爆炸現(xiàn)場(chǎng)溫度動(dòng)態(tài)測(cè)試的方案設(shè)計(jì)

測(cè)量系統(tǒng)就是通過(guò)傳感器把被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而測(cè)量出被測(cè)量。溫度測(cè)量系統(tǒng)就是通過(guò)溫度傳感器把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，為了方便直觀，再把電信號(hào)用顯示器顯示出來(lái)的系統(tǒng)。隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)的需要，人們對(duì)溫度的測(cè)量和控制越來(lái)越重視，對(duì)溫度測(cè)量產(chǎn)品的測(cè)量精度要求也越來(lái)越高。對(duì)溫度的準(zhǔn)確采集及合理調(diào)控，將會(huì)對(duì)那些對(duì)溫度測(cè)試要求較高的工作環(huán)境起到至關(guān)重要的作用。通常溫度測(cè)量系統(tǒng)是以溫度傳感器為核心的測(cè)溫系統(tǒng)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也越來(lái)越向集成化、智能化方向發(fā)展。本文是基于CPLD和鎢錸熱電偶溫度傳感器的爆炸現(xiàn)場(chǎng)溫度動(dòng)態(tài)測(cè)試的方案設(shè)計(jì)。

　　在爆炸現(xiàn)場(chǎng)溫度動(dòng)態(tài)測(cè)試中，我們用到的技術(shù)叫存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)。所謂存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)，是指在對(duì)被測(cè)對(duì)象無(wú)影響或影響在允許范圍的條件下，在被測(cè)體內(nèi)置入微型存儲(chǔ)測(cè)試儀器，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)完成信息快速采集與存儲(chǔ)，事后回收記錄儀，由計(jì)算機(jī)處理和再現(xiàn)被測(cè)信息的一種動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)。

　　爆炸現(xiàn)場(chǎng)溫度動(dòng)態(tài)測(cè)試總體設(shè)計(jì)

　　本次設(shè)計(jì)的溫度測(cè)試系統(tǒng)，主要是利用CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)。溫度傳感器將外界溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱的電壓信號(hào)，通過(guò)模擬電路部分將輸入信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)化電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)FIFO存入存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)通過(guò)接口電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。其中，A/D轉(zhuǎn)換器、FIFO、存儲(chǔ)器和電源管理模塊都是由CPLD控制。

　　主控芯片CPLD的選擇

　　在本次設(shè)計(jì)中使用Xilinx公司生產(chǎn)的XCR3128作為溫度測(cè)試系統(tǒng)的主控CPLD芯片。XCR3128有100個(gè)引腳，其中有76個(gè)I/O引腳，4個(gè)信號(hào)接口，4個(gè)全局時(shí)鐘，7個(gè)VCC，8個(gè)GND，1個(gè)PORT_EN;共包含128個(gè)宏單元，VCC為3.6V，電流限制為200mA。XCR3128封裝小，功耗低，充分滿足了實(shí)際需要。在本次設(shè)計(jì)中，控制部分主要由CPLD控制電路時(shí)序和工作模式的產(chǎn)生。主要功能有：

　　1)電源管理及控制模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的電源管理及全局時(shí)鐘控制，從而達(dá)到降低功耗和控制各信號(hào)初態(tài)的目的。

　　2)時(shí)鐘分頻模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)從晶體振蕩器輸出到CPLD的時(shí)鐘進(jìn)行分頻，從而得到A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器和FIFO需要的時(shí)序。

　　3)編程觸發(fā)比較模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)觸發(fā)溫度數(shù)字電平的編程，通過(guò)移位寄存器實(shí)現(xiàn);數(shù)字比較部分是把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果和所編溫度數(shù)字電平值比較判斷觸發(fā)與否。

　　4)FIFO及存儲(chǔ)器地址模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)生成FIFO和存儲(chǔ)器需要的地址，F(xiàn)IFO和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。

　　5)A/D時(shí)序產(chǎn)生模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換器的CONVST/和讀信號(hào)的時(shí)序生成。

　　6)讀數(shù)模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)讀數(shù)接口的邏輯連接控制，接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的脈沖信號(hào)，以完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

　　溫度傳感器

　　本次使用的是美國(guó)NANMAC公司的E12鎢錸侵蝕熱電偶。因?yàn)樵诒▓?chǎng)等高溫、高壓、高沖擊的惡劣環(huán)境下，采集瞬時(shí)溫度的動(dòng)態(tài)變化對(duì)溫度傳感器要求很高。而該熱電偶瞬態(tài)溫度響應(yīng)時(shí)間僅為幾百微妙，溫度范圍高達(dá)2315℃，耐壓程度高達(dá)69MPa，完全能夠滿足爆炸場(chǎng)溫度測(cè)試的需要。為了使E12鎢錸熱電偶冷端溫度固定在0℃，本次設(shè)計(jì)采用了補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償冷端的溫度變化。

　　熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn) 熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時(shí)，顯示儀表將會(huì)指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。

　　侵蝕型熱電偶能測(cè)量前所未有的溫度數(shù)據(jù)。因?yàn)樵摕犭娕冀Y(jié)置于探頭端面上。它可以加工成任何形狀。在測(cè)量過(guò)程中會(huì)受侵蝕或磨損，但它會(huì)在受侵蝕的情況下自動(dòng)更新其熱電偶結(jié)。此外，它的響應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí)，可測(cè)量?jī)?nèi)壁表面或室內(nèi)的兩種不同的溫度：一種是表面溫度(熱接地?zé)犭娕?，另一種是內(nèi)壁表面接合面溫度或氣體溫度(非熱接地?zé)犭娕?。