黑體腔型高溫測量計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路領(lǐng)域，具體地，涉及一種黑體腔型高溫測量計。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫測量，在科研及工業(yè)生產(chǎn)過程中占有極其重要的地位，目前依然主要使用的仍然是鉬銠系列的貴金屬熱電偶，由于貴金屬材料資源稀缺，價格昂貴，并且提煉和回收能造成環(huán)境污染，因此限制了其應用，迫切要求新方法的出現(xiàn)。自從美國國家標準局R.R.Dils提出黑體腔型接觸式光纖高溫測量方法之后，基于黑體輻射的高溫計便得到了人們的重視和研究。這種方法具有測量準確、抗干擾能力強、安裝使用方便等優(yōu)點，由于不使用貴重金屬，因此使用成本很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為提高高溫測量的智能性和精確性，本發(fā)明公開了一種黑體腔型高溫測量計。
[0004]本發(fā)明所述黑體腔型高溫測量計，包括伸入黑體腔的傳輸光纖，所述傳輸光纖與光電探測器連接，所述光電探測器輸出端經(jīng)過信號調(diào)理電路后，輸入到AD轉(zhuǎn)換器，還包括與AD轉(zhuǎn)換器連接的單片機控制系統(tǒng)，所述單片機控制系統(tǒng)與顯示設備、DA轉(zhuǎn)換器和計算機接口數(shù)據(jù)連接。
[0005]優(yōu)選的，所述單片機控制系統(tǒng)為MSC1211。
[0006]優(yōu)選的，所述信號調(diào)理電路為0P07。
[0007]本發(fā)明所述黑體腔型高溫測量計，采用單片機作為黑體式光電高溫計的信息處理單元，比通常使用的分立元件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、體積小、集成度高、可靠性好，可以輸出多種信號形式，并且使得整個系統(tǒng)在集成化程度、分辨率、穩(wěn)定性、可靠性方面大大提高。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明一種【具體實施方式】示意圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0010]本發(fā)明所述黑體腔型高溫測量計，包括伸入黑體腔的傳輸光纖，所述傳輸光纖與光電探測器連接，所述光電探測器輸出端經(jīng)過信號調(diào)理電路后，輸入到AD轉(zhuǎn)換器，還包括與AD轉(zhuǎn)換器連接的單片機控制系統(tǒng)，所述單片機控制系統(tǒng)與顯示設備、DA轉(zhuǎn)換器和計算機接口數(shù)據(jù)連接。
[0011]黑體式光電高溫計由黑體腔、光電探測器以及信號處理電路組成，如圖1所示。將黑體腔插入被測量介質(zhì)中，使其直接接觸被測介質(zhì)溫度，并發(fā)出與被測溫度成一定關(guān)系的輻射信號，通過光纖把信號送給光電探測器，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后將電信號送至信號處理器即可進行待測溫度的計算、補償、顯示和遠傳等。
[0012]MSC1211是一款增強型8051內(nèi)核低功耗單片機，它有許多優(yōu)良特性，比如，它內(nèi)部有高達32kB的FLASH存儲器，SRAM達1.2kB,有多達21個中斷源，執(zhí)行速度比標準8051快
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[0013]整個系統(tǒng)的主要任務是黑體腔感知溫度發(fā)出輻射信號，調(diào)理電路將輻射信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換進入信號處理器，計算出溫度值，并能輸出電流或電壓信號，以供傳輸或二次儀表使用。最終選擇MSC1211作為信號處理的核心元件，主要是基于以下考慮:
(I)24位Σ-Λ A/D轉(zhuǎn)換器，這是實現(xiàn)高精度測溫的重要保證；(2)內(nèi)部包含完整的前向通道和后向通道DAC，使用非常方便，這樣功能完備的片上系統(tǒng)，需要的外圍電路很少，整機結(jié)構(gòu)顯得非常簡潔，并且可靠性高。見圖1虛線框內(nèi)，原本A/D轉(zhuǎn)換、單片機控制系統(tǒng)、D/A轉(zhuǎn)換三部分的內(nèi)容，用一個MSC1211單片機就可以取代。
[0014]如圖1，光信號通過光電探測器轉(zhuǎn)換為電流信號，再通過調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為合適的電壓信號，進入以MSC1211為核心的信號采集和處理系統(tǒng)，MSC1211內(nèi)部包含完整的前向通道，有多路開關(guān)，可以選擇差分輸入的形式或者單端對地輸入形式。在這個通道上，還可以選擇使用緩沖器，其內(nèi)部放大器為可編程增益放大(PGA)在1~128之間可調(diào)，這樣對于一些輸出微弱信號的傳感器就比較方便，可以直接接入MSC1211的輸入端，無需在電路中再增加中間放大環(huán)節(jié)，這對于系統(tǒng)設計是十分有利的。通過改變命令寄存器的方式設置內(nèi)部通道的功能，用指令就可以選擇輸入緩沖器，設置放大增益，控制通道開關(guān)切換，進行偏移校正等。
[0015]多路開關(guān)，通過寄存器ADMUX來選擇。MSC1211可以自動檢測這些信號輸入引腳是否開路或短路。另外該電路還可以檢測自身溫度。電路的測溫二極管就連接到ADC的輸入端，此時其余通道開路。這有利于器件自身的保護，當芯片溫度過高時，可以通過強制電路進入空閑模式使系統(tǒng)降溫。
[0016]調(diào)理電路輸出的電壓范圍需要調(diào)整，使用偏移DAC非常方便。偏移DAC是一個可編程的電壓源，模擬輸入信號首先與偏移DAC的輸出電壓相加，然后經(jīng)PGA放大，最后送到Σ - Δ A/D進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0017]信號輸出有三種可以選擇:4mA?20mA標準電流信號,模擬S型熱電偶電壓輸出信號和模擬B型熱電偶電壓輸出信號。在這里充分體現(xiàn)了 MSC1211的強大功能，它不但具有片上四通道16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，并且具有電壓和電流兩種輸出形式，非常符合設計要求。由于熱電偶的輸出電壓信號比較小，都在幾十毫伏量級，所以需要在數(shù)模轉(zhuǎn)換之后對其進行適當?shù)谋壤{(diào)整，可以用精密運算放大器0P07來完成。
[0018]串口通訊的主要任務是通過上位機對擬合曲線參數(shù)進行修正。本系統(tǒng)采用串口中斷的方法，通過MAX232電路實現(xiàn)系統(tǒng)與PC主機的串行通信。MSC1211片上集成了兩個UART串行接口，用戶可以方便地通過它讀寫數(shù)據(jù)。對串口 O的控制是通過2個特殊功能寄存器SCONO和PCON來實現(xiàn)的，串口 I與其類似，通過SCONl和EICON來實現(xiàn)。
[0019]如上所述，可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。
【主權(quán)項】
1.黑體腔型高溫測量計，其特征在于，包括伸入黑體腔的傳輸光纖，所述傳輸光纖與光電探測器連接，所述光電探測器輸出端經(jīng)過信號調(diào)理電路后，輸入到AD轉(zhuǎn)換器，還包括與AD轉(zhuǎn)換器連接的單片機控制系統(tǒng)，所述單片機控制系統(tǒng)與顯示設備、DA轉(zhuǎn)換器和計算機接口數(shù)據(jù)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑體腔型高溫測量計，其特征在于，所述單片機控制系統(tǒng)為MSC1211。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑體腔型高溫測量計，其特征在于，所述信號調(diào)理電路為0P07。
【專利摘要】本發(fā)明所述黑體腔型高溫測量計，包括伸入黑體腔的傳輸光纖，所述傳輸光纖與光電探測器連接，所述光電探測器輸出端經(jīng)過信號調(diào)理電路后，輸入到AD轉(zhuǎn)換器，還包括與AD轉(zhuǎn)換器連接的單片機控制系統(tǒng)，所述單片機控制系統(tǒng)與顯示設備、DA轉(zhuǎn)換器和計算機接口數(shù)據(jù)連接。本發(fā)明所述黑體腔型高溫測量計，采用單片機作為黑體式光電高溫計的信息處理單元，比通常使用的分立元件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、體積小、集成度高、可靠性好，可以輸出多種信號形式，并且使得整個系統(tǒng)在集成化程度、分辨率、穩(wěn)定性、可靠性方面大大提高。
【IPC分類】G01K11/32
【公開號】CN105571744
【申請?zhí)枴緾N201410544440
【發(fā)明人】黃生林
【申請人】黃生林
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年10月15日