物质水分自动测量设备及系统的设计

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【摘 要】红外水分仪的水分检测技术是一门涉及多学科的综合性技术，三十多年来，已经取得了很大的进步。红外水分探测系统是集光、机、电为一体的高科技产品，在工业的水分测量上有很广泛的应用。它具有操作应用简单、反应速度快、精度高、非接触、测量范围大、应用范围广、受环境因素影响较小，并可在线连续测量等优点。

由于被测信号十分微弱，测量过程干扰因素较多，例如温度和光源等。所以为了保证系统的测量精度，进行了光源的恒流自动控制、恒温制冷自动控制、前置放大电路等模拟电路的设计。在以AT89C51为核心的系统中，考虑到器件的通用性、性价比和精度要求，在保证测量精度的前提下尽量的降低了成本。大部分器件采用串行接法，从而简化了硬件电路。在系统的软件设计中采用了浮点数运算，累加平均的处理方法，提高了测量的精度。

【关键词】红外传感器；水分测量系统；AT89C51；浮点数运算

Design material moisture automatic measuring equipment and systems

Yu Chang-hai

（Tianjin Expressway and Technology Development Co.， Ltd Tianjin 300230）

【Abstract】The moisture measurement technology of infrared moisture measuring instrument is a synthetic technology relating to many subjects. During the past 30 years， much prominent progress has been achieved. Infrared moisture measuring instrument is a high science and technology product with light， machine and electricity. It is widely used in industry area. It has a series of advantages， such as easy use， fast measuring， high-precision， non-contact， wide-measuring， and little environmental influence， so on.

Many factors can influence on the output signal of infrared moisture meter， for example， the temperature and the light sources. For the guarantee of its measuring accuracy， we also design analog control circuit such as the light sources automatically controls， refrigeration control and the preposition amplifier and so on. At the same time we design the system of AT89C51 monolithic processor， we widely consider its versatility， cost performance and measuring precision. Most of hardware is connected synchronously， so that simplified hardware circuit. When we design the software， we used accumulation and average principle， to improve measuring precision.

【Key words】Infrared sensor；Erial moisture measuring；AT89C51；Oat point arithmetic

水分探测系统硬件电路

物质水分自动探测系统的主要功能是测量水分含量，通过分析处理传感器检测到的信号得出结果，并与上位PC机进行通讯，实现实时监测。主要目的是要进行探测系统硬件电路图的设计，包括以单片机AT89C51为核心的系统运算处理部分，和红外传感器模拟电路，以及红外测量水分的原理。

1. AT89C51单片机

2. 红外传感器的设计

红外技术在现代科技领域里占有相当大的地位，广泛应用于医学，工业，通信等许多领域。其在探测领域里的发展越来越表现出其优势。

2.1 红外测湿原理。

（1）红外物质水分探测仪是利用水分子在红外光谱区的吸收带，通过探测目标反射辐射部分的强度与标准强度目标水浓度的不同，使得反射强度与标准强度之比与被测含水量成正比的关系来提供信息。其中1.94μm波长的红外辐射就是被水分子吸收的波段，而1.68μm波长的红外辐射则几乎不被吸收，如图1所示。

（2）由于单波段的光路易受干扰，所以我们采用双波段的测量方法。这种方法是除了利用水分子可以吸收1.94μm的红外光作为测试光外，还使用水分子几乎不吸收的波长为1.68μm作为参考光。这两种红外光可以通过不同的滤光片来获得。当这两种光照射到被测物品上时，对于“干燥”的物体，对1.94μm的红外辐射没有吸收，因此两个波段上的反射辐射的强度之比与被测物品中的水分含量成正比。采用这种方法可以抵消光源的不稳定性，大气的吸收等不良因素，从而保证了测量的精度。

参考文献

[1] 程玉兰.红外诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2002.7～8.

[2] Peter Mchugh，Today"s noncontact sensors do a whole lot more[J] .I&CS， May， 2005（1）：70～73.

[3] 娄淑琴.红外水分测量仪的改进[N].北方交通大学学报，2000-4（2）.

[4] 何立民.单片机高级教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2001.102～116.

[5] 黄荣华.红外技术及其在工业生产中的应用[M].北京：水利电力出版社，1999.144～145.

[6] 周丽红.La0.2Sr0.8MnO3薄膜的制备Bolometer应用研究[D]：[硕士学位论文].昆明：昆明理工大学，2005.

[7] 金锋.智能仪器设计基础[M]. 北京：清华大学出版社，2005.

[8] 刘艳玲.采用MAX232 实现MCS - 51 单片机与PC 机的通信[J].天津理工学院学报，1999，15（2）：1～8.

[9] D.L.Donoho， De-noising by soft-thresholding[J]. IEEE Transactions on Inform Theory，2001，41 （3）：98～120.

[10] 沙占友.集成化智能传感器在环境监测中的应用[J].国外电子测量技术，2005（4）：1～6.

[11] 滕召胜. 水分检测技术及其智能信息处理方法的研究[D].长沙：湖南大学，2002.

[12] 刘青.红外吸收水分仪的技术特点及其对比[J].国外分析仪器，2000（3）：42～46.

[13] 杜民.水分测定仪的综合研究及评述[J].中国仪器仪表，2005（2）：8～10.

[14] 陆品桢.国内外水分测量技术及水分计发展概况[J].分析仪器，2000（1）：12.

[15] 丁元明.粮食水分测量技术概况[J].分析仪器，2003（2）：5.

[16] 张毅刚.单片机应用设计[M].哈尔滨：工业大学出版社，2001.25～30.

[文章编号]1619-2737（2015）05-25-332

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