时间：2023-05-31 08:55:43
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇温度传感器论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
论文关键词：温湿度传感器,原理,维护
引言
HMP45D温湿度传感器是芬兰VAISALA公司开发的具有HUMICAP技术的新一代聚合物薄膜电容传感器，目前大连周水子国际机场空管气象部门已投入业务运行的自动气象站，均采用该传感器。由于该传感器的测量部分总是要和空气中的灰尘和化学物质接触，从而使传感器在某些环境中产生漂移。而仪器的电气参数会随时间的推移、温度变化及机械冲击产生变化，因此传感器需要进行定期维护和校准。
1.HMP45D温湿度传感器的结构
HMP45D温湿度传感器应安装在其中心点离地面1.5米处。其中，温度传感器是铂电阻温度传感器，湿度传感器是湿敏电容湿度传感器，即HMP45D是将铂电阻温度传感器与湿敏电容湿度传感器制作成为一体的温湿度传感器，如图1所示。
图1HMP45D温湿度传感器外型图
2.HMP45D温湿度传感器的工作原理
2．1温度传感器工作原理
HMP45D温湿度传感器的测温元件是铂电阻传感器Pt100，其结构如图2。铂电阻温度传
感器是利用其电阻随温度变化的原理制成的。标准铂电阻的复现可达万分之几摄氏度的精确度，在-259.34～+630.74范围内可作为标准仪器。铂电阻材料具有如下特点：温度系数较大，即灵敏度较大；电阻率交大，易于绕制高阻值的元件；性能稳定，材料易于提纯；测温精度高，复现性好。
图2铂电阻温度传感器结构图
由于铂电阻具有阻值随温度改变的特性，所以自动气象站中采集器是利用四线制恒流源供电方式及线性化电路，将传感器电阻值的变化转化为电压值的变化对温度进行测量。铂电阻在0℃时的电阻值R是100Ω，以0℃作为基点温度，在温度t时的电阻值R为
(1)
式中：α，β为系数，经标定可以求出其值。由恒流源提供恒定电流I流经铂电阻R，电压IR通过电压引线传送给测量电路，只要测量电路的输入阻抗足够大，流经引线的电流将非常小，引线的电阻影响可忽略不计。所以，自动气象站温度传感器电缆的长短与阻值大小对测量值的影响可忽略不计。测量电压的电路采用A/D转换器方式。
2．2湿度传感器工作原理
HMP45D温湿度传感器的测湿元件是HUMICIP180高分子薄膜型湿敏电容，湿敏电容具有感湿特性的电介质，其介电常数随相对湿度的变化而变化，从而完成对湿度的测量。湿敏电容主要由湿敏电容和转换电路两部分组成，其结构如图3所示。它由上电极(upperelectrode)、湿敏材料即高分子薄膜(thin-filmpolymer)、下电极(lowerelectrode)、玻璃衬底(glasssubstrate)几部分组成。
图3湿敏电容传感器结构图
湿敏电容传感器上电极是一层多孔膜，能透过水汽；下电极为一对电极，引线由下电极引出；基板是玻璃。整个传感器由两个小电容器串联组成。湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，即当相对湿度增大时，湿敏电容量随之增大，反之减小，电容量通常在48～56pF。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化，对应于湿度0～100%RH的变化，传感器的输出呈0～1V的线性变化。由此，可以通过湿敏电容湿度传感器测得相对湿度。
3．HMP45D温湿度传感器的校准和维护
对HMP45D传感器的维护，要注意定期清洁，对于温度传感器测量时要保证Pt100铂电阻表面及管脚的清洁干燥。在清洗铂电阻时一定要将湿度传感器取下，使用酒精或异丙酮进行清洗。其具体步凑如下：
1）旋开探头处黑色过滤器，过滤器内有一层薄薄的白色过滤网，旋出过滤网，用干净的小毛刷刷去过滤网上的灰尘，然后用蒸馏水分别将它们清洗干净。
2）等保护罩和滤纸完全风干之后，将其安装到传感器上。然后再将传感器通过外转接盒连接到采集器上，再和湿度标准传感器一起放入恒湿盐湿度发生器进行对比。恒湿盐容器的温湿参数如表1。
表1HMP45D校准前后数据对比
时间
（分）
校准前
DRY
实际值
校准前
DRY
测量值
校准前
WET
实际值
校准前
WET
测量值
校准后
DRY
实际值
校准后
DRY
测量值
校准后
WET
实际值
校准后
WET
测量值
1
34.0
30.0
75.5
69.4
35.0
34.2
75.5
73.8
2
34.0
30.0
75.5
69.4
35.0
34.2
75.5
73.8
3
34.1
30.2
75.5
69.5
35.1
34.3
75.5
73.8
4
34.1
30.2
75.6
69.5
35.1
34.3
75.5
73.9
5
34.1
30.2
75.6
69.5
35.1
34.3
75.6
73.9
6
34.2
30.4
75.7
69.6
35.1
34.3
75.6
73.9
7
34.2
30.4
75.7
69.6
35.2
34.4
75.6
73.9
8
34.3
30.5
75.7
69.7
35.2
34.4
75.6
74.1
9
34.3
30.5
75.7
69.7
35.2
34.4
75.7
74.2
10
34.3
30.5
75.7
69.7
35.3
34.4
75.7
74.3
平均
34.15
30.29
75.62
69.55
35.13
34.32
75.58
73.95
差值
3.86
6.07
[关键词]C8051F320单片机 DS18B20温度传感器 温度控制
中图分类号：TS761.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0091-01
数字恒温温度控制系统的设计，是为了保证实现类似温室大棚温度维持在特定温度的应用，对于低碳排放，节约能源和环保有很重要的意义，以保证工作系统在稳定的状态下工作。本设计要求系统测量的温度的点数为4个。测量精度0.1℃测量，恒温控制范围为25℃～80℃。
1.系统分析
本课题使用了C8051F320单片机作为控制核心，以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件，采用一个温度传感器对温度进行检测，通过4×4键盘模块对正常温度进行设置，显示电路采用 LCD1602模块，使用ULN2803作为加温设备和吹风设备的控制。根据数字温度恒温控制功能的要求，并结合对C51系列单片机的资源分析，所以采用C8051F320单片机作为电路系统的控制核心。数字温度恒温控制系统的总体布局如图1-1所示。按键将设置好的温度上限和下限值传给单片机，通过温度显示模块显示出来。温度限制设置好后，单片机开始运行，温度传感器受控现场各点温度，并通过一定的数字算法计算现场有效温度值，如果低于下限温度，则启动加热设备，并发出报警;如果高于上限温度，则启动吹风设备，并发出报警信号。如此循环反复以达到恒温控制的目的。
2.系统的软件设计
2.1 主程序设计
根据系统的总体功能分析，系统软件的主流程图如图2-1所示，主要完成对系统及LCD初始化、判断键盘是否有键按下、中断及数据处理、LCD温度显示、温度传感器DS18B20的匹配、报警判断子程序、继电器控制子程序。
2.2 子程序设计
2.2.1 温度采集程序设计
由于DS18B20采用严格的单线通信协议，编程必须按照时隙要求来进行。DS18B20 命令和数据的读写由主机来控制，包括初始化、ROM操作命令、RAM操作命令等。
（1）初始化：主机控制DS18B20完成任何操作之前必须先初始化
（2）ROM操作命令：由于本系统只一个DS18B20温度传感器存在 ，不需要指出某个特定的 DS18B20 ，所以主机只需发出跳过ROM命令即可。
（3）RAM操作命令：主机发出温度转换命令44H，DS18B20开始进行温度采集和转换。
DS18B20温度采集程序流程图如图2-2所示。
如果采用多个DS18B20温度传感器就必须匹配和接口允许，匹配的地址是激光烧写的单个DS18B20的64位ID（世界码唯一码）。
2.2.2 LCD显示子程序设计
首先对1602液晶显示器进行初始化，初始化后，进行显示模式设置，依次为显示清屏、显示光标移动设置，最后进行时间设置。1602液晶驱动程序流程图如图2-3所示。
2.2.3 键盘输入程序设计
当通电或复位以后，系统进入键盘管理状态，单片机接收设定温度和启动。当检测到有键闭合时先去除抖动，这里采用软件延时的方法，延时一段时间后，再确定是否有键按下，然后将设定好的值送入预置温度数据区，并调用温度合法检测报警程序，当设定温度超过最大值如80℃时就会报警，最后当启动键闭合时启动加热。
系统上电后，根据相应的状态，利用键盘进行相应设置，当温度设定好之后，再按OK键确定，系统开始测温。
键盘管理子程序流程如图2-4所示。
2.2.4 控制及报警程序设计
将当前温度与设定好的温度比较，若当前温度小于设定温度时，启动报警，开启电热器;若当前温度大于设定温度时，启动报警，开启吹风设备;当二者相等时，保持这一状态，并显示温度。
通过电路设计，配备相应的软件，该控制系统能够顺利运行，实验结果表明，基于C8051F320单片机的温度监控系统能够完成对温度的实时检测和控制，具有体积小、成本低、响应速度快、可靠性高和智能化程度高等特点。
参考文献：
[1] 单片机原理和应用，西安电子科技大学出版社，李建忠.
[2] C8051F320 Datasheet， （Silab公司）.
[3] C语言程序设计， 清华大学出版社，谭浩强.
[4] 8051单片机C语言彻底应用，科学出版社，赖麒文.
关键词：温度采集；冷链；DS18B20；分组测试
中图分类号：TP274+.2 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）12-0009-04
0 引 言
食品安全涉及民生之本，一旦出现问题危害很大[1]。在食品配送过程中，温度是影响其品质变化的主要因素，温度变化会导致食品的冰晶重结晶、冻伤、加速脂肪氧化及新陈代谢等[2-3]，因此温度的控制和检测已成为保证食品在配送过程中质量安全的关键所在。近年来，很多学者开展冷链物流温度监控研究，来保证运输产品的质量安全。谷雪莲、徐倩等[4-5]总结了国内外利用温度指示器和温度-时间指示器在记录食品温度及存放时间上的应用，该研究通过物理-化学变化反映温度与食品存放时间的关系；赵立强、张耀荔、张小栓等[6-8]利用RFID技术结合温度传感器读取产品温度数据，实现对温度监控和追溯；杨信廷、郭斌等[9-10]利用Zigbee技术构建食品冷链车辆无线温度采集网络，实现对冷链车辆箱体温度的无线采集。以上研究均能实现温度监控，但有些应用（物理-化学变化）无法实现温度数据存储，实时性、可追溯性差，有些应用（RFID、Zigbee）系统设计复杂，成本高，短距离无线数据传输易受环境温湿度、产品摆放形式、箱壁材料、电磁干扰等因素影响，无线温度采集用模块往往使用电池供电，功耗与供电不对称性往往影响其使用寿命[6]。
现阶段大多数冷链运输公司主要通过孤立的温度记录仪进行独立的温度记录管理[9]，配送车辆箱体长度主要分为12.5 m、7.2 m、5.2 m、小于5 m四个规格，远小于DS18B20温度传感器有效传输距离[10]。综合以上现状，本文提出了一种基于DS18B20的食品冷链配送温度采集系统，使用有线温度采集克服了无线温度采集硬件功耗、供电、干扰性强等问题，实现食品冷链配送途中温度多点实时采集、传输及监测。
1 系统构成
食品冷链配送温度采集系统结构框图如图1所示，系统包括温度采集模块、车载GPS/北斗定位终端、管理中心服务器。基本工作流程：温度传感器阵列采集箱体环境温度，通过RS232传输给车载定位终端，定位终端接收车辆位置信息，同温度信息一同发送到管理中心服务器，实现对箱体温度实时监测和存储。
2 系统硬件设计
2.1 DS18B20数字温度传感器
DS18B20数字温度传感器是美国Dallas公司推出的单线数字式温度传感器，温度测量范围是-55～+125 ℃，在-10 ～+85 ℃范围内精度为±0.5 ℃，满足食品冷链配送温度采集的基本要求[13-14]。
DS18B20具有唯一的64位ROM序列号，微处理器查询此序列号可区分不同的器件。对于多点测温系统，可采用单端口并联连接、多端口并行连接两种方式[14-15]。方式一将所有DS18B20连接在同一个I/O口上，优点是大大减少微处理器硬件开销，缺点是微处理器系统开销大，测温巡检周期长，软件编程复杂；方式二是每个DS18B20独占一个I/O口，这种连接方式可实现对所有传感器并行操作，测温巡检周期短，缺点是硬件开销比前者大，测温通道扩展性差。针对食品冷链配送温度采集系统的多测点、实时性、可追溯性等要求，本论文设计使用单端口并联和多端口并行相结合的连接方式。
2.2 温度采集模块硬件构架
温度采集模块主要由微处理器、电路、电源管理单元、温度传感器阵列组成，其原理如图2所示。微处理器选用Freescale公司8位单片机MC9S08QG8；电路包括BDM下载调试电路、外部晶振电路和数字输入检测电路等。数字输入用于车辆ACC开关检测，控制温度采集间隔；电源管理芯片使用可调节3端正电压稳压器LM317，可承载8～30 V直流电源输入，电路设计输出3.5 V，主要用于微处理器、DS18B20、MAX3232等供电；温度传感器阵列设计结合单总线并联连接与多端口并行连接两种方式，微处理器PA0～PA3口用于连接4个传感器通道，每个传感器通道挂接传感器路数需相等或相差1路，采用外部电源供电，这种设计可同时转换4路传感器，大大减少传感器巡检时间，同时微处理器硬件资源被合理利用，减少安装过程中物理走线复杂程度；温度采集系统辅以RS232接口电平转换芯片完成电平转换，通过RS232接口与车载GPS/北斗定位终端进行交互完成数据转发。
3 系统软件功能和流程
3.1 温度信息处理流程
温度信息处理程序由传感器初始编号程序和主工作程序两部分组成，其流程图如图3所示。传感器初始编号程序实现对所有DS18B20的ROM序列号存储，主工作程序实现配置信息的读取、修改及存储，温度数据采集、处理，数据发送，ACC检测等。
传感器初始编号使用逐一挂接方式，每次在4个通道中各挂接一个传感器读取序列号后顺序存入Flash中；温度数据通过车载GPS/北斗定位终端GPRS网络传输到管理中心服务器，受数据流量费用及车载电瓶功耗所限，设计通过服务器指令修改温度采集上传间隔等参数，实现服务器与温度采集微处理器双向通信。
图4所示为系统分组温度采集流程图，其中DS18B20操作有严格的时序。由于微处理器工作任务少，设计利用空指令产生10 μs延迟，采集开始需关闭部分中断，转换结束或转换失败后打开中断，转换过程同时操作PA口，读取数据按位提取后再按位组包，获取每个传感器数据，循环2次，完成8个传感器读取。
3.2 监控软件功能设计
上位机的食品冷链配送温度采集系统采用BS架构，运行于管理中心服务器中，上位机软件采用.net开发，数据库使用SQL Server 2005。
此外，系统的软件还具有车辆位置及温度动态监控、存储管理，报表中心，采集时间设置以及系统相关设置等功能，图5所示是系统报表中心显示的温度曲线图。
3.2.1 车辆位置及温度动态监控
动态监控功能是实现实时监控车辆位置及温度信息，位置及温度信息间隔固定时间上报，服务器解析后显示在网页端，用于管理人员监控查询。
3.2.2 存储管理
存储管理是实现对位置及温度信息进行一段时间的存储，通过查询车辆历史轨迹及报表中心温度曲线图实现对车辆位置状态及温度状态进行追溯。
3.2.3 报表中心
可以将存储的温度数据以曲线图的形式显示，根据车辆编号及时间可以查询最近7日任何时间段温度曲线图。
4 试验与分析
4.1 试验平台及方法
本实验针对由庆铃600P双排箱式轻卡改装冷链配送车辆设计，货箱内部尺寸为3 245 mm×1 784 mm×1 730 mm（长×宽×高）。试验使用对比温度计为台湾路昌TM-902C型数字温度计，其传感器特性为K型热电耦合器，分辨率为0.1 ℃。根据食品最佳配送温度-18～18 ℃[16]，本试验设计在箱内环境温度-20～20 ℃环境中进行，室温为26～28 ℃，湿度范围是55%～60%。分别进行两次实验：
试验一：温度采集系统稳定特性及数据精度测试。在不同温度下采集3路传感器数据，计算数据丢包率，求3组温度平均值与标定温度计测量值进行对比。
试验二：传感器线长对数据精度的影响测试。根据庆铃600P双排箱式轻卡箱体尺寸，设计835 mm、735 mm、635 mm三组传感器线长，探索在-20～20 ℃及相对湿度为90%环境中数据变化规律。
4.2 结果分析
4.2.1 温度采集系统稳定特性及数据精度测试
由于两组数据相似度高，为了在同一折线图中表示，对测试数据中标定温度整体加+5℃计算，其结果如图6（a）所示。试验设定1 min采集一条数据，测试采集365条数据，用时365 min，数据丢包率为0，数据发送间隔累计偏差1 s； -20～0 ℃温度范围内平均温度与标定温度最大差值为0.74℃；0～20 ℃最大差值为0.79 ℃，-20～20 ℃平均差值为0.31℃，356个测点中差值小于0.5 ℃占78.93%。结果表明：在冷链配送常用温度-20～20 ℃下，系统数据精度为±0.31 ℃，系统工作稳定，平均温度与标定温度曲线拟合性良好，达到系统设计要求。
4.2.2 传感器线长对数据精度的影响测试
由于3组数据相似度高，为了在同一折线图中表示，对测试数据中温度2数据整体加+2 ℃计算，对温度3数据整体加+4 ℃计算，其结果如图6（b）所示。线长为835 mm、735 mm、635 mm三组传感器在-20～20 ℃温度范围数据拟合曲线，3路传感器数据最大差值为+0.67 ℃，平均差值为±0.25 ℃，所有测点中平均差值小于0.5 ℃占96%，3组数据没有明显数学关系。结果表明，传感器线长小于835 mm情况下传感器线长对数据精度影响很小。
5 结 语
本文以DS18B20为基础，构建了食品配送温度采集系统，传感器设计使用不锈钢探头，硬件设备安装在箱体之外，从而克服了箱体高湿度、温差大对硬件稳定性的影响，而有线采集克服了无线温度采集系统供电与功耗不对称、抗干扰能力弱等缺点。
在-20～20 ℃温度范围对系统稳定性、数据精度及传感器线长对精度影响进行的测试结果表明：在-20～20 ℃温度范围内的数据精度为±0.31 ℃，在线长小于835 mm情况下，传感器线长对温度数据精度的影响很小，能够达到设计要求。
本文以食品配送温度采集为例设计，系统稍作改动也可用于对冷库及其他工业领域的监控，因而具备实际应用与推广价值。
参 考 文 献
[1] 叶勇，张友华，乐毅，等.食品安全追溯研究[J].华中农业大学学报：社会科学版， 2011（2）：130-133.
[2] 赵长青，傅泽田，刘雪，等.食品冷链运输中温度监控与预警系统[J].微计算机信息， 2010，26（6-2）：27-28.
[3] 张东霞，吕恩利，陆华忠，等.基于双监测点的保鲜运输温度控制系统设计[J].华南农业大学学报， 2012，33（4）：570-573.
[4] 徐倩，谢晶.食品安全与低温流通中的温度监控[J].制冷技术， 2007（1）25-28.
[5] 谷雪莲，杜巍，华泽钊，等.预测牛乳货架期的时间-温度指示器的研制[J].农业工程学报， 2005，21（10）：24-26.
[6] 赵立强， 张耀荔，陈红丽，等.基于RFID的冷库实时监控与管理的无线网络化综合系统研究[J].物流技术， 2010， 29（8）：53-55.
[7] 赵立强， 张耀荔，杜志平.基于RFID的化工类产品仓储高效管理与实时安全监控的无线网络化综合系统研究[J].物流技术， 2011，30（6）：155-158.
[8] 汪庭满，张小栓，陈炜，等.基于无线射频识别技术的罗非鱼冷链物流温度监控系统[J].农业工程学报， 2011，27（9）：141-146.
[9] 杨信廷，钱建平，孙传恒，等.蔬菜安全生产管理及质量追溯系统设计与实现[J].农业工程学报， 2008， 24（3）：162-166.
[10]郭斌，钱建平，张太红，等.基于Zigbee的果蔬冷链配送环境信息采集系统[J].农业工程学报， 2011，27（6）：208-213.
[11]史良.基于GPS/RFID的冷链运输车辆监控系统设计与研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.
[12]岳云峰，李怀盛，马春光，等.单线数字温度传感器DS18B20数据校验与纠错[J].传感器技术， 2002，21（7）：52-55.
[13]方琨，张娟，蔡振江，等.基于DS18B20数字温度传感器的温室环境采集系统设计及应用[J].安徽农业科学，2010，38（23）：12792-12794.
[14]李会聪.DS18B20多点测温方法探讨[J].微计算机信息，2010，26（9-2）：166-167.
关键词：无线温度测量系统温度计量环境监测应用
在众多的物理量中，温度应用是最为常见的，在科学实验、医疗卫生、培育种苗、工业生产等各行各业中，都有温度监控的应用，在产品质量、工艺流程的保障等方面，温度监测起到了极为重要的作用。对比传统的有线通信而言，如下的优势是无线通信技术所具备的：首先，以电磁波作为传输介质，光纤以及电缆不需要被架设起来，使得传统运输中固定的周期长、高成本等问题得以避免；其次，是有线通信构成的单片机多机通信系统，总线上挂接的收发器的数量受接地址编码，收发器的数量不受限制；第三，成本、功耗都比较低、体积小、电路简单等优势。同时在无线通信系统中，其还采用了多字节的方式。在无线遥控系统、工业数据采集系统等方面，极为适用[1]。伴随着物联网、电子信息技术的快速发展，出现了许多无线温度测量系统，它们具备了许多完善的功能，同时使用上也极为便捷。同时在PC机上，它们还能够进行保存、显示、统计等操作，甚至还可以实现远程控制以及警报功能。布线成本由此得以减少，同时有限传感器存在的一些问题也得以解决。
1 无线射频温度测量系统的组成[2]
结合功能来对无线射频温度测量系统进行划分，主要可以划分为如下两大部分：首先是无线测控终端，具体包括了如下模块：温度采集、处理以及发送模块，另外部分设备为具备程序运行功能的，如数据的接受、处理模块、PC机以及串口通讯模块等。两大部分的联系主要结合无线数据通讯来实现，可以实现数据的实时存储、接收，还可以实现综合分析、计算。以射频技术为基础的此套系统，具备了如下的工作过程：无线数据采集方面，对环境温度的采集，交由数字温度传感器来实现，并向数据处理部分直接传送；数据处理，数字信号被接收之后，会向对应值转换。随后结合特定的协议格式，来打包数据，向无线收发模块发送缓冲区写入，在天线的帮助下，经由无线收发模块来传输数据，无线主机方面，接收数据仍然由无线收发模块来实现，数据由处理模块处理，再结合串口，向PC机传输；此外，无线收发模块中的数据，数据处理模块还将对数据进行处理，结合相应的协议格式，来解析数据，结合获取到的指令值开展相应的处理，进而实现控制采集端的目标。
这一系统具备的功能如下：（1）以移动设备为基础，可以实现现场的检测、分析；（2）对检测信号的传输为无线形式，检测终端可以同时、多个连接；（3）移动设备、探头等之间的连接形式为无线，检测人员可以不必身处现场，尽量避免因为自身的呼吸、活动，而影响测试结果，另外对于这部分人员的人身安全也可以得到保证。
2 无线射频温度测量系统的特殊应用
国内中国安防提供了SmartNodeWTS01无线温度传感器，测温范围：-50～+150℃，主要应用于环境监测、温度采集以及食品、医药行业温度监测等；上海搜博实业有限公司SLWT1-1系列ZIGBEE无线温度传感器，测温范围：-25～+125℃，实现低成本温度状态在线监测方案的实用型无线组网传感器模块，可广泛应用于实时温度数据采集监测的各种场合。
本文具体进行如下归纳，不论是在房间、医院，或是在实验室、仓库，亦或是运输进程中，无线测温仪都可用来对温湿度进行监控。接下来将具体讨论，起在日常监测中，还能够解决哪些有线传感器解决不了的问题，比如说下列较为特殊的环境试验设备。
（1）高压密封。比如说压力蒸汽灭菌器，如果检测工具为有线传感器，一旦温度上升，会出现极为严重的漏气问题，导致压力无法达到目标，在面对灭菌设备时，也无法实现法兰密封。
（2）真空设备。比如说热压真空罐等，因为使用这部分设备时，都必须要对真空进行抽取，而使用有线传感器时，无法达到真空度要求。
（3）低温设备、大空间。比如说大养护池等。如果使用的传感器是有线的，会导致较长的布线，这和普通温度记录采集仪的使用环境温度范围不符，如果长期处于异常环境中，会导致仪器不工作，另外仪器供电难等问题也时有发生。
（4）环境恶劣，如噪声、粉尘污染较为严重时，普通设备、人员无法长期停留，要想解决这一问题，就必须要运用无线温度测量仪。
（5）自动化设备，如带式输送机，不论是经济效益，还是生产效率，都必须要以持续的运行为基础，检测过程中开展有线传感器的布线工作并不现实。设备具有较好的密封性，且不存在测试孔，将对有线传感器产生影响，所以无线传感器开展测量将是最佳选择。
3 无线射频温度测量系统的优势与不足
在进行日常温度校准时，布线是一项极为繁重的工作，如果布线时间较长，将会对稳定的环境产生影响，要想检测温度湿度等，在必须要在环境再次稳定后进行，工作效率受到影响，并且检测进程中，传感器受到破坏的纪律较高。上述诸多问题，如果能够采用无线温度测量仪，必将得以解决。在其他方面，这一设备也存在较为显著的优势：如存储记录、传感器的一体化；距离不会对传输产生影响；电源方面因为使用了内置电池，所以不会存在限制；仪器设备如果可以由有线温度测量仪去测量，那么必然也可以应用无线温度测量仪；和上位机通讯时，具备了如下功能，能够自动对数据进行采集、处理、判定结果等。
但仍然有一些问题存在：就当前的技术水平来说，其温度记录的范围并不广。要想具备较高的准确定、同时还要具备稳定的性能，就需要对一些价格昂贵的进口测量系统进行购买。内置电池虽然减少了电源方面的限制，但是生命有限，需要经常更换。红外辐射等设备不可应用该测量设备，如果设备为微波加热，同样也不可应用，因为不易散热的金属外壳，会导致爆炸问题的出现。
4 结语
目前，无线温度测量仪还存在一些不足，比较常见的温度记录范围在-40℃～+135℃，高温段的技术问题难以解决，需要进一步的研究探索，以便推广使用。
参考文献
[1]王代华，薛云朝，任立宗.无线遥控触发系统研究[J].中北大学学报，2007（28）：171-177.
[2]李余庆，张华，刘继忠.基于DS1820的无线温度采集系统的设计[J].计算机信息，2009（26）：187-189.
[2]JJF1366-2012.温度数据采集仪校准规范[S].
【关键词】救生舱；温湿度；SHT75
Abstract：Rescue capsule as underground emergency shelter for the cabin temperature and humidity monitoring and control，you can extend the survival time of the trapped miners.Systems based on the importance of rescue capsule and SHT75 temperature and humidity monitoring with high accuracy，small size，etc.，designed a SHT75 temperature and humidity detection system is based，and temperature and humidity testing SHT75 compensate calculated values to ensure that the rescue capsule temperature and humidity testing.
Keywords：Rescue capsule；Temperature and humidity；SHT75
1.引言
救生舱作为井下紧急避难场所，其舱内温度和湿度的实时监测与控制，是延长被困矿工生存的工作之一。为延长救生舱备用电池的工作时间，因此要求各用电设备均低功耗。
SHT75温湿度传感器克服了传统传感器在检测时温度变化对湿度产生的影响且测量结束时可自动进行休眠模式，大大减小系统功耗，因此本文采用SHT75[4]作为井下救生舱温湿度检测传感器并对其工作原理、电路以及数据的补偿进行了详细分析与设计。
2.SHT75温湿度传感器
2.1 SHT75温湿度传感器概述
SHT75是一款集温度、湿度于一体的传感器，采用CMOSens技术，具有体积小、抗干扰能力强、功耗低等优点。采用两线数字化接口，可与单片机直接相连，大大减小了电路。其内部结构图如图1所示。
图1 SHT75内部结构
SHT75具有较宽的温湿度测量范围。分别为-40℃～123.8℃和0～100%RH。若芯片工作在非正常条件下，则会导致采集的信号暂时性漂移，需要对传感器进行校正。在温度为100～105℃，相对湿度小于5%RH的条件下保持10小时即可自动校正；或者在温度为20～30℃，相对湿度大于75%RH的条件下保持12小时。
SHT75在默认条件下，温湿度测量分辨率分别为14bit和12bit，但在高速测量或者超低功耗情况下，温度和湿度采样分辨率可分别下降为12bit和8bit。
2.2 SHT75温湿度传感器工作原理
SHT75温湿度传感器芯片上设计有传感器稳压电路、信号运算处理电器、标定数据存储器、温湿度传感元件、14位AD转换电路和两线数字串行接口电路，输出信号是经过全量程标定和补偿的数字信号。以I2C总线的通信方式与单片机相连，芯片内部OPT存储器保存有校准系数。
3.SHT75与MSP430单片机电路设计
为降低系统功耗，本设计采用美国TI公司的超低功耗型号为MSP430F149的16位单片机与SHT75温湿度传感器相连接[1]，通过两个普通IO口模拟I2C总线与传感器通信。根据需要，在救生舱内可安装多个传感器挂在IIC总线上。SHT75与MSP430F149单片机电路连接如图2所示。
图2 SHT75与MSP430F149单片机电路连接图
4.温湿度数据检测
4.1 SHT75寄存器操作
单片机通过模拟I2C总线与SHT75进行数据传输，通过写入不同的指令实现对SHT75的寄存器操作。SHT75寄存器指令代码如表2所示。
4.2 温湿度数据处理与补偿计算
SHT75传感器数字信号输出时通过8bit CRC[5]校验保证数据传输的正确性。由于通过SHT75检测的温湿度信号曲线为非线性，因此需要对检测的数据进行补偿，补偿公式如下：
RHliner=c1+c2・SORH+c3・SORH2 （式1）
式中，RHliner表示检测的线性湿度值，SORH表示从SHT75中读取的温度值，在测量精度为12bit时，c1为-4，c2为0.0405，c3为-2.8・10-6；在测量精度为8bit时，c1为-4，c2为0.648，c3为-7.2・10-4；
由于温度对湿度测量会产生较大影响，因此在所测温度点进行补偿运算，补偿运算公式如式2所示。
RHtrue=（ToC-25）（t1+t2・SORH）+RHliner （式2）
式中，RHtrue为实际测量的相对湿度值，ToC为实际测量的温度值，在测量精度为12bit时，t1为0.01，t2为0.00008；在测量精度为12bit时，t1为0.01，t2为0.00128；
在进行温度测量时，由于温度传感器具有很好的线性，可直接使用式3进行处理计算。
式中，ToC为校正后温度读数，SOT为直接读取的温度数据，参数d1功能供电电压有关，具体如表3所示。
参数d2在测量精度为14bit时，d2为0.01℃或为0.018；在测量精度为12bit时，d2为0.04℃或为0.072。
5.结语
本文基于SHT75温湿度传感器及超低功耗的MSP430F149单片机构建井下救生舱的温湿度检测系统，整个系统可以较大范围的监测救生舱内温湿度，体积小、测量精度高和功耗低等，满足井下救生舱的特殊要求。
参考文献
[1]蒋正义，朱善安，韩东芳.基于MSP430和nRF401的无线自动抄表系统[J].集成电路应用，2004，11：74-77.
[2]孙继平.煤矿安全生产监控与通信技术[J].煤炭学报， 2010，35（11：1925-1929.
[3]王建军，陈光柱，夏晓东.煤矿井下救生舱体结构设计与分析[J].煤矿机械，2011，32（12）：13-15.
[4]杨景景，黄亮.数字式湿温度传感器SHT75的应用[J].常州工学院学报，2009，22（1）：31-33.
关键词 大型油罐；火灾检测；DCS自动喷淋控制
中图分类号TE8 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）118-0208-02
随着石化工业壮大和发展，原油、中间产品油罐、成品油罐等大型油罐不断增加。特别是浮顶罐顶部采用二次密封技术，无法做到完全密封，油气必然有泄漏，泄漏的油气在太阳、雷击等自情况易发生火灾。依靠人工观察，手动操作消防水阀、泡沫系统阀门等已经无法满足消防需要。目前大型油罐区域自动化水平不断提高，自动喷水泡沫控制系统（以下简称自喷系统）应该逐渐增多。自喷系统自动检测火灾趋势，自动启动水泡沫联用管线上阀门，极大地提高了防火灭火系统的时效性。本文以实际应用的自喷系统为例，介绍了系统的设计和应用。
1 自动喷水泡沫控制系统组成
大型油罐自喷系统组成如图1 ，主要分为二部分。其一是火灾检测预警系统，即感温检测部分；其二是自动喷淋控制系统， 用PLC、DCS等实现的自动控制系统，自动启动喷水泡沫联用管线上的阀、消防泵等执行机构，实现自动喷淋灭火。
图 1消防自动喷淋控制系统组成
2 光纤感温火灾探测器
光纤感温探测器目前主要有两种：光纤光栅温度检测器FBG（Fiber Bragg Grating）和分布式光纤温度检测器DTS（Distributed Temperature Sensing）。
2.1 光纤光栅测温探头
光纤光栅原理：光入射到光纤光栅，光栅折射率的周期性结构使得某个特定波长的窄带光被反射，反射光波长满足布拉格散射条件。即波长为2倍的光纤光栅有效折射率n和栅格周期Λ乘积，λ=2nΛ。
随着温度变化，光纤光栅的反射光波长就发生相应的改变，温度变化量与波长改变量通过标定得到对应关系。
光纤光栅国内研究应用较早，目前国内原油储罐的火灾监测多采用光纤光栅探测器，光纤光栅感温火灾探测器无源无电、本质防爆、抗电磁干扰。温度传感器安装于油罐浮盘二次密封圈上方，是目前国内应用最多的油罐火灾探测器，有力保障了油罐安全。但是光纤光栅感温火灾探测器在实际应用中存在不足：传感器熔接点的可靠性较差，易造成传感器断纤故障； 测量存在盲区，未安装光栅传感器位置的温度不能被有效地监测到；后期运维工作量大；光栅传感器易出现漂移，需要经常标定传感器。
2.2 分布式光纤温度检测器
分布式光纤温度检测器探头，使用特定频率的光脉冲照射光纤，当光脉冲沿着光纤传输时，产生多种类型的辐射散射。其中拉曼散射对温度最为敏感，拉曼散射光均匀分布在整个空间角。拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生。交换时产生比光源波长更长的光，称为斯托克斯光。比光源波长更短的光，称为反斯托克斯光。其中温度对斯托克斯光强影响可忽略反斯托克斯光的强度随温度的变化较为敏感，二者之比与温度有函数关系。
分布式光纤温度检测器通过测量背向拉曼散射光中反斯托克斯光与斯托克斯光的强度比值的变化实现对外部温度变化的监测。在时域中，利用光时域反射技术，根据光在光纤中的传输速率和入射光与后向拉曼散射光之间的时间差，可以对不同的温度点进行定位，这样就可以得到整根光纤沿线上的温度并精确定位。
分布式光纤温度传感器是目前国际上新一代线型光纤感温或者探测器。具有本质防爆、抗强电磁干扰、防雷击、测量精度高、重量轻、体积小等优点。
分布式光纤温度传感器是一种连续分布式感温火灾探测器，能实现光纤沿线上任何一点的温度测量，无测量盲区，并且光纤既是传输介质，又是传感元件，无需额外的测温传感器件，安装简单，可靠性高，其性能优于传统的线型感温探测器，更适合大型油库火灾监测应用。
实际应用中，光纤传感器通常安装在油罐发生火灾感应灵敏的部位，例如浮顶油罐的浮盘密封圈附近。
3 用横河集散控制系统（DCS）实现自动灭火控制
光纤光栅FBG传感器或者DTS分布式光纤传感检测系统连续检测油罐温度的变化，通过光纤检测显示变送单元显示测量区域温度，同时传出4mA～20mA标准信号、通讯以及火灾报警信号。DCS采集这些数据，在中心操作站上显示温度、报警等信息，同时根据预定程序自动启动高压水管线控制阀，泡沫管线控制阀、泵等执行机构，快速响应，实现自动喷淋灭火。
3.1 油罐灭火系统控制逻辑
控制逻辑如图2。以罐G931为例，当G931罐发生火灾报警时，打开着火罐二只冷却水阀0G0931XV1、0G0931XV2，同时打开临近二个罐G932、G933冷却水阀0G0932XV1、0G0932XV2、0G0933XV1、0G0933XV2，打开罐G931相关系统泡沫混合液阀0G0931XV3、0G0931XV4，打开泡沫液第一台泵P3入口阀0B003XV1。随后打开泡沫泵P3，打开泡沫比例混合器入口阀0B0941XV3。检测泡沫压力0B003PT1是否小于0.65MPa，若是小于0.65MPa，则打开泡沫液第二台泵P4入口阀0B004XV1。随即打开泡沫泵P4，打开泡沫比例混合器入口阀0B0941XV4。关闭0B0941XV3，关闭P3泵，关闭0B003XV1。
图2 罐灭火系统控制逻辑
所有阀门都组态为可以切手动调试。
3.2 DCS系统组态实现灭火逻辑
新建工程、控制站FCS、操作站HIS、I/O卡硬件，本项目中用到AI（AAI143-S）、AO（AAI543-S）、DI（ADV151-P）、DO（ADV551-P）等IO卡件。
定义I/O点（图3-2），AI点用于测量光纤温度检测仪的温度信号。DI点用于阀门回讯、泵回讯信号，DO点用于输出阀门及泵控制信号。
图3定义I/O点
建立顺控块（图4），建立基本顺控功能块ST16
图4 建立顺控块
首先建立初始化顺控表，投运后将所有阀门输出手动。
建立启动喷淋顺控表（图5），其中SPRAY-LG为投入开关，输出信号用开关仪表块，当开关仪表块切到AUT方式时可以由顺控表操作。报警时块方式改变到AUT，设定CSV为0，阀门打开，其它顺控制表内容同样编写。
图5 启动喷淋顺控表（部分）
根据图3-1逻辑建立其它顺控表。
4 结论
实现罐区火灾消防的方式有多种，火灾信号检测方式，采用的系统都有不同选择。对于罐区较小的，常用PLC系统控制，罐多的大型油罐区域通常采用DCS系统，为了提高系统可靠性，常采用冗余配置等方式。
参考文献
[1]周建华，光纤光栅传感器应变传递特性研究，武汉理工大学，硕士学位论文.
关键词：混合动力汽车，检测，维修
混合动力电动汽车的英文是“Hybrid Electric Vehicle”，简称“HEV”。根据国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会的建议，混合动力电动汽车是指有两种或两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车。目前已研制成功并投入使用的混合动力电动汽车主要是内燃机与蓄电池混合的混合动力电动汽车，它被称为油电混合动力汽车。本论文所述的混合动力汽车也只局限于这类油电混合动力汽车。
所谓油电混合动力电动汽车（以下简称混合动力汽车），是指采用传统的内燃机和电动机(电池) 做为动力源，通过使用热能和电力两套系统驱动汽车。混合动力汽车采用的内燃机既可是汽油机也可以是柴油机，而使用的电动系统包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。两套系统的联合使用使得内燃机、电动机都可在高效区经济内运行，输出功率相对稳定。燃油提供了车辆运行所需的大部分能量来源，而辅助动力单元即动力电池通过电机使车辆具有更好的动力性和经济性。
一、混合动力汽车的检测与维修概述
汽车维修工作主要分为保养、机械维修、电器及电控系统维修、钣金和喷漆这几个部分。对于混合动力汽车来说，它与传统的内燃机汽车的主要差别在于增加了一套电驱动系统，这套系统的增加使得原本就复杂的电控系统变得更加复杂，电器及电控系统的维修难度之大不言而喻。由于增加了一套电驱动系统并对原有内燃机汽车的结构作了相应的改造，这决定了混合动力汽车必将产生出新的特有的故障类型，原本适用于传统内燃机汽车的一些维修经验、诊断思路和检测方法在混合动力汽车上可能将不再适用，所以，作为一名维修人员如果墨守成规、依赖经验，不注重理论知识的学习和诊断思维的培养，将很快被淘汰。那么我们应该如何来面对接下来的挑战呢？
首先，随着汽车电控化程度的提高，特别是未来混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池汽车的发展，汽车的主要故障将出现在电路方面，面对复杂、纷乱的汽车电路时，只有具备了过硬的理论知识后才有可能将它们理清楚、弄明白，才有可能进一步的形成正确的诊断思路，找到正确的维修方法。
其次，多观察、多比较。在掌握相关理论知识的基础上要回到实践当中来，多观察、多比较。仔细观察汽车的结构，认真的比较它与传统的内燃机汽车的异同点，将理论与实践紧密的连接起来。
再次，勤总结。混合动力汽车必然会出现不同于现有传统内燃机汽车的特有的故障类型，应该在维修实践中将其详细的记录下来并认真的分析和总结，日积月累便能形成一套适合于混合动力汽车的行之有效的维修方法。
二、混合动力汽车的检测与维修
我们知道不同的混合动力系统其结构和工作原理各不相同，这就使得不同的混合动力汽车其检测与维修的方法也会有很大的差异。本文以丰田普锐斯混合动力汽车为例简单的介绍一下与混合动力汽车的检测与维修相关的问题。
1、普锐斯混合动力汽车检测与维修注意事项
普锐斯采用的是高压电路，动力电池组的额定电压为201.6V，发电机和电动机发出（或使用）的电压为500V。在普锐斯的电路系统中，高压电路的线束和连接器都为橙色，而且蓄电池等高压零件都贴有“高压”的警示标志，注意！不要触碰这些配线。论文格式。在检修过程中一定要严格按照正确的操作步骤操作。在检修过程中（如安装或拆卸零部件、对车辆进行检查等）必须注意以下几点：
（1）对高压系统进行操作时首先应将车辆电源开关关闭；
（2）穿好绝缘手套（戴绝缘手套前一定要先检查手套，不能有破损，哪怕针眼大的也不行，不能有裂纹，不能有老化的迹象，也不能是湿的）；
（3）将辅助蓄电池的负极电缆断开（在此之前应先查看故障码，有必要的化将故障码保存或记录下来，因为与传统内燃机汽车一样，断开蓄电池负极电缆故障码将被清除）；
（4）拆下检修塞，并将检修塞放在衣袋里妥善保管，这样可以避免其他人员误将检修塞装回原处，造成意外；
（5）拆下检修塞后不要操作电源开关，否则可能损坏混合动力ECU；
（6）拆下检修塞后至少将车辆放置5分钟后再进行其他操作，因为至少需要5分钟的时间对变频器内的高压电容器进行放电；
（7）在进行高压系统的作业时，应在醒目的地方摆放警告标志，以提醒他人注意安全；
（8）不要随身携带任何金属物体或其他导电体，以免不小心掉落引起线路短路；
（9）拆下任何高压配线后应立刻用绝缘交代将其包好，保证其完全绝缘；
（10）一定要按规定扭矩将高压螺钉端子拧紧。扭矩过大或过小都有可能导致故障；
（11）完成对高压系统的操作后，在重新安装检修赛前，应再次确认在工作平台周围没有遗留任何零件或工具，并确认高压端子已拧紧，连接器已插好。论文格式。
2、普锐斯的基本检修程序
（1）车辆进入车间。
（2）分析各户所述的故障。
（3）将智能诊断仪II连接到车辆的诊断插座上。
（4）读取故障码和定格数据，并将其记录下来。如果出现与CAN通信系统有关的故障码则应首先检查并修复CAN通信。
（5）清除故障码。
（6）故障症状确认。若故障未出现则进行故障症状模拟；若故障出现则查看故障码及相关数据流以获取相关信息。
（7）进行基本检查，查阅相关资料。
（8）根据故障现象、故障码、相关数据流并结合其他的检测手段进行故障诊断，找出故障原因。
（9）排除故障。
（10）确认故障排除。
3、普锐斯混合动力汽车混合动力控制系统的检测与维修
（1）对混合动力汽车控制系统进行操作前必须弄清楚混合动力汽车控制系统的组成和工作原理并结合电路图和相关的维修资料严格按规范的操作步骤进行。
（2）普锐斯混合动力系统的相关检查
①检查变频器
查看故障码；清除故障码；戴上绝缘手套；关闭电源开关；拆下检修塞；拆下变频器盖，断开端子A和B。
将电源开关拨到IG位置，此时会产生互锁开关系统的故障码；在线束侧用电压表测电压，同时用欧姆表测电阻。
②检查转换器（戴上绝缘手套操作）
若混合动力系统警告灯、主警告灯和充电警告灯同时点亮，则检查故障码并进行相应的故障排除。
③检查速度传感器
用欧姆表测量端子间的电阻，其值应符合标准值，否则更换变速驱动桥总成。
④检查温度传感器
用欧姆表测量端子间的电阻，应符合标准值，否则更换变速驱动桥总成。
⑤检查加速踏板位置信号
将电源开关拨到IG位置；用电压表测量混合动力车辆控制ECU连接器B中相应端子的电压，应符合标准值，否则更换加速踏板连杆总成。
4、普锐斯混合动力汽车电池系统的检测与维修
普锐斯混合动力汽车电池系统主要由以下几部分组成：动力电池组、12V辅助电池、电池ECU、冷却系统、电流传感器、检修塞系统主继电器等组成。
动力电池组：普锐斯采用的是镍-氢动力电池组，它具有高功率密度和常使用寿命的特点。该电池组由28个电池模块串联而成，每个模块由6个1V或2V的单节电池串联而成。所以整个电池组共168个单节电池，可以得到201.6V的高电压。论文格式。
电池ECU：电池ECU的功能是用来检测电池组的充电状态（SOC）、温度、电压、电流以及是否漏电，并将这些信息发送到HV ECU（混合动力ECU）。电池ECU还负责控制冷却风扇的工作，确保电池组处于正常的温度范围内。
电池组冷却系统：电池组冷却系统由冷却风扇，一个进气温度传感器和3个位于电池内的温度传感器以及通风管路组成。3个温度传感器和一个进气温度传感器随时检测蓄电池及进气口的进气温度，若温度升高到一定值，电池ECU将启动冷却风扇，直到温度下降到规定值，从而使电池组的温度始终保持在正常的范围内。
检修塞：检修塞位于电池组第19模块和第20模块中间，在检查或维修前拆下检修塞便可以切断电池组中部的高压电路，可以保证维修期间的人员安全。
系统主继电器（SMR）：系统主继电器的作用是按照HV ECU的指令连接和断开到高压电路的动力。系统主继电器共由3个继电器组成，两个位于正极分别为SMR1、SMR2，一个位于负极SMR3。电路接通时，SMR1和SMR3工作，而后SMR2工作而SMR1关闭。
辅助蓄电池：普锐斯采用的是12V的免维护电池，它与传统的汽车用蓄电池类似，负极也是通过车身接地的。该电池对高压很敏感，对其充电时应将它从车上拆下，用丰田专用的充电机充电，普通充电器没有专用的电压控制功能，有可能毁坏电池。
参考文献
[1] 陈清泉，孙逢春 编译. 混合电动车辆基础[M]. 北京：北京理工大学出版社，2001.
[2] 张金柱. 混合动力汽车结构、原理与维修[M]. 北京：化学工业出版社，2008.
[3] 耿新. 混合动力技术的原理和应用[J]. 汽车维修与保养，2008.
[4] Jon Munson. 用于混合动力/电动汽车的可靠锂离子电池监视系统[J]. CompoTechChina，2008（10）
[5] 陈宗璋，吴振军. 电动汽车动力源类型[J]. 大众英雄，2008，（3）
论文摘要：利用89C系列为核心开发的温湿度控制仪，性能稳定可靠，不仅可用于电力部门，对温湿度要求较高的库房粮仓等场所也十分适用。此设计为用电单位和一些环境比较潮湿的工作场所设计的提供环境温湿度的检测和控制系统。利用单片机采用数字PID控制系统，由检测系统、控制系统和执行环节三部分组成。
中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）18-0036-02
温、湿度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计、湿度计来采集温度和湿度，通过人工操作加热、加湿、通风和降温设备来控制温湿度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管做温湿度传感器，但由于其交换性差，效果也不理想。在某些行业中对温湿度的要求较高，特别是在大型的电力系统中，由于温度过高或过低引起的元器件失效或由于环境湿度过高而引起的漏电事故时有发生，对电力系统的可靠运行造成非常大的影响，甚至危及到电力系统局部及操作人员的安全。为了避免这些故障，需要在配电柜柜体内安装控温、除湿设备。由于采用了新型单片机对温湿度进行控制，所以特别适用于对温湿度控制要求较高的继电保护柜、仪表箱、计量柜等设备。通过加热去湿使其干燥获得一个独立的温湿度可以自动控制的恒温恒湿空间。
一、系统硬件平台
本系统以89C系列单片机为核心，将采集到的信号送给温度传感器、通过HS系列湿度传感器对所接收到的温度、湿度等信号进行采集，送到89C系列单片机系统中对数据进行分析处理，通过单片机系统的外设对获取的信号进行显示、控制，这样就将采样到的非电信号转化为电信号加以实现，从而解决了对温湿度的电气控制方案。本系统的工作原理是当配电柜内的温度低于系统中所设定值的最低值或设备内部的环境湿度大于系统所设定的最高值候，单片机将输出低电平，这是系统会自动启动加热系统使电加热元件开始升温工作，对设备内部进行温度升高，干燥环境；当配电柜内的环境温度高于系统所设的最高值或测试到空间湿度小于系统的最小值候，系统电路将输出高电平，对加热电路控制，停止加热；当工作环境温度值超过通过循环风来降低工作温度的上限设定值时，系统处理器会输出低电平，促使风扇工作的控制电路开始工作，排风散热降温；当设备内部温度值小于排风降温设定得最低值时，微处理器将输出高电平，停止风扇工作。对环境的温、湿度可以得到有效的控制。以89C系列为核心的温湿度控制系统主要由如下几部分组成：输入电路，数据转换电路，警示及加热控制电路和排风控制电路，还有一些外设电路构成。该控制系统以微处理器为控制器中心，采用数字PID算法，经过详细核算、调试确定出参数KP、KI及KD的数值，达到满意的控制效果从而构成一个循环的控制系统。提高环境温、湿度的控制精度，达到用电单位所提出的精度要求。
二、各模块组成
信号采集模块由温度检测电路和湿度检测电路组成。温度检测电路，在此系统中，由一个高性能的双运算放大器、r1、r2、r3组成比例运算，且输入信号从运算放大器的反相输入端输入；则它是一个反向比例运算放大电路。采集到的信号Ui经输入端电阻r1送到反相输入端；而同相输入端通过电阻r2接“地”。经过AD590的输入信号经双运算放大器进行IV转换后可得到电压输出，输出的电压Uout为100mV℃，最后由模数转换电路的通道CH0送给微处理器。测温传感器采用AD系列，它是集成温度传感器，其电源电压为4～30V，测温范围-55℃～+150℃。整个测温范围内精度可达±0.5℃，且线性度好，直接输出为电流（1?滋AK）由于采用了线性度良好的AD590进行温度测量，故测出的温度值不需要进行线性校正。湿度检测电路由湿敏传感器、多谐振荡器和单稳态触发器等组成，采用CV变换完成湿度检测。湿敏传感器采用电容式湿敏元件HS1101，这种元件有响应快、线性度和可靠性高、长时间工作稳定性好、长时间饱和下快速脱湿等特点。因而采用一般处理即可达到精度为±5％RH的要求。
外部电路由89C51扩展接口芯片8155来实现的6位LED显示和24键的键盘显示器接口电路。接口芯片8155也可用8255来代替。AT89C51外扩1片8155，8155的RAM地址为7E00H~7EFFH，IO地址为7F00H~7F05H。8155PA口为输出口，控制键盘列线的扫描，PA口同时又是6位共阴极LED显示器的位扫描口。PB口作为显示器的段码（字型码）口，8155H的PC口作为键盘的行线状态的输入口。
后向通道中光耦合双向晶闸管驱动器是一种单片机输出与双向晶闸管之间较理想的接口器件，它由输入和输出两部分组成，输入部分是一种一砷化镓发光二极管，该二极管杂5～15mA正向电流作用下发出足够迁都的红外光，触发输出部分，输出部分是一硅光敏双向晶闸管，在红外线的作用下可双向导通。在使用晶闸管的控制电路中，常常要求晶闸管在电源电压为零或刚过零时触发晶闸管，来减少晶闸管在导通时对电源的影响。这种触发方式称为过零触发。过零触发需要过零检测电路，有些光电耦合器内部含有过零检测电路，如MOC3061双向晶闸管触发电路。去湿干燥机采用我国新型的发热材料PTC半导体陶瓷加热，其加热部件下面配有微型风扇，使热气流均匀快速流畅，它可以根据端子箱的大小尺寸配定。其功率可在300～800W之间调节，与其配套的排风机可带走端子箱内的湿气。这套去湿干燥机，结构合理、高效、节能，其热效率超过9000，并且安全可靠无明火，不会引燃物体，其使用寿命比传统电热干燥元件高十几倍。
三、软件系统
系统软件采用汇编语言编写，包括主程序、键盘显示子程序、数字PID算法子程序等模块。系统主程序流程图如图2所示：
关键词： 监控系统； SU； SC； SS； 检测； 维护
中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1006-8828（2015）02-45-02
Discussion on methods of maintaining centralized computer room monitoring system
Yu Shanshan
（Dehong Normal College， Mangshi， Yunnan 678400， China）
Abstract： The types and principles of physical equipment used in the third level monitoring unit （SU， SC， SS） in centralized monitoring system in computer rooms are analyzed. Some fault detection technology as well as daily maintenance methods， which have been proved to have high accuracy， are given. With the methods mentioned in the paper， the maintenance workers can identify the state of the equipment failure accurately and take effective measures to improve work efficiency and lower maintenance cost.
Key words： maintaining centralized monitoring system； SU； SC； SS； detection； maintenance
0 引言
监控系统在结构上是一个多级的分布式计算机监控网络，一般可分为三级，即SC（监控中心），SS（区域监控中心），SU（监控单元）[1]。通过对这些设备日常故障维护手段的分析，使维护人员在接到第一次报警后就可以确认需要什么样的工具、配件，去什么地方解决什么问题；帮助维护人员分析故障状态，使维护人员在采取措施之前做出准确的、及时的判断，从而保障设备有效工作和大大降低维护费用。
三级监控系统的结构、运行方式如图1所示。
1 SU（监控单元）
1.1 传感器
各个监控系统集成商根据各自的特点所采用的传感器品牌和型号都不太一样，但同类传感器具有相同的原理。具有相同原理及工作方式的传感器有些可以互换，在维修和维护时可提高效率和降低成本。
在维护时查看传感器安装是否牢靠，是否存在烧过等现象，可用手感觉传感器发热的强度及倾听传感器内开关等发出的声音。
⑴ 烟雾传感器
烟雾传感器以检测方式区分为光电型和离子型，以输出方式区分为干接点和电流输出型。它们不能互换。一般烟雾传感器都带有自检测灯，周期闪亮则表示设备工作正常，闪亮周期为30S左右。维护时可观看灯是否在闪亮，若灯不亮，则检查输出信号。干接点输出型告警时，信号输出端为50欧以下，平常不告警时为断开或10M欧以上。电流输出型在告警时有20mA左右的电流，信号电流输出线一般与电源线为同一根线。
⑵ 防盗传感器
防盗传感器可分为：门磁开关和红外探测器。门磁开关发生告警时（一般为两块感应磁铁分离时）―门开，输出干接点参数同上。维护时应注意门是否变形而导致磁铁不能有效吸合而长时间告警。
红外传感器通过检测带有热源的移动物体来发出告警，传感器本身有一定的角度，输出为干接点或电流。维护时应注意红外传感器是否存在死角，红外上的检测灯是否在闪亮，当有移动热源物体时，红外的检测灯是否一直亮着。
⑶ 环境温湿度传感器（包括温度和温湿度传感器）
环境温湿度传感器属于模拟量传感器，长时间运行在恶劣的环境下，感应元件非常容易老化，因此对于湿度较大的环境应缩短巡检周期。
⑷ 贴面温度传感器
贴面温度传感器常用在测量变压器温度、电池温度、机柜/箱温度上。测量温度量程通常比较大，比如为0℃->100℃，而环境温湿度传感器的量程通常为0℃->50℃。此类传感器同样也存在老化过快的缺点。
⑸ 液位传感器（检测油时，也可叫油压传感器）
液位传感器要注意经常清理油压检测孔，以确保油压检测孔不被堵塞。此类传感器应为无源传感器。
⑹ 电压传感器
电压传感器应安装在专门的模块箱里，以便做隔离和集中管理和维护。一些传感器上有电压信号指示灯，有电时灯是亮着的，若灯灭，则传感器或连线有问题，应检测传感器输出端是否存在一定的电压。
⑺ 电流传感器
电流传感器采集电流时一般用霍尔传感器，霍尔传感器感应回路应可靠接触，校准时可调节调零端子。
⑻ 智能电量监测仪
输出为智能口，检查通信线路及隔离器件是否正常工作，若监测仪上有LED可查看具体的参数，判断通信状态是否正常。
⑼ 熔丝采样传感器
熔丝采样传感器本身带有采样信号检测灯和工作灯。
1.2 智能设备
当智能设备数据在监控业务台上不能显示时，首先检查智能设备投点是否正确，通道地址是否正确，然后检查智能设备通信参数是否正确，检查线路是否连接正常，检查隔离器件是否正常（隔离器件有信号灯），检查接智能设备的多用户卡上的灯是否在闪亮，通信链路连接是否正常，最后检查智能设备智能口输出端是否有电压。在现场可通过便携式计算机根据通信协议命令或设备专用软件可检验通信接口的好坏和通信协议是否正确。
当智能设备数据在监控业务台上显示有误时，检查投点是否有误，检查协议数据转换比率是否正确，检查数据输出格式是否符合要求（如：应为摄氏度，但被设定成了华氏度），智能设备中是否存在某些单元被人为现场关闭或做了不正确的设置（如：洲际开关电源，现场关断整流模块时，会出现模块通信异常告警）。
1.3 协议处理
对于需要进行通信协议转换的系统，比如：转换为标准的通信协议，需要增加相应的设备进行通信协议格式的转换。具体方法有：①以固化软件的形式烧到处理芯片中，如华为公司的OCI-6、大诚公司的MPC3；②直接下载到FLASH ROM中。相比之下，第二种方法具有远程下载的功能，不受读写次数的限制等优点。当扩容、更换智能设备时，需要根据智能设备的通信协议编写程序，重写寄存器。若存在一个局内普遍智能设备的数据无法上传，则可能是处理通信协议的器件出了问题，需要更换设备，重新写软件[2]。
2 SS（区域监控中心）
当区域监控中心出现死机时：⑴应立刻检查是否因为由SU上传的数据在写入数据库时出现了读写错误等问题。故障判断：①局域网上各节点计算机是否连通；②数据库服务是否正常运行；③数据传输端口的参数是否正常。⑵检查监控程序是否被非法操作。解决办法：重启监控服务软件。⑶检查是否存在外界侵入问题。系统的安全性能需不断地提高。对于IP可路由的网络，另外接一台计算机假设以各种方法进入系统。可供测试的方法大致有：拨打备份路由，PING系统中任意一台计算机，看是否能PING通，若能PING通，则表明系统内部没有设置必要的网关，路由器上没有分配路由表，或者需要增加必要的认证和权限；接入到同一个网络上，查找某个网络设备，若能查找到并能取得服务，则表示这台机器装载着其他通信协议（如NETBIOS、IPX/SPX、AppleTalk等协议），针对电源监控系统的安全性和系统维护的方便性，需要把这些可能带来安全隐患的协议删除。对于具体问题还需针对网络进行专门的测试，逐一排除隐患。
如果由于传输设备参数错误而导致传输中断，在更正后，锁住传输设备设置面板，并定期通过网络查看设置情况。如：基带MODEM参数设置，检查主从模式设置，通信速率设置；频带MODEM参数设置，由远端PC上进入TELNET IP（连接传输设备的那一台网络设备的IP） 2009（传输设备的端口号）即可进入查看MODEM的参数。
当区域监控中心无数据时：①查看传输设备是否工作正常；②对于判断链路故障问题，需寻求数据机房或传输机房工作人员的帮助，如对DDN做本地回环和远端回环测试；③在确保链路连通的情况下，查看链路协议是否启动。
当监控站数据库由于意外原因崩溃时，首先应恢复数据库系统、动态链接库、ODBC通道，然后恢复监控数据库结构，向空数据库分发丢掉的历史数据。检测监控业务台软件与数据库之间的连接是否畅通，是否有定期向SC数据库备份数据的功能。
对于有路由器的网络，如果全部主路由或全部备用路由都不通，则路由器存在故障。检查各端口的灯是否闪亮，若闪亮、则表示路由器路由协议（RIP）没有工作，否则可能是路由器硬件故障。
当网络不通时，应立即检查交换设备是否出了问题，当集线器或交换机上各口的灯出现黄色，则表示链路两端已经处在同一个电平，但通信线路有故障（3、6线未连通）；若是绿色，则表示链路已经连通。若不能进行数据传输，则需要检查IP地址、网关等是否配对，若绿色的灯在没有传数据的时候一直在闪动，则表示IP地址可能存在冲突，需要更改IP地址；若长时间出现黄色灯和绿色灯交替闪动，则表示此端口的数据碰撞率过大，则需要更换此PC的网卡或另外增加一块网卡，以保证在数据量过大的情况下数据传输畅通。
3 SC（监控中心）
从管理上，SS叫局站监控管理中心，SC叫区域监控管理中心，它们在许多功能和管理维护方面具有相同之处，但SC的功能更强大。维护和维修过程中，对于相同之处，参照SS，以下讨论其不同之处。
3.1 服务器系统
机房监控系统有着大量数据需处理：实时数据，告警数据，历史统计数据，操作日志，系统运行日志等。服务器系统需满足这些数据处理和存储的功能。对于服务器-客户机系统，服务器和数据库尤为重要，这样的系统一般都配置了服务器双机热备份，采用RIAD5技术、磁盘冗余、多种冗错校验方式的磁盘阵列。这种系统在维护、故障诊断和维修上比较复杂。总的来说，作为一般性的维护可采取以下措施：
⑴ 保证双机系统双电源供电；
⑵ 划分比较大的数据存储空间和足够的数据日志空间，数据库满时应及时把数据倒入外存，妥善保存数据；
⑶ 备份数据库结构，以防万一数据库崩溃时能及时得到恢复。
参考文献：
[1] 张琳.通信电源监控系统传输方式的研究[D].山东大学硕士论文，
2007.4.
关键词：传感器，发展，新趋势
作为模拟人体感官的“电五官”（传感器）是猎取所研究对象信息的“窗口”，它为系统提供赖以进行处理和决策所必须的对象信息，它是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的关键组成部分。未来的社会，将是充满传感器的世界。有人认为支配了传感器技术，就能把握住新时代。因此，传感器技术是21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新技术之首，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点内容，我国从20世纪80年代以来也已将传感器技术列入国家高新技术发展的重点。21世纪是人类全面进入信息化的时代，作为现代信息技术的三大支柱之一的传感器技术必将有长足的发展。
“电五官”落后于“电脑”的现状，已成为新型计算机的进一步开发和应用的一大障碍，传感器的发展远远不能满足计算机应用和开发的需要；许多有竞争力的新产品开发和卓有成效的技术改造，都离不开传感器。如：工厂自动化中的柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、几十万千瓦的大型发电机组、连续生产的轧钢生产线、无人驾驶的自动化汽车、多功能装备指挥系统、直至宇宙飞船或各种探测器等等，其开发与传感器密不可分；传感器的应用提高了机器设备的自动化程度，提高了产量和质量，产生了巨大的经济效应。同时，推动了科学技术的进步，促进了生产力的发展，产生了巨大的社会效应；传感器普及于社会各个领域，从茫茫太空到浩瀚海洋、从各种复杂的工程系统到日常生活的衣食住行，将造成良好的销售前景。这些都是传感器技术发展的强大动力，随着现代科学技术，特别是大规模集成电路技术的飞速发展和电脑的普及，传感器在新的技术革命中的地位和作用将更为突出，一股竞相开发和应用传感器的热潮已在世界范围内掀起。
目前的传感器，无论在数量上、质量上和功能上，远远不适应社会多方面发展的需要。当前，人们在充分利用先进的电子技术条件，研究和采用合适的外部电路以及最大限度地提高现有传感器的性能价格比的同时，正在寻求传感器技术发展的新途径。特别是电子设计自动化（EDA）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、数字信号处理（DSP）、专用集成电路（ASIC）及表面贴装技术（SMT）等技术的发展，极大地加速了传感器技术的发展。下面探讨传感器发展的新趋势：
1．开发新型传感器
鉴于传感器的工作机理是基于物理学、化学等各种效应和定律，由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。目前发展最迅速的新材料是半导体、陶瓷、光导纤维、磁性材料以及所谓的“智能材料”（如形状记忆合金，具有自增殖功能的生物体材料等）。如日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁传感器，是传感器技术的重大突破。其灵敏度比霍尔器件高，仅次于超导量子干涉器件，而其制造工艺远比超导量子干涉器件简单。它可用于磁成像技术，具有广泛推广价值。此外，当前控制材料性能的技术已取得长足的进步，不久的将来人们将可按照传感要求来合成所需的材料。其中，利用量子力学诸效应研制的高灵敏阈传感器，用来检测极微信号，是传感器发展的新方向之一。
2．结构型传感器的发展
结构型传感器主要向高稳定性、高可靠性和高精度方向发展。论文参考。目前，结构型传感器在国防和工业控制等领域还大量使用，但其在原理、材料和结构形式等方面都不断发生变化，并且向有源化方向发展，即将敏感元件和电路组装在一起,减小装置体积,提高信噪比和精度。结构型传感器由于采用新结构、新材料和新工艺，可大幅提高传感器的性能。如采用微细加工技术（半导体技术中氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺、各向异性腐蚀以及蒸镀、溅射薄膜等加工工艺），可制造出各式各样的新型传感器。
3．传感器的集成化和多功能化
传感器的集成化分为传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。前者是在同一芯片上，或将众多同一类型的单个传感器件集成为一维线型、二维阵列（面）型传感器，使传感器的检测参数由点到面到体多维图像化，甚至能加上时序，变单参数检测为多参数检测；后者是将传感器与调理、补偿等电路集成一体化，使传感器由单一的信号变换功能，扩展为兼有放大、运算、干扰补偿等多功能——实现了横向和纵向的多功能。如日本丰田研究所开发出同时检测Na+、K+和H+等多种离子的传感器。这种传感器的芯片尺寸为2.5mm×0.5mm，仅用一滴液体，如一滴血液，即可同时快速检测出其中Na+、K+和H+的浓度，对医院临床非常方便实用。
目前集成化传感主要使用硅材料，它可以制作电路，又可制作磁敏、力敏、温敏、光敏和离子敏器件。在制作敏感元件时要采用单硅的各向同性和各向异性腐蚀、等离子刻蚀 、离子注入等工艺，利用微机械加工技术在单晶硅上加工出各种弹性元件。当今，发达国家正在把传感器与电路集成在一起进行研究。
4．传感器的智能化
将传统的传感器和微处理器及相关电路组成一体化的结构，就是传感器的智能化。智能传感器具有自校准、自补偿、自诊断、数据处理、双向通信、信息存储和记忆、数字信号输出等功能。智能传感器按其结构分为模块式、混合式和集成式三种。模块式智能传感器是初级的，是由许多互相独立的模块组成，其集成度不高、体积较大，但比较实用；混合式智能传感器是将传感器、微处理器和信号处理电路制作在不同的芯片上。目前，其作为智能传感器的主要类型而被广泛应用；集成式智能传感器是将一个或多个敏感元件与微处理器、信号处理电路集成在同一芯片上，其结构一般是三维器件（立体器件），具有类似于人的五官与大脑相结合的功能，并且智能化程度随着集成化程度的提高而不断提高。如美国图尼尔公司的ST—3000型智能传感器，采用半导体工艺，在同一芯片上制作CPU，EPROM和静压、压差、温度等三种敏感元件。论文参考。另外还有MEMS，MEMS通常是由传感器、信息单元、执行器和通信/接口单元等组成。它可从需要观测与控制的对象中获取光、声、压力、温度等信息，转换成电信号并要求处理、提取信息，通过执行器对目标实施控制或显示；同时，系统通过通信/接口单元以光、电或磁的形式与其它微系统保持信息联系。
今后,随着传感器技术的发展,还将研制出更高级的集成式智能传感器,它完全可以做到将检测、逻辑和记忆等功能集成在一块半导体芯片上。同时，冷却部分也可以制作在立体电路中，利用帕耳帖效应使电路进行冷却。目前，集成式智能传感技术正在起飞，它势必在未来的传感器技术中发挥重要的作用。
5．传感器的虚拟化和网络化
5．1虚拟化。自20世纪90年代以来，一种全新概念“虚拟化”正获得愈来愈广泛的应用。虚拟传感器是传感器、计算机和软件这三者的有机结合，构成软硬结合、实虚共体的新一代传感器。这种传感器是基于计算机平台并且完全通过软件开发而成，利用软件来建立传感器模型、标定参数及标定模型，以实现最佳性能指标。如美国B＆K公司最近已开发一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并附带一张软盘，软盘上存储着该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查，传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。此外，专供开发虚拟传感器产品的软件工具也已面市了。
5．2网络化。网络传感器是包含数字化传感器、网络接口和处理单元的新一代智能传感器。这里讲的网络已不限于传感器总线，还应包括现场总线、局域网和因特网。数字传感器首先将被测参数转换成数字量，再送给微处理器做数据处理，最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执行器之间，传感器与系统之间的数据交换及资源共享。
6．研究生物感官，开发仿生传感器
大自然是生物传感器的优秀设计师。它通过漫长的岁月，不仅造就了集多种感官于一身的人类本身，而且还设计了许许多多的功能奇特、性能高超的生物传感器。如狗的嗅觉（灵敏阈为人的10 倍）；鸟的视觉（视力为人的8～50倍）；蝙蝠、海豚的听觉（主动型生物雷达——超声波传感器）；蛇的接近觉（分辩率达0.001℃的红外测温传感器）等等.这些生物的感官性能,是当今传感器技术所望尘莫及的.研究它们的机理,开发仿生传感器（包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉传感器等）,也是引人注目的方向。目前只有视觉与触觉传感器得到了比较好的发展。
传感器技术在广泛应用于工业自动化、军事国防和以宇宙开发为代表的尖端科学与工程等重要领域的同时，正以自己的巨大 力，向着与人们生活密切相关的方面渗透。论文参考。现代科学技术的飞速发展以及社会对高性能、高适用性传感器的迫切需要，极大地推动了传感器技术的发展。生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器等方面的传感器已层出不穷，并在日新月异地发展。我们有理由相信，传感器这颗璀璨的明珠，必将放射出更加耀眼的光芒。
参考文献：
〔1〕 单成祥.传感器的理论与设计基础及其应用〔M〕.北京：国防工业出版社，1999。
〔2〕 何希才.传感器及其应用电路〔M〕.北京：电子工业出版社，2001。
〔3〕 黄长艺.机械工程测试技术基础〔M〕.北京：机械工业出版社，2001。
〔4〕 王元庆.新型传感器原理及应用〔M〕.北京：机械工业出版社，2002。
〔5〕 沙占友.智能化集成温度传感器原理及应用〔M〕.北京：机械工业出版社，2002
〔6〕 何勇 王生泽.光电传感器及其应用〔M〕.北京：化学工业出版社，2004
关键词：风电桨叶 光纤光栅传感器 健康监测 动平衡
中图分类号：V212 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-02
在风力发电领域，由于人们对发电设备的效率和负荷要求越来越高，安全监测系统发挥的作用越来越大。一旦风力发电机组因传动装置和发动机失灵，以及转动桨叶损坏出现停转，都会造成巨大的经济损失。风电桨叶是风力发电机组关键部件之一，其性能直接影响到整个系统的性能。风电桨叶体积巨大，结构主要为复合材料，又安装在比较偏远的地点，风力发电场会受到各种类型天气的干扰和破坏。风电桨叶又工作在高空，运行环境十分恶劣，空气中各种介质几乎每时每刻都在侵蚀着桨叶，春夏秋冬、酷暑严寒、雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时都有可能对桨叶产生危害，若出现断裂和脱落就会造成严重的生产事故，因此开展此类监控技术的研究极为重要。
1 传感原理
1.1 光纤光栅振动传感器
由于单个光纤Bragg光栅传感器只能测量某一个点的温度和应变情况，对于细而长的风电桨叶来讲，用一个传感器不能够完全表征桨叶的振动状况，因此，我们引入准分布式光纤光栅振动应变测量方法。即在桨叶的轴向上布设一串光纤Bragg光栅传感器，等距离布设各个光栅，用以测量桨叶受外力作用时的振动情况。测量原理如图1所示，图中实线表示桨叶不受力的自由状态，虚线表示桨叶受到振动后挥舞形变状态，这样就可以通过固化在桨叶上的应变传感器测量出桨叶的振动幅度、相位及频率的变化
信息。
1.2 光纤光栅波长解调技术
对风电桨叶的结构健康进行监测，需要实时多点采集桨叶的应变、温度和振动信息。一般地，根据桨叶的实际长度需要布设多个光纤Bragg光栅传感器，少则十几个多则几十个，而且分布较广，因此，必须采用多通道集成的方法，将数量较多的待测传感器串联起来，用一台解调装置对多波长传感器进行同步解调。
本论文采用课题组自主设计的16通道的小型化扫描激光解调仪器实现多点应变、温度测量。系统中采用扫描激光作为光源，激光输出功率比普通的宽带光源强，具有很高的信噪比，不受因光纤传感网络测点多而引起光强下降的影响。当波长扫描的可调谐激光输出到光纤光栅传感器阵列时，由不同中心波长的光纤光栅传感器反射回的信号传输到光电探测器阵列上实现光电转换，由嵌入式微处理器进行光电信号采集处理，经过运算最后将测量的波长值显示在液晶显示屏上。
解调系统中采用了高灵敏度的光电探测器探测传感器的中心波长信号，用大规模可编程器件与高速ADC芯片测量光电信号，用高速并行模数转换器件预处理测量信号，由DSP计算出的波长值由嵌入式芯片控制键盘和液晶显示接口进行显示和网络数据传输。波长解调系统的原理图如1-2所示。系统具有16个独立通道，激光波长扫描范围可达80 nm，每个独立通道可接入40个光纤光栅温度传感器，各通道完全独立同步采集，无时间延迟，扫描频率300Hz，总计可同时监测640个光纤光栅传感器，通过扩展通道还可以增加传感器的容量，非常有利于风电桨叶结构状态的分布式监测。
2 光纤光栅桨叶测试系统
2.1 系统组成
风电桨叶光纤光栅结构健康监测系统主要由固化好光纤光栅传感器的智能桨叶、信号传输光缆、光纤光栅波长解调仪和数据采集分析软件组成。
本实验以小型化的风力发电桨叶为实验测试平台，将光纤光栅传感器对称粘贴在复合材料制作的小型风电桨叶的上下表面，构成分布式应变测试传感器网络，通过信号传输光纤传输至波长解调仪，实现桨叶的静态和动态受力情况的测量。实际应用中，解调系统被安装在风力发电机的轮毂机舱中，它的主要功能是将传感器网络感测到桨叶的应变和振动信号进行波长解调，并通过网络进行远程传输。
远程控制系统主要由无线接收设备和监测中心计算机组成，无线接收设备将接收到的波长信息传输给监测中心计算机，计算机对监测数据进行实时分析，通过监测数据反映桨叶的运行现状，在超限情况下迅速预警，进而避免重大事故的发生，还可对风电桨叶的维护提供必要的技术支持。
2.2 LabVIEW桨叶数据采集软件
监控软件为基于LabVIEW平台的数据采集和处理软件，实现传感器波长与应变和振动物理量的对应转换和时频分析等功能。监控软件的功能包括解调仪和PC机之间的网络数据通讯、数据预处理、波长转换、实时数据刷新、FFT变换、光纤光栅波形显示等具体功能。
3 桨叶动态测试及数据分析
风电桨叶是风电设备中的大型旋转部件，当风力发电机正常运转时，桨叶的动态数据较静态时复杂，但正常的旋转和桨叶损伤情况下的动态信息有明显的区别。实验中通过将桨叶挂装在轴承上模拟动态运转，实时测试桨叶的动态数据，即将标定好应变传感器的桨叶固定在主轴上，外力旋转桨叶，得到各个位置处光纤光栅传感器波长值与时间的对应关系，以桨叶的根部为起点。
在桨叶动态旋转的过程中，桨叶会发生振动，传感器能够实时提取出振动信号，通过快速傅立叶变换可以识别振动的信息。当桨叶出现裂缝和脱落等异常情况时，会直接反映在桨叶的振动频率上，由此可以实现桨叶的异常状态监测。
在动态实验过程中，开展了如下冲击实验，即当桨叶旋转时，人为对桨叶进行冲击，得到的冲击曲线如图3所示。在这个实验过程中可以观察到，冲击信号是叠加在均匀的振动信号之上的，通过信号的数值处理完全可以监测到桨叶受外力冲击的情况，当异物撞击桨叶时出现异常信息后可通过分析桨叶的应变和振动信息了解桨叶的损伤情况，如差异非常大可根据情况停机检查。
图4为FFT选取第22 s开始时的计算显示结果，此图中显示较高频率集中在6Hz和13Hz处。在实际监测中，可以通过在频谱中寻找最大值并设置阈值的方法，来判断桨叶是否受到异物的冲击或结构的损伤，达到实时监测预警的目的。
4 结语
该文给出了适于风电桨叶监测系统组网方案，分析了数据采集软件功能需求，应用LabVIEW软件平台编写了光纤光栅数据采集处理软件，并利用小型的风电桨叶进行了系列验证实验，对关键的振动和动平衡监测进行了实验验证，取得了良好的测试结果，实验证明该系统完全满足风电桨叶结构健康监测的实际需求。通过动平衡测试验证了桨叶在缺损和挂冰等异常情况的频率响应特性，通过时频分析可快速判别桨叶的损伤状态。
参考文献
[1] 张新房，徐大平，吕跃刚，等.风力发电技术的发展及若干问题[J].现代电力，2003，20（5）：29-34.
论文摘要 煤矿胶带输送机控制运行系统种类繁多。采用可靠稳定的控制系统，提高皮带运转效率，在煤矿安全生产中具有重要意义。本文讨论应用PLC控制系统来提高皮带运输系统的安全性和可靠性。
1 概述
现在的胶带输送机系统多数采用单片机控制，运行稳定性不高，智能化不强，尤其是综合保护装置稳定性差，各种保护传感器故障发生频繁，而且主机控制模块化，插件易损坏，更换频率高。由于采用模块化设计，小部分模块坏时，企业往往就要更换整个大模块，从而造成资源浪费，加大了煤矿生产成本投入。而采用PLC可编程控制程序的综合保护装置，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。它的主要优点包括：
1.1可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC控制系统由于采用现代大规模集成电路技术，内部电路具有先进的抗干扰技术，为使无故障工作时间更长，采用可编程二重容错处理技术。此外，PLC控制系统带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
1.2配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，可以用于各种规模的工业控制场合。随着PLC的不断发展， PLC在位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中的技术应用已相当成熟。
1.3易学易用，维护方便
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
1.4经济合算
尽管使用PLC首次投资要大些，但它的体积小、所占空间小，辅助设施的投入少；工作可靠，停工损失少；维修简单，维修费少；还可再次使用以及能带来附加价值等等，从中可得更大的回报。
通过以上分析，采用PLC控制系统，能大大改善胶带输送机运行稳定差，设备易损害，成本投入高等缺点。它在综合保护装置技术中的应用十分广泛，可行性强。
2 PLC控制程序在胶带输送机综合保护装置的应用
胶带输送机综合保护装置主要包括主机、防滑保护、堆煤保护和防跑偏保护、温度保护、烟雾保护和自动洒水装置，以及沿线紧停开关和全巷道语音报警信号等，现就PLC可编程控制系统在综合保护装置中的应用做如下介绍：
2.1主机
主机可采用PLC多重处理器，并行处理技术，多重抗干扰技术，软件采用模块化设计。使配置应用灵活，便于扩展维护，易于编程，可实时显示工作状态及故障性质，同时选用可靠性高的连接器件，使其布局合理、体积小、重量轻，本安电路经防潮防水处理，避免出现受潮。同时设计启动预告、启动、停止、紧急停车、联锁等功能的开关量输出。包括烟雾保护、温度保护、超温洒水等。
针对胶带输送机的频繁启动，输送带容易出现断带、撕带事故的弊端，设计胶带点动启动系统。同时可设有实验、集控、工作3种操作方式。可根据生产，维修需要任意转换，并可实时监测各种传感器状况及沿线紧停开关信号。
1）在实验操作方式下，可以对任意一种传感器进行实验，并确认是否完好运转正常；
2）在集控操作方式下，可以对某种故障传感器进行解除和投入。因某种传感器突然故障或其他原因等，仍使系统继续运转；
3）在工作操作方式下，可以根据点动启动方式，先让输送带得到缓冲，然后第二次按启动按钮使输送机正常运转，既减轻了胶带撕带接头的缓冲压力，避免了胶带断带撕带现象，有效地遏止了事故的发生。
2.2烟雾传感器
采用专用烟雾集成电路，传感器输出与烟雾信号成正比的电压信号，经电压比较器及数字电路处理输出烟雾超限报警信号。特别适合于矿井防火洒水，起到高温报警的作用。
2.3速度传感器
速度传感器具有发光管和光电接收管，通过接收滚筒上的磁脉冲，通过在标准时间内计数脉冲次数得到轮的转速，从而得到轴转速。实现检测低速打滑、断带和超速保护。稳定性、抗干扰能力强。
2.4防跑偏装置
可由接线箱和传动杆两部分组成，导杆采用高速轴承接触与皮带同步运动，减少了皮带磨损，选用行程开关，传动导臂大于设定时停机。
2.5堆煤传感器
采用万向推杆方式，当皮带煤仓、煤流超限时，煤流推动导杆大于设定角度时，延时0s~4s主机动作，皮带停机。
2.6温度传感器
采用专用温度集成电路和高精度转换器、V/V转换、电压比较器、报警器及输出电路。具有精度高，免校准，工作稳定可靠，设定容易等优点。
2.7急停开关
作为沿线维修及系统异常事故的安全锁定，复位后方可开机。可采用行程开关设计。输送机巷道每个紧停开关用拉绳进行连接，信号接入带式输送机控制开关，实现在输送机巷道内任何一点都能紧急停车的功能。
2.8语音信号器
语音报警信号装置集信号传递、发光显示、通话为一体。通过电压放大器与输送机综合保护装置主机相连接。在全巷道内安设多个该装置，并通过电缆串联连接，从而在全巷道内实现了报警功能。当输送带要启动时，它与胶带综合保护装置主机启动信号同步响起，在全巷道内发出启动预警信号，提醒周围职工远离输送带，确保人员安全。
2.9自动洒水装置
洒水装置应安装在输送机驱动装置两侧，其洒水能够起到对驱动胶带和驱动滚筒同时洒水降温灭火的效果。它与温度保护、烟雾保护装置的作用是当输送带在驱动滚筒上打滑，使输送带与驱动滚筒摩擦，驱动滚筒与输送带的温度升高，热量积聚，产生烟雾时，监测温度信号、烟雾信号，实现自动停机，并自动洒水，把事故消灭在萌芽状态。
3 结论
胶带输送机保护装置中PLC可编程程序控制技术的应用，方便实现了整条输送机的逻辑控制，主要技术参数的在线监测，大大提高了文明生产与科学管理的水平，实现其速度、堆煤、跑偏的自动检测与温度、烟雾动作时的自动洒水，可使胶带输送机司机心中有数，这对减员增效，降低工作的维修工作量，提高工人素质，改善其工作环境均有一定的现实意义。
