(duì)設(shè)備進(jìn)行溫度的測(cè)量。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展概況 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫技術(shù)在產(chǎn) 品質(zhì)量監(jiān)測(cè)、設(shè)備在線故障診斷、安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面正發(fā)揮著重要作用。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫技術(shù)是一種利用 透鏡裝置采集遠(yuǎn) 紅外 光譜來 測(cè)出設(shè)備在使用過程中 的 溫度從而掌握其狀態(tài)，極早發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報(bào)故障 的 發(fā)展趨勢(shì)。下面就國內(nèi)、外的發(fā)展 狀況和發(fā)展趨勢(shì)分別 加以說明。因此，人們開始認(rèn)識(shí)到發(fā)展故障診斷技術(shù)的重要性。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫 儀 和診斷技術(shù)除 應(yīng)用 在電力部門外，在其他民用領(lǐng)域 也 有多種應(yīng)用。從 1979年開始，對(duì)于設(shè)備診斷技術(shù)，從維修體制改革著眼、探求設(shè)備壽命周期費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性來研究這個(gè)問題。 20世紀(jì) 70 年代以后，軍事遠(yuǎn) 紅外技術(shù)又逐漸向民用方面轉(zhuǎn)化，紅外加熱和干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、交通等各個(gè)行業(yè)。 在軍事方面， 遠(yuǎn) 紅外技術(shù)可用于軍事目標(biāo)探測(cè)、通信和夜視。在民用方面， 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫技術(shù) 廣泛用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)及科學(xué)研究等。其次利用 遠(yuǎn) 紅外技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程進(jìn)行有效地監(jiān)視，從而對(duì)這些過程進(jìn)行控制。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫在電力設(shè)備中的應(yīng)用 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀 在諸 多 領(lǐng)域的 應(yīng)用 中 最普通的有： 汽車工業(yè)：診斷汽缸和加熱／冷卻系統(tǒng)。 電氣：檢查有故障的變壓器、電氣面板和接頭。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀主要應(yīng)用在高壓電力設(shè)備運(yùn)行時(shí)溫度的測(cè)量上，這種測(cè)量對(duì)電力設(shè)備本身的安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和使用壽命都有著重要意義。設(shè)備在運(yùn)行中處于何種 發(fā) 熱狀態(tài)，直接反映了設(shè)備工作是否正常。當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生缺陷或故障時(shí)，在缺陷部位的溫升本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 3 將發(fā)生明顯的變化。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)荷電流通過時(shí)，必然導(dǎo)致局部過熱，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。 電力設(shè)備運(yùn)行過程中 溫度過高，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，過去由于高壓的隔離問題，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)備過熱而產(chǎn)生的事故的發(fā)生。 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫 儀 的研究意義 及功能實(shí)現(xiàn) 自二十世紀(jì)九十年代以來，我國電力工業(yè)發(fā)展迅速，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大。隨著電壓等級(jí)的提高，電力設(shè)備的負(fù)荷也越來越大，由于電力設(shè)備自身的造價(jià)都比較昂貴，因電力設(shè)備故障所帶來的事故，造成的損失往往也是巨大的。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，采樣波長介于此區(qū)間內(nèi)的非接觸式遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀 來監(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。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_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。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) 。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?？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。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)來測(cè)定周圍環(huán)境 的 溫度。經(jīng)過反復(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。 紅外輻射及紅外光譜 紅外輻射的產(chǎn)生 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0K 時(shí)，它就會(huì)不斷地向周圍進(jìn)行電磁輻射。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)。當(dāng)溫度升到 1500℃ 時(shí)，便開始發(fā)出白色光。圖 是太陽光的分光實(shí)驗(yàn)示意圖。 一個(gè)熾熱物體向外本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫原理 6 輻射的能量大部分是通過紅外線輻射出來的。紅外線和所有電磁波一 樣，是以波的形式進(jìn)行直線傳播的，紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。 遠(yuǎn) 紅外輻射與可見光的區(qū)別 紅外輻射是最為廣泛的電磁輻射， 而遠(yuǎn)紅外輻射因其波長范圍 （ 5um～ 14um）比較 特殊，更具有代表性，在測(cè)溫儀中的應(yīng)用更廣。運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之愈小。 同時(shí)， 遠(yuǎn) 紅外輻射除具有電磁輻射的一般性質(zhì)外，還具有一些與可見光不同的獨(dú)有的特性如下： ○ 1 遠(yuǎn) 紅外線對(duì)人眼不敏感，是不可見的，必須用對(duì)紅外線敏感的紅外控測(cè)器才能接收到，所以 遠(yuǎn) 紅外技術(shù)在軍事上具有特殊的用途。 ○ 3 遠(yuǎn) 紅外線的熱效應(yīng)比可見光要強(qiáng)得多。 紅外光譜 紅外線 同 其他任何光一樣，也是一種客觀存在的物質(zhì)。 圖 電磁波譜各種輻射能按波長的分布圖 任何物體都會(huì)以電磁波的形式向外輻射能量，這種 能量叫做輻射能。在物理學(xué)中，可見光、不可見光 (紫外線、 ? 射線、 ? 射線各微波 )、紅外線及無線電波等都本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫原理 7 是電磁波， 在真空中以光速 （ 3*108 m/s） 傳播， 它們的差別只是波長不同而已。紅外線處在微波與紅光之間，它占有的電磁波譜范圍的波長是 ～ 1000181。一般 情況下， 又把紅外線分為四個(gè)較小的波段范圍，即近紅外（ ～3181。m～ 6181。m～ 14181。m～ 1000181。 紅外光在金屬中傳播衰減很大，但紅外輻射能透過大部分半導(dǎo)體和一些塑料，大部分液體對(duì) 遠(yuǎn) 紅外輻射吸收非常大。 電磁輻射都具有以下共同特點(diǎn)：電磁輻射都可以橫波形式進(jìn)行傳播，即電磁波的振動(dòng)方向與傳播方向垂直；電磁輻射在真空中的傳播速度相同，都等于光在真空中的傳播速度；電磁輻射的傳輸并不需要介質(zhì)。從紫色光到紅色光的熱效應(yīng)是逐漸增大的，且最大的熱效應(yīng)出現(xiàn)在紅外輻射的頻譜范圍內(nèi)， 從 可見光到紅外輻射有明顯的熱效應(yīng)， 故 又 將紅外輻射稱為熱輻射。 而 熱釋電效應(yīng)是熱效應(yīng)的一種， 在紅外線間隙的照射下， 若使某些強(qiáng)介電常數(shù)物質(zhì) （鈦酸鋇） 的表面溫度發(fā)生變化，在這些物質(zhì)表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化，上下表面設(shè)置電極，在正表面加以黑色膜 。 但 熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷不是永存的，只要它出現(xiàn)，很快就會(huì)被空氣中的各種離子所結(jié)合。 紅外吸收 大氣是紅外輻射的主要傳輸介質(zhì) ,而 組成大氣的 對(duì)稱雙原子分子 ,在紅外線傳輸過程中不會(huì)引起分子電偶極矩的變化， 不會(huì)造成傳輸衰減 ,不吸收 15um 以下的紅外線。在實(shí)際大氣中，還存在著許多大小為 110? ～ um710? 的液態(tài)和固態(tài)的懸浮物 也會(huì)對(duì)紅外線發(fā)生強(qiáng)烈散射或吸收，導(dǎo)致紅外傳輸?shù)乃p。 相關(guān)定律介紹 紅外輻射的基本定律 紅外輻射的基本定律：當(dāng)輻射能 0Q 入射到物體上時(shí)，一部分能量通過表面透入物體，這部分 能量，一部分被吸收，另一部分被透過物體。 當(dāng) ? =l 時(shí)，則 q=? =0,說明入射到物體上的輻射能全部被反射，此類物體稱之為“絕對(duì)白體”；當(dāng) q=1 時(shí)，則 ? =? =0，說明入射到物體表面上的輻射能全部被吸收，具有這種性質(zhì)的物體稱之為“絕對(duì)黑體”，或簡稱“黑體”；當(dāng) ? =1時(shí)，則 ? =q=0，即入射到物體表面上的輻射能全部穿透過去了，具有這種性質(zhì)的物體稱之為“絕對(duì)透明體”。且在溫度平衡情況下，其吸收率等于發(fā)射率。 黑體輻射定律 能夠在任何溫度下全部吸收 以 任何波長入 射 或 輻射的物體稱作黑體。自然界中并不存在真正的黑體，在理論研究中必須選擇合適的模型，普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出普朗克黑體輻射定律，即以波長表示黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn)，故稱黑體輻射定律。物體的紅外輻射能量大小以其按波長的分布與他的表面溫度關(guān)系密切。處在熱平衡狀態(tài)的理想黑體在溫度 T 時(shí)均勻地向四周輻射，從絕對(duì)黑體發(fā)射出來的單 色輻射強(qiáng)度 ?0E 隨波長的變化規(guī)律由普朗克定律確定 ?0E = 1C 5?? （ 12 ?tce? ） 1? 式 () 式中， 1c 第一輻射常數(shù)， 1c = 22hc? = 5 410?? W181。 2c 第二輻射常數(shù)， 2c = khc = 79 m?410?? .K 其中λ為波長， T 為絕對(duì)溫度。式 ()稱為黑體全輻射定律。而且黑體單位面積發(fā)射的總輻射功率與其開氏溫度的四次方成正比。 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫的特性介紹 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫與接觸測(cè)溫的區(qū)別 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫 屬于無損檢測(cè)的范疇，它區(qū)別于傳統(tǒng)的接觸測(cè)溫 ,是非接觸測(cè)溫 , 是利用紅外輻射原理將遠(yuǎn)紅外輻射特性的分析技術(shù)和方法應(yīng)用于對(duì)設(shè)備或其他物體進(jìn)行檢驗(yàn)和測(cè)量的綜合工程技術(shù)。 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫不僅可以測(cè)量溫度高、有腐蝕性、高純度的 物體 ,而且可以測(cè)量導(dǎo)熱性差的、小熱容量、微小的目標(biāo)、運(yùn)動(dòng)的物體以及進(jìn)行固體、液體表面溫度的測(cè)量 ,其測(cè)溫速度快、 操作安全、 測(cè)溫范圍寬、靈敏度高、 檢測(cè)效率高、測(cè)量精度高（ 1%以內(nèi) ）、 對(duì)被測(cè)溫場無干擾、熱惰性誤差小 ,可用于顯微和遠(yuǎn)距離測(cè)溫 ,特別是可測(cè)二維溫度場的熱