物質水分自動測量設備及系統的設計

于長海

【摘 要】紅外水分儀的水分檢測技術是一門涉及多學科的綜合性技術，三十多年來，已經取得了很大的進步。紅外水分探測系統是集光、機、電為一體的高科技產品，在工業的水分測量上有很廣泛的應用。它具有操作應用簡單、反應速度快、精度高、非接觸、測量范圍大、應用范圍廣、受環境因素影響較小，并可在線連續測量等優點。

由于被測信號十分微弱，測量過程干擾因素較多，例如溫度和光源等。所以為了保證系統的測量精度，進行了光源的恒流自動控制、恒溫制冷自動控制、前置放大電路等模擬電路的設計。在以AT89C51為核心的系統中，考慮到器件的通用性、性價比和精度要求，在保證測量精度的前提下盡量的降低了成本。大部分器件采用串行接法，從而簡化了硬件電路。在系統的軟件設計中采用了浮點數運算，累加平均的處理方法，提高了測量的精度。

【關鍵詞】紅外傳感器；水分測量系統；AT89C51；浮點數運算

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

水分探測系統硬件電路

物質水分自動探測系統的主要功能是測量水分含量，通過分析處理傳感器檢測到的信號得出結果，并與上位PC機進行通訊，實現實時監測。主要目的是要進行探測系統硬件電路圖的設計，包括以單片機AT89C51為核心的系統運算處理部分，和紅外傳感器模擬電路，以及紅外測量水分的原理。

1. AT89C51單片機

2. 紅外傳感器的設計

紅外技術在現代科技領域里占有相當大的地位，廣泛應用于醫學，工業，通信等許多領域。其在探測領域里的發展越來越表現出其優勢。

2.1 紅外測濕原理。

（1）紅外物質水分探測儀是利用水分子在紅外光譜區的吸收帶，通過探測目標反射輻射部分的強度與標準強度目標水濃度的不同，使得反射強度與標準強度之比與被測含水量成正比的關系來提供信息。其中1.94μm波長的紅外輻射就是被水分子吸收的波段，而1.68μm波長的紅外輻射則幾乎不被吸收，如圖1所示。

（2）由于單波段的光路易受干擾，所以我們采用雙波段的測量方法。這種方法是除了利用水分子可以吸收1.94μm的紅外光作為測試光外，還使用水分子幾乎不吸收的波長為1.68μm作為參考光。這兩種紅外光可以通過不同的濾光片來獲得。當這兩種光照射到被測物品上時，對于“干燥”的物體，對1.94μm的紅外輻射沒有吸收，因此兩個波段上的反射輻射的強度之比與被測物品中的水分含量成正比。采用這種方法可以抵消光源的不穩定性，大氣的吸收等不良因素，從而保證了測量的精度。

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[文章編號]1619-2737（2015）05-25-332