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2 儀器結(jié)構(gòu)與測溫原理
2·1 測量原理
如圖1所示,反射鏡與探測器對稱地置于待測表面法線的兩側(cè)。當(dāng)反射鏡不起作用時,探測器接收到的輻射能P1為
式中:D為光瞳口徑,f′為光學(xué)接收系統(tǒng)的焦距,τ0為大氣的傳播系數(shù),A為探測器的靈敏元面積,η為調(diào)制盤的調(diào)制系數(shù),ελ為溫度為T的待測目標(biāo)在波長λ處的發(fā)射率,Lλ為溫度為T的黑體在波長λ處的輻射出射度,τλ為光學(xué)系統(tǒng)對波長為λ的光的總透過率。
當(dāng)反射鏡起作用時,反射鏡將紅外輻射反射回待測區(qū)域的單色輻射能為
并結(jié)合式(1)或式(2),即可求出待測表面的溫度。式(6)中,h為Planck常數(shù),k為Boltzmann常數(shù),c為光速。
2·2 儀器結(jié)構(gòu)
該儀器主要由光學(xué)接收系統(tǒng)、號放大與處理系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)三部分組成。工作時,接收鏡頭接收到的光號(P1、P2),經(jīng)窄帶干涉濾光片濾光后,再經(jīng)由PIN硅光電二極管構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電號。該號經(jīng)前置放大、選頻放大、脈寬壓縮、模-數(shù)轉(zhuǎn)換后送入8031單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,計算出待測表面的發(fā)射率及溫度。
電路中所需的各種觸發(fā)與同步號,均由同步光電系統(tǒng)產(chǎn)生:透過調(diào)制盤上鑲嵌的同步濾光片的光號,先經(jīng)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成電號,再經(jīng)整形放大后送入8031單片機(jī),適當(dāng)延時后分別去觸發(fā)、同步各個需要觸發(fā)和同步的號。
調(diào)制盤的結(jié)構(gòu)簡圖見圖2。其中1、2、4號窗口貼的是波長為0·80μm的窄帶干涉濾光片(帶寬20nm)。3號窗口貼的是波長為1·00μm的濾光片,帶寬約0·1μm(無嚴(yán)格要求)。5、6號窗口貼的是波長為1·00μm的濾光片(帶寬也無嚴(yán)格要求)。調(diào)制盤的轉(zhuǎn)速為1 200 r/min。
調(diào)制盤的具體調(diào)制情況如下:(1)當(dāng)待測表面的光輻射透過3號窗口到達(dá)反射鏡、并由反射鏡反射后再次穿過3號濾光片回到待測區(qū)域時,1號窗口正對探測器。對于這種情況,反射鏡不起作用。這是因為透過3號濾光片后又回到待測區(qū)域的光的中心波長為1·00μm,帶寬約0·1μm。而1號窗口只能通過中心波長為0·80μm、帶寬僅20 nm的光,因此探測器接收到的僅是“直射”能(P1);此時,由5號窗口透過的光輻射形成觸發(fā)、同步號;(2)當(dāng)待測表面的光輻射透過4號窗口到達(dá)反射鏡、并由反射鏡反射后再次穿過4號窗口回到待測區(qū)域時,2號窗口正對探測器。對于這種情況,反射鏡起作用。探測器接收到的是“直射”能與“反射”能之和(P2);此時,由6號窗口透過的光輻射形成觸發(fā)、同步號;(3)當(dāng)待測表面的光輻射透過1號窗口到達(dá)反射鏡時,3號窗口正對探測器。情況與(1)類似,不同的只是探測器接收到的是波長為1·00μm的光輻射。后續(xù)電路雖對該號進(jìn)行放大處理,但因模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路沒有觸發(fā)號和同步號,因此不對其進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換;(4)當(dāng)待測表面的光輻射透過2號窗口到達(dá)反射鏡時,4號窗口正對探測器。情況與(3)類似,不同的只是探測器接收到的是波長為0·80μm的光輻射。后續(xù)電路雖對該號進(jìn)行放大處理,但同樣因模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路沒有觸發(fā)號和同步號,故不對其進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換。
實行電源分組供電，例如：將執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動電源與控制電源分開，以防止設(shè)備間的干擾。
（5）采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅(qū)動器對其它設(shè)備的干擾。該措施對以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。
（6）采用隔離變壓器。考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初、次級線圈的互感耦合，而是靠初、次級寄生電容耦合的，因此隔離變壓器的初、次級之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，以提高抵抗共模干擾能力。
（7）采用高抗干擾性能的電源，如利用頻譜均衡法設(shè)計的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機(jī)干擾非常有效，它能把高尖峰的擾動電壓脈沖轉(zhuǎn)換成低電壓峰值（電壓峰值小于TTL電平）的電壓，但干擾脈沖的能量不變，從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力。
低功耗
產(chǎn)品的功耗是各個功能單元功耗的總和，只有降低各個功能單元的功耗才能使得總得功耗降低，增加產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和壽命。隔離器主要在輸入、輸出、電源、隔離四個單元進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。
1、 輸出單元模塊的自適應(yīng)負(fù)載技術(shù)
輸出模塊可以根據(jù)負(fù)載的大小動態(tài)調(diào)整輸出模塊的輸出功率，從而減少自身的發(fā)熱。傳統(tǒng)的負(fù)載設(shè)計是根據(jù)額定負(fù)載的大小設(shè)計輸出功率，當(dāng)輸出負(fù)載非常小時，多余的負(fù)載功率就耗散在儀表內(nèi)部，從而時儀表自身發(fā)熱。假設(shè)一臺隔離器的輸出負(fù)載設(shè)計為750歐姆，那么輸出驅(qū)動功率一般設(shè)計為0.5W。如果在實際應(yīng)用中此隔離器的負(fù)載使用在50歐姆的環(huán)境下，那么就有 0.5W-0.02W = 0.48W的功率轉(zhuǎn)換為儀表自身的發(fā)熱。如果時多路輸出將產(chǎn)生更多的熱量，而降低輸出模塊的額定功率在實際應(yīng)用中又難以應(yīng)付市場的復(fù)雜狀況。
2、隔離單元模塊的低功耗改進(jìn)
隔離單元是決定產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的重要單元。
隔離技術(shù)主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接調(diào)制耦合，反饋調(diào)制耦合等多種形式，具體采用什么形式要根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)而定。總的來講可以大致分為開關(guān)量號采用光隔離，模擬量號采用磁隔離的方式。從技術(shù)復(fù)雜程度來看，磁隔離比光隔離處理技術(shù)復(fù)雜，采用磁隔離技術(shù)，設(shè)計者可以根據(jù)技術(shù)指標(biāo)采用合適的設(shè)計方案，隔離的線性、精度可以根據(jù)產(chǎn)品的要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴器件廠家提供的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計人員可以調(diào)整的方式很少，也不可能超過廠家提供的技術(shù)指標(biāo)。由于功耗大，光電隔離也不能實現(xiàn)無源隔離。磁隔離模式有電流互感模式、電流互感反饋模式、電壓互感模式、電壓互感反饋模式、電流互感功率補(bǔ)償模式等，電流互感功率補(bǔ)償模式是相對來說功耗低的模式。
3、電源模塊
電源的技術(shù)指標(biāo)是基礎(chǔ)，決定產(chǎn)品的性能。流行的電源拓?fù)湫问诫m然非常多，也很成熟。
優(yōu)越性
在各個過程環(huán)路中使用號隔離辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場帶隔離的變送器（部分設(shè)備可以做到），也可以使用號隔離器來實現(xiàn)。比較起來，用號隔離器有以下優(yōu)點：
● 絕大部分情況，采用號隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜。
● 號隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優(yōu)越。
● 號隔離器應(yīng)用靈活，而且它還有型號轉(zhuǎn)換和 號分配功能，使用起來更加方便。
● 號隔離器通常有單通道、雙通道、一入二出等通道形式，通道間相互完全獨立，構(gòu)成系統(tǒng)的配置、日常維護(hù)更加方便。
焦作修武溫州盾開電氣有限公司創(chuàng)造新的 電涌保護(hù)器,信號隔離器，但從來沒有模仿。公司得發(fā)展不能沒有客戶的支持。站在新的起點，我們將回報以更受歡迎的 電涌保護(hù)器,信號隔離器產(chǎn)品，優(yōu)良的品質(zhì)和良好的服務(wù)給予我們的客戶，歡迎各界商友洽談合作。本廠提供 電涌保護(hù)器,信號隔離器產(chǎn)品開發(fā),來樣來圖定做，承接各類訂單，歡迎咨詢。
號隔離器位于二個系統(tǒng)通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時要使隔離器輸入輸出模式（電壓型、電流型、環(huán)路供電型等）適應(yīng)前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強(qiáng)度﹑總線通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能，例如噪音與精度有關(guān)、功耗熱量與可靠性有關(guān)，這些需要使用者慎選。總之，適用、可靠、產(chǎn)品性價比是選擇隔離器的主要原則。
注意事項
由于生產(chǎn)廠家不同，對隔離器的生產(chǎn)工藝、接線定義也不都相同，但使用場合基本相同，所以對產(chǎn)品的防護(hù)要求及維護(hù)基本相同。
1． 使用前應(yīng)詳細(xì)閱讀說明書。
2． 作為號隔離使用時，應(yīng)將輸入端串入環(huán)路電路中，輸出端接取樣回路。
3． 作為隔離配電使用時，應(yīng)將輸入端并入電源電路中，輸出端接變送器。
4． 若不正常工作應(yīng)先檢查接線是否正確，注意電源有無及極性反正。
作用
（1）地環(huán)流干擾
在工業(yè)生產(chǎn)過程中實現(xiàn)和控制需要用到各種 自動化 儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們之間的號傳輸既有弱到毫伏級、毫安級的小號；又有幾十伏，數(shù)千伏、數(shù)百安培的大號；既有低頻直流號，也有高頻脈沖號等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間傳輸相互干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作，出現(xiàn)這種情況除了每個儀器、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響，還有一個十分重要的原因就是各種儀器設(shè)備根據(jù)要求和目的都需要接地,例如為了，機(jī)殼需要接大地；為了使電路正常工作，系統(tǒng)需要有公共參考點；為了抑制干擾加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于儀表和設(shè)備之間的參考點之間存在電勢差（也就是各設(shè)備的共地點不同）因而形成“地環(huán)流”、“接地環(huán)流”問題是在系統(tǒng)處理號過程中必須解決的問題。
（2）自然干擾
雷電是一種主要的自然干擾源，雷電產(chǎn)生的干擾可以傳輸?shù)綌?shù)千公里以外的地方。雷電干擾的時域波形是疊加在一串隨機(jī)脈沖背景上的一個大尖峰脈沖。宇宙噪音是電離輻射產(chǎn)生的，在一天中不斷變化。太陽噪音則隨著太陽活動情況的劇烈變化。自然界噪聲主要會對通訊產(chǎn)生干擾，而雷電能量尖蜂脈沖可以對很多設(shè)備造成損壞，應(yīng)該加以避免或降低損壞程度，減少損失。
（3）人為干擾
電磁干擾產(chǎn)生的根本原因是導(dǎo)體中有電壓或電流的變化，即較大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能夠使導(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射。一方面，人們可以利用這一特點實現(xiàn)特定功能，例如，無限通、雷達(dá)或其他功能，另一方面，電子設(shè)備在工作時，由于導(dǎo)體中的dv/dt或di/dt會產(chǎn)生伴隨電磁輻射。無論主觀上出于什么目的，客觀上對電磁環(huán)境造成了污染。還有工廠企業(yè)在生產(chǎn)過程中會經(jīng)常有一些大型的設(shè)備（電機(jī)、 變頻器 ）頻繁開關(guān)，他們也會造成一些容性、感性的干擾，也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場合，肯定會有電磁干擾存在。數(shù)字脈沖電路就是一種典型的干擾源，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用,電磁污染情況會越來越嚴(yán)重.
優(yōu)越性
在各個過程環(huán)路中使用號隔離器辦法可以用DCS或 PLC 等隔離卡件或者現(xiàn)場帶的隔離的變送器（部分設(shè)備可以做到），也可以用號隔離器來實現(xiàn)。比較起來，用號隔離器有以下優(yōu)點：
·絕大部分情況，采用號隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜
·號隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優(yōu)越
·號隔離器應(yīng)用靈活，而且它還有號轉(zhuǎn)換和號分配及接口轉(zhuǎn)換等功能，使用起來更加方便
·號隔離器通常有單通道、雙通道、通道間相互完全獨立、構(gòu)成系統(tǒng)的配置、日常維護(hù)更加方便。
操作原則
經(jīng)典案例可以說明號隔離的重要性：某大型公司的生產(chǎn)線調(diào)試中。控制系統(tǒng)的號輸入板有八個通道，八個通道共用一個A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過變換后，由光電耦合元件實現(xiàn)與主機(jī)電路的隔離。但它的八個通道輸入之間并沒有隔離，八個通道輸入號每個單獨接入控制系統(tǒng)均正常，接入多于兩個外部號時，控制系統(tǒng)顯示數(shù)字亂跳，故障無法排除。
又如某鍋爐控制系統(tǒng)檢測鍋爐各點溫度，使用K分度熱電偶作為傳感器，同上述相似，僅檢測一點均正常，但是向控制系統(tǒng)接入兩點以上熱電偶時，控制系統(tǒng)顯示的溫度明顯錯誤。
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