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红外传感器输出信号处理
热偶元件将温度差转换为电压信号输出,由于所用的敏感元件——红外辐射探测器是无源器件,其输出电压极其微弱,在0~120 ℃范围内仅为- 200μV~5 mV。如此微弱的信号很容易被噪声淹没,高压电力设备周围还存在着强电场和强磁场,电磁兼容的问题尤其值得注意。因此,必须选择高共模抑制比、低温漂的运算放大器对信号进行放大,并在信号传输的各个环节采取严格的抗电磁干扰措施,才能使电压信号满足后续环节的测量要求。
3系统硬件结构设计
在测温过程中中,红外温温度传感器模块把温度变成微弱的电压输出。此微弱的电压经过信号调理模块中由高精度运算放大器OP07构成的仪表放大器放大成较强的电压信号,经过一个主动式二阶巴特沃兹低通滤波器滤波后,送入AD转换模块进行模数转换。
图1 硬件结构图
信号调理电路和A/D转换模块,包括传感器信号放大电路、低通滤波器、A/D转换电路。其中,,A/D转换电路核心器件是ADC0809,它有8路输入通道,即分辨率为8位,转换时间为130μs(时钟为500kHz时),工作温度范围为-40~+85摄氏度,低功耗,约15mW,上述这些性能使其满足本设计的应用场合。需要着重介绍的是低通滤波器,采用的方案是主动式二阶巴特沃兹低通滤波器。
4系统软件设计
本文中,系统的软件设计是单片机的的软件设计,采用模块化的方式,分为红外传感器信号获取单元、控制与数据处理单元,所有程序的编写都使用C语言。红外传感器信号获取单元和控制与数据处理单元除了交互对象和数据处理方式不同外。其他的功能基本相同。主程序每秒循环一次,将接收到的传感器或子站的数据加以处理。若温度正常则继续循环,若有异常则弹出报警画面并声光示警;同时,以中断方式与上下层网络通讯程序采用C语言编写。触发警报有两种模式:一是电缆接头温度超过环境温度的值过大;二是电缆接头在一定时间内温升过大。每种模式可以根据现场的要求,过按键操作设置为两种报警级别,级别不同设置的超限值也不同,以便作人员根据不同程度的报警形式按照规程进行相应的故障处理。
5温度标定
本测温仪只要对高压电缆接头两种类型的异常情况,即温度高于环境温度过多、温升过快,进行监测,所以测温仪的测温范围并不需要特别大。传感器标定过程中,给定的温度范围为13~96oC,此范围满足测温仪的实际使用条件。实验中,控制传感器受热面与被测物的距离始终为5cm,改变被测物温度T(oC)的同时,记录经过放大滤波处理后的传感器信号U(V),测取多组数据,将所得数据载入matlab,进一步处理寻找其中的线性关系得到图2,计算可得T与U之间的函数关系为:
U=-(13
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