【正文】 制。分光系統(tǒng)采用交叉復折式單光路光柵掃描結(jié)構，解決了儀器部件安裝空間與儀器體積之間的矛盾。1 分光系統(tǒng)的設計儀器采用光柵分光系統(tǒng)，以平面光柵為分光元件。因此其入射前應用一個準直物鏡將光源的入射光變?yōu)槠叫泄猓谄溲苌浜笮栌幸怀上裎镧R將平行單色光聚焦在其像面上，從而獲得按波長順序排列的譜線。(一)光柵的色散 (l)基本原理光柵的種類很多，有平面光柵、凹面光柵和階梯光柵等。反射式平面衍射光柵是在高精度平面上刻劃一系列等寬等間隔的刻痕所形成的元件。當一束平行的復合光入射到光柵上，光柵能將它按波長在空間分解為光譜，這是由于多縫衍射和干涉的結(jié)果。我們規(guī)定:垂直光柵刻痕的平面稱為光柵的主截面。相鄰刻痕對應的光線11’和22’的光程差為: （3—1）從波動光學可知，相干光束干涉極大值的條件為 （3—2） Principle of Plane raster chromatic dispersion由上兩式可得相鄰兩光線干涉極大值的條件—光柵方程式為 (3—3) 其中: i一入射角 θ一衍射角 d一刻痕間距，通常稱為光柵常數(shù) m一光譜級次，為整數(shù)，m==0，士l，士2，…(3—3)式可改寫為: (3—4) 由上式可明顯的看出，當光柵的光柵常數(shù)及入射角一定時，除零級外，在確定的光譜級中，波長越長的光束衍射角越大。(2)光柵的選取 光柵作為分光系統(tǒng)的色散元件，其性能直接影響儀器的性能，所以參數(shù)的選取至關重要。紅外傳感器是系統(tǒng)中一個很重要的部分。因此，選擇合適的、性能良好的傳感器對系統(tǒng)是十分重要的。 紅外傳感器類型常見的紅外傳感器有兩大類:熱探測器和光子探測器。熱探測器光電轉(zhuǎn)換的過程分為兩步:第一步是熱探測器吸收紅外輻射引起溫升，這一步對各種熱探測器都一樣。根據(jù)熱效應的不同，可把熱探測器分為測輻射熱計、測輻射熱電偶和熱電堆、熱釋電探測器和高萊管(氣動型)[8]。通過測量電學性質(zhì)的變化，可以確定紅外輻射的強弱。光子探測器的主要特點是靈敏度高，響應速度快，響應頻率高。按其工作原理，一般可分為外光電探測器和內(nèi)光電探測器兩種。 紅外傳感器主要性能指標(一)響應度光電探測器的響應度定義為單位光輻射功率在光電探測器上所產(chǎn)生的光電壓Vs或光電流Is，即 或者 (3—5)P為光輻射功率，、分別為電壓和電流響應度。以下以電壓信號為例對探測器的性能參數(shù)進行說明。所有導體、半導體無論其中有無電流流過，都有熱噪聲。I/f噪聲電壓大致與頻率的平方根成反比。.溫度噪聲溫度噪聲是環(huán)境溫度升降引起的，隨著通過探測器電流的增加而增加。本系統(tǒng)中選用的是熱釋電紅外探測器。物體的表面溫度它輻射的能量就越強。熱釋電紅外檢測克服了主動式技術不能分辨運的生物體與非生物體的缺點。在整個光波范圍率響應均勻。(二)熱釋電效應的定性分析熱釋電紅外探測器最重要的部件是熱釋電紅外傳感器。某些強介電物質(zhì)的表面接收了紅外線的輻射能量，其表面產(chǎn)生溫度變化，隨著溫度的上升或下降，在這些物質(zhì)表面就會產(chǎn)生電荷的變化，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應，是熱電效應的一種。若在欽酸鋇一類的晶體的上下表面鍍膜形成電極，在上表面加以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升△T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷△P，設該元件的電容量為C，則該元件的電壓為△P/C。因此，用熱釋電效應制成的紅外線傳感器往往需要在元件的前面加機械式的周期遮光裝置，以使此表面電荷周期出現(xiàn)才能實現(xiàn)測量。因此，紅外線探測器在探測靜止物體(包括人體)時需要加周期遮光裝置。a)電荷不移動情況 b)在紅外線照射下電荷移動情況 　 Pyroeleetric effect sketeh map(三)熱釋電紅外探測器的構成熱釋電紅外探測器由三大部件:熱釋電紅外傳感器、菲涅耳透鏡、專用信號電路共同構成。傳感器的結(jié)構由高熱釋電系數(shù)的酸鉛陶瓷以及擔酸鏗、硫酸三甘欽等配合濾光片構成。另外其內(nèi)部還有匹配噪聲結(jié)型場效應晶體管，用以實現(xiàn)阻抗變換、直流電平轉(zhuǎn)移【3】。配套熱釋外傳感器的信號處理電路有三種實現(xiàn)方式，一種是用分離元件來實現(xiàn)。一種是用全定制專用控制IC(InteCircult，集成電路，又稱芯片)配合幾個分離元件實現(xiàn)。綜合探測器的可靠性、穩(wěn)定性、功能豐富性、成本等因素，本系統(tǒng)采用基于第三種方式的LT型熱釋電紅外傳感器。是在室溫下使用、探測率最高、頻率響應最寬、紅外光范圍內(nèi)響應幾乎與波長無關的熱探測器。由于是相對測量，即測量樣品的吸收變化量，所以單純提高信號幅度并沒有用，要在提高幅度的同時，提高系統(tǒng)的信號對噪聲比率(S/N)，這就要求系統(tǒng)能在大的噪聲中提取光信號。自然界中的光都是時域的光，為了避開干擾光的影響，可采用切光器對光源進行調(diào)制，使其變?yōu)轭l率域的光。這樣就可避開電路設計上的一大難點:對微弱直流信號進行處理。然后再進入相敏檢測器，進一步抑制噪聲，并經(jīng)過低通濾波后把信號變?yōu)橹绷餍盘?，從而便于A/D處理。高放大倍數(shù)、而且增益自動可調(diào)。一個放大系統(tǒng)是否成功，關鍵在第一級。欲使放大系統(tǒng)具有良好的低噪聲特性，除使用好的低噪聲器件外，還要有周密的設計。本系統(tǒng)工作在低頻段，傳感器的原電阻是純電阻，用A/D公司的儀用放大器AD620做第一級放大器。AD620具有很高的精度，它的最大非線性失真為40ppm，最大輸入失調(diào)電壓為50uV從最大輸入失調(diào)電壓漂移為luV/℃。在1KHZ處輸入電壓噪聲為9，~。AD620只用一個外部電阻就能設置放大倍數(shù)為l一1000，功耗低。帶通濾波器的設計原則是頻帶內(nèi)的頻率要以相同的比例通過，而信號頻帶外的干擾要能有效地抑制。Q值是帶通濾波器好壞的一個重要指標，一般Q值越高，帶寬越窄，陡度系數(shù)越高，濾波性能越好。但參數(shù)調(diào)整困難，而且應用在頻率較高的場合，由于元件周圍的分布電容將嚴重影響濾波器的特性，使其偏離預定的工作狀態(tài)。MAX275是MAXlM公司推出的一款連續(xù)時間模擬集成有源濾波器，片內(nèi)硬件由4個運算放大器及若干電阻電容組成。每個二階節(jié)的中心頻率F0、轉(zhuǎn)折頻率、品質(zhì)因數(shù)Q、帶寬增益HOBP都由4個外部電阻確定，不需要外接電容。濾波器的中心頻率可以為:100Hz~300kHz。MAX275還可根據(jù)設計者的要求實現(xiàn)高至100的品質(zhì)因數(shù)Q。由于沒有外接電容，而且是單片結(jié)構，因而高頻場合時受分布電容的影響小，穩(wěn)定性較好。 The circuits of strap open and strain wave各電阻的計算可按以下步驟進行:R2=2*109/F0R4=R2*5KR3=2Q*109*Rx/F0*R1=R3/HOBP文中設計取=500Hz，取Q=，濾波器FC接5v，則=。則考慮對帶通信號進行了適當?shù)姆糯?，?dB。而變化量又非常小，所以對信噪比要求非常高，有必要采取進一步措施提高信噪比。這有別于一般的峰值檢測，是利用同步信號來切換開關，可大大提高信噪比。它不但能進一步抑制與有效信號不同頻率的噪聲干擾外，還能有效地抑制與有效同頻率而不同相位的各種信號。(l)電路結(jié)構，其中Ul:1為過零電壓比較器，Dl為檢波二極管。U1:2為差動放大器，對信號進行放大與合成。TLC2274有較高的電流驅(qū)動能力(50mA)，適宜應用于諸如A/D轉(zhuǎn)換這一類的接口電路。即，它的輸入或輸出電壓幅度即使達到電源電壓的上下限，此時放大器也不會像常規(guī)運放那樣發(fā)生飽和與翻轉(zhuǎn)。這在低電源供電的電路中尤其具有實際意義。此方波信號是控制電路電流流通的開關，為晶體三極管2N2222A提供基極電壓，控制電子開關的動作，決定晶體管集電極信號U3(t)。由電阻R和電容C組成的低通濾波器對運放U1：2輸出信號Uo(t)進行低通濾波，可得到直流信號，此信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機，進過處理后就可得到樣品溶液的濃度。 phase sensing Detcetor circuit 計算機系統(tǒng)，主要由單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、時鐘電路、看門狗電路、液晶顯示器、打印機、串行通信接口電路、控制面板、驅(qū)動電機等幾個部分組成。 計算機系統(tǒng)結(jié)構框圖 The frame of the Computer系統(tǒng)通過實時時鐘來記錄測量時間，DSl302是高性能、低功耗的時鐘芯片，為系統(tǒng)提供秒、分、時、日、周、月、年等信息。為提高人機交互能力，系統(tǒng)采用漢字點陣液晶顯示器，配合三個功能按鍵，實現(xiàn)多級菜單。系統(tǒng)還具有與PC機通信的功能，可將測量結(jié)果通過串口傳送到計算機，由計算機對各次的測量結(jié)果進行綜合處理。 單片機設計(l)單片機選型單片機(SingleChip Mieroeomputer)是將中央處理器CPU、程序存儲器ROM、數(shù)據(jù)存儲器RAM、I/O接口電路、定時器/計數(shù)器、串行通信接口、中斷控制器及其它控制部件集成在一個芯片中的微型計算機。本系統(tǒng)中信號的采樣、數(shù)據(jù)處理、濃度的計算、與PC機串行通信、為步進電機驅(qū)動器提供步進脈沖等任務由單片機完成，在此選用ATMEL公司的AT89C52單片機。其主要性能參數(shù)如下:8k字節(jié)的可重擦寫的Flash閃速存儲器全靜態(tài)操作:0Hz一24MHz256*8字節(jié)內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存儲器3個16位定時/計數(shù)器4個中斷優(yōu)先級，6個中斷源采用CMOS工藝，低功耗，寬二作電壓，工作頻率可達33MHz同時，AT89C52可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。所以設計中采用A/D轉(zhuǎn)換電路，將測得的信號模擬量與處理系統(tǒng)的數(shù)字信號建立起對應關系，以便計算機系統(tǒng)執(zhí)行運算任務，A/。設計中采用的是美國AD公司生產(chǎn)的一△型高精度模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7705. A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié)構 Strueture of A/D converting circuit(一)AD7705功能介紹A/D轉(zhuǎn)換器選用美國AD公司生產(chǎn)的藝一△型高精度模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7705。AD7705是AD公司推出的16位一△(電荷平衡式)A/D轉(zhuǎn)換器。此外它還具有高分辨率、寬動態(tài)范圍、校準、低功耗及優(yōu)良的抗噪聲性能，因此非常適用于儀表測量和工業(yè)控制等領域[3]。這些寄存器的任何操作都必須先寫通信寄存器，然后才能對其他寄存器進行操作。RSRSRS0器選擇位。STBY為高電平則處于等待或掉電模式。2)設置寄存器設置寄存器是一個8位讀/寫寄存器。G2.、GI、G0為增益選擇位，G2G1G0=。3)時鐘寄存器時鐘寄存器是一個8位讀/寫寄存器。如果主時鐘頻率為1MHz(CLKDIV=0)或2MHz(CLKDIV=l)，該位置“0”。4)數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器是一個16位只讀寄存器，它用來存放AD7705的最新轉(zhuǎn)換結(jié)果。6)零標度校準寄存器AD7705包含幾組獨立的零標度寄存器，每個零標度寄存器負責一個輸入通道。7)滿標度校準寄存器AD7705包含幾組獨立的滿標度寄存器，每個滿標度寄存器負責一個輸入通道。(三)AD77OS與單片機的接口電路[5]，AD7705對前級信號調(diào)理電路輸出的兩路直流電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，為了能用軟件有效地控制AD77O5的復位，這樣可以保證AD7705能可靠的復位。為AD7705提供數(shù)據(jù)讀寫時鐘，、DOUT相連，作為數(shù)據(jù)的輸入輸出線。本系統(tǒng)采用DSl302芯片。DS1302是美國Dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以實時的對秒、分、時、日、周、月等進行計時，且具有閏年補償功能。通過簡單的3線串行方式接口，~。在主電源關閉的情況下，能保持時鐘的連續(xù)運行。實時時鐘舊歷提供秒、分、時、日、周、月和年等信息。實時時鐘舊歷還包括了閏年矯正功能。與時鐘/RAM通信僅需3根線:RST(復位)、I/O(數(shù)據(jù)線)和SCLK(串行時鐘)。DSl302被設計成能在非常低的功耗下工作，消耗小于luw的功率便能保存數(shù)據(jù)和時鐘信息。DS1302采用DIP或SOICS腳封裝，: DS1302 引腳功能 function of DS1302引腳名稱功能1Vcc2主電源3XX2振蕩源，外接32768 晶振4GND地線5RST復位6I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向）7SCLK串行時鐘輸入端8Vcc1后備電源(二)DSl302的控制字及寄存器1)DSl302的控制字節(jié)說明控制字節(jié)格式如下: 7 65 4 3 2 1 0 1 A4A3 A2 A1A0 控制字節(jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫人到DS1302中。位5至位1指示操作單元的地址。2)DS1302的寄存器DS1302共有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式