温度监测

温度监测（精选9篇）

温度监测 篇1

温度监测方法通常分为非接触式测温法和接触式测温法两大类。非接触式测温法的特点是感温元件不与被测对象相接触, 通过辐射进行热交换, 由于受物体的发射率、被测对象到仪表间的距离及烟尘、水汽等其他介质的影响, 这种测温方法一般误差较大。接触式测温法是测温元件直接与被测对象接触, 两者间进行充分的热交换, 最后达到热平衡, 用感温元件的某一物理参数的量值表征被测对象的温度值, 其特点是直观可靠, 测量范围广, 测量精度相对较高。

分布式光纤测温技术是接触式测温法的一种。光纤内传送的是光信号, 有良好的抗射频干扰和抗电磁干扰的特点, 耐高电压和强电磁场, 耐电离辐射, 并且光缆还具有阻燃、防爆、耐腐蚀等优点, 即使在比较恶劣的有害环境中也能对被测对象的温度进行实时检测, 监测其变化。对于温度异常的位置能及时发现, 并给出准确的报警。

1 光纤温度传感系统工作原理

分布式光纤温度传感是一种用于实时测量空间温度场分布的新技术, 对光纤沿线地点的温度进行分布连续检测, 以光纤作为温度传感器, 依据光纤的光时域反射 (OTDR:Optical Time Domain Reflectometry) 原理以及光纤的背向拉曼散射 (Raman Scattering) 温度效应。在光纤中, 光信号传输到光纤内的任意位置, 都会产生拉曼散射光。拉曼散射光在光纤内的整个空间角内是均匀分布的, 其中一部分拉曼散射光会沿光纤传送路径向光源处传播, 称为背向拉曼散射光。光探测单元接收并分别滤出Anti-Stokes光和Stokes光, 只要计算出这两种光的强度比, 就可以计算出反射点的温度。

分布式光纤温度传感系统由脉冲激光器、滤波器件、多通道切换设备、高速数据处理单元、高速数据采集系统和光电转换电路等组成, 如图1所示。激光脉冲信号经由耦合器射入用作传感回路的光纤通道, 采集由光纤通道传送回的背向散射光波, 并对光波用波长进行区别, 将光波分为分成斯托克斯通道和反斯托克斯通道。对于由高灵敏、低噪声硅雪崩二极管组件组成的光电检测装置放置于低温恒温槽, 以使雪崩二极管组件能稳定工作。温度信号的解调和信号处理、显示主要计算机进行处理。

2 系统结构

分布式光纤测温系统主要由DTS测温主机、网络交换机、CSM状态监测主机、测温光缆、客户终端等设备组成, 如图2所示。

测温光缆将监测信号传送至DTS测温主机, DTS测温主机对测温光缆传回的温度信号及火灾信息进行滤波、光电转换、放大、模数转换后, 通过以太网交换机送至CSM主机。CSM主机通过采集温度数据, 绘制显示温度图表, 并将相应数据通过以太网送至客户终端。

1) 测温光缆

测温光缆固定在待监测电缆回路上, 在电缆中间接头采取加强敷设来实现对电缆接头的重点监控。

测温光缆根据安装方式的不同, 可分为外置式光纤测温系统和内置式光纤测温系统。外置式光纤测温系统在进行光缆敷设时, 将光缆敷设在电力电缆外护套之外。内置式光纤测温系统在进行探测光缆敷时, 将光缆敷设在电力电缆内部的金属护套和绝缘屏蔽层之间。探测光缆的外置式敷设和内置式敷设各有特点, 应根据实际需要进行选择。

2) DST测温主机

DTS测温主机具有监测距离远, 监测通道多, 定位准确, 温度分辨率高, 测量时间短等特点。DTS测温主机通常安装在监控室内, 与测温光缆相连, 实现对电力电缆表面温度信息的采集、处理, 输出温度报警信息等功能, 如图3所示。

3) CSM主机

CSM主机通常安装在中央控制室或者监控室内, 其与DTS测温主机之间的通讯, 可以通过以太网或modbus总线等, 并通过以太网与外部网络进行通信。CSM主机主要功能是实现对DTS测温主机参数设置, 如通道选择、监测区域划分、报警参数设置、通信参数设置等;采集和显示电缆表面的温度数据和温度曲线;计算电缆导体温度数据, 并显示温度数据和温度曲线;实现对被测电缆布局的组态;输出多级报警等。

3 结束语

由于测温光纤具有无电磁干扰、抗干扰能力强、阻燃、防爆、耐腐蚀、能在有害环境中安全运行、具有本征安全、测量距离远、测量精度高、定位快速准确等特点, 能够对温度进行实时监测, 并将测量结果快速准确传送到监控端, 对发现温度异常点, 预防故障发生, 准确定位故障发生位置, 保障系统安全正常运行有着重要作用。

参考文献

[1]刘媛, 张勇, 雷涛, 等.分布式光纤测温技术在电缆温度监测中的应用[J].山东科学, 2008, 21 (6) :50-54.

[2]周琦, 乐坚浩, 刘佳诞.分布式光纤测温技术的发展现状及其在电力领域中的应用[J].科协论坛, 2012, 11:20-22.

[3]张晓虹, 蒋雄伟, 王振华, 等.分布式光纤温度传感器在交联聚乙烯绝缘地下电缆故障检测中的应用[J].电网技术, 1999, 23 (12) :36-38.

温度监测 篇2

一种动调陀螺运行环境温度监测系统设计

设计了一种基于DSP的.用于动力调谐陀螺的温度监测系统,介绍了该设备的组成、温度测量、显示和设置等功能设计和系统软件设计.

作 者：付春雨 FU Chun-yu  作者单位：合肥工业大学,安徽,合肥,230009 刊 名：北华航天工业学院学报 英文刊名：JOURNAL OF NORTH CHINA INSTITUTE OF AEROSPACE ENGINEERING 年，卷(期)：2009 19(4) 分类号：V44 关键词：动力调谐陀螺   温度监测系统   DSP  

温度监测 篇3

关键词：

光纤光栅； 温度传感； 热惯量； 封装

中图分类号： O 436.1文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.05.002

引言

处于热力学平衡状态的所有物质，第零定理^[1]认为存在某一共同的宏观物理性质（即：温度）。常见的测量温度的装置有水银温度计、热电偶、红外热像仪等。热惯量是度量物质热惯性大小的物理量^[2]，对于热惯量较大的热力学系统，不同温度计测温时，平衡温度与热力学系统的待测温度相差不大，因而常将平衡时温度计显示的温度当作热力学系统的待测温度。而对于热惯量较小的热力学系统，用水银温度计或热电偶等对温度进行直接测量时，传感器与被测系统间进行热交换，所测温度是传感器与被测系统达到热力学平衡后的温度。而采用红外热像仪、光谱测温法、激光干涉测温法^[3]等对温度进行间接测量时，虽有较大的测量范围，但测量精度有限。光纤光栅已被用来对温度进行测量^[45]，其热惯量小、灵敏度高、响应时间短、动态范围宽，已引起人们的广泛关注^[6]，但很少有人关注其对被测热力学系统温度影响程度。

本文利用不同类型温度传感器对小热惯量温度场进行直接测量，分析和实验均表明，所测结果不同，其中管式封装的光纤光栅（fiber Bragg grating，FBG）温度传感器，测量精度高，响应速度快。论文内容有益于准确获取小热惯量热力学系统的温度值，还有益于FBG温度传感器性能的提高。

2光纤光栅温度传感实验

2.1用不同的温度传感器测温

所用裸光栅的长度为1 cm，它是利用紫外侧写技术，写入Corning SMF28光纤的，其直径为0.125 mm；水银温度计的长度为1.5 cm，外径为3.6 mm；K型热电偶的感温部分长2 cm，外径0.8 mm。一试管中盛有初始温度相同的2 ml纯净水，用上述温度传感器分别测试其水温，FBG传感器通过可调FabryPerot滤波器光纤光栅解调系统^[8]读取结果，系统扫描频率1 000 Hz，室温下波长稳定性在5 pm以内；热电偶测量结果通过万用表读取，分辨率0.1 ℃；温度计最小刻度值为0.1 ℃，人工肉眼读取。观察不同温度传感装置所测结果的差异。

环境温度为26 ℃。为防止空气对流和传感器放置位置不同而对实验结果造成影响，将试管口用软木塞堵住，软木塞中央开有与传感头外径大小相匹配的孔，传感头穿过孔置入待测水中。

将三只试管通过水浴法将纯净水加热至沸腾（实验室环境下纯净水沸腾温度为99.5 ℃），放入传感器的同时撤去热源，记录传感器显示的温度随时间的变化关系，见图1所示。

裸光栅温度传感器体积小，石英材质的导热系数和密度都小，传感器与被测热力学系统间热交换至热力学平衡后的温度最接近被测物的真实温度。在相同实验环境下减少纯净水体积至1 ml，三种温度传感器的测量值为98.5 ℃、93.8 ℃、92 ℃，测量相对误差为0.90%、5.72%、7.54%。被测物热容量减少时，传感器测量误差增大。

响应时间取传感器测量值达到峰值90%时的时间。从图1所示的响应曲线中获得三种温度传感器的响应时间。不同传感器的响应时间用不同颜色的竖直虚线标示。光纤光栅传感器、热电偶、水银温度计的响应时间分别为2.2 s、8.5 s、10 s。响应时间受传感器进入被测物时间与计时时间不同步的影响。

2.2金属管封装光纤光栅传感器与裸光栅传感器对比实验

考虑裸光栅温度传感器的传感结果易受外界因素的影响，精确测量时需要对其适当封装。金属管封装是常见的封装形式，有必要用实验考察封装对传感结果的影响。对于小热惯量温度场，选用裸光栅和同轴封装的光纤光栅温度传感器^[910]，后者所用金属管外径0.45 mm，封装中注意对温度进行增敏而对应变的作用不敏感。实验环境与第一组实验保持一致，记录传感器测得的温度变化曲线如图2所示。

金属管封装的光纤光栅温度传感器测得最高温度为98.6 ℃，传感器响应时间为2.5 s；裸光纤光栅温度传感器测得最高温度为98.9 ℃，传感器响应时间为2.2 s。

可见，裸光栅传感器测量精确高，系统达到热平衡时间短。下面来考察同质材料封装时，封装尺寸对传感结果的影响。

用直径分别为0.45 mm、0.90 mm和2.00 mm不锈钢管对裸光栅进行封装后，分别用来测定小热惯量温度场的温度随时间变化关系。各自的温度随时间变化关系曲线如图3所示。

封装直径0.45 mm的温度传感器测得最高温度为98.6 ℃，传感器响应时间为2.5 s；封装直径0.90 mm的温度传感器测得最高温度为98.1 ℃，传感器响应时间为2.9 s；封装直径2.00 mm的温度传感器测得最高温度为97.2 ℃，传感器响应时间为4.2 s。

对于同质封装材料，但管壁厚薄不同的传感器，用来对小热惯量场进行温度测量，发现管壁越薄的传感器，其响应时间短，所测温度更准确。

综上所述，传感头的热惯量越小，用来测小热惯量热力学系统时的测量精度更高，响应时间更短。

3结论

实验表明，监测小热惯量温度场温度实时变化情况，相比于水银温度计、热电偶等，裸光栅温度传感器的测量精度高，响应速度快。封装虽可有效保护传感光栅，但以牺牲传感精度和增加响应时间为代价。

参考文献：

[1]马本堃，高尚惠，孙煜.热力学与统计物理学[M].北京：高等教育出版社，1980：5-7.

[2]孙家柄.遥感原理与应用[M].武汉：武汉大学出版社，2009：14-16.

[3]倪震楚，袁宏永，疏学明.现代温度测量技术概述[J].消防理论研究，2003，22（4）：270-272.

[4]禹大宽，乔学光，贾振安.应用在油气管线的光纤光栅温度压力传感器系统[J].激光技术，2007，31（1）：12-14.

[5]付建伟，肖立志，张元中.油气井永久性光纤传感器的应用及其进展[J].地球物理学进展，2004，19（3）：515-523.

[6]ZHANG W H，TONG Z R，MIAO Y P.Sensing and demodulation technique based on titled fiber bragg grating[J].Nanotechnology and Precision Engineering，2008，6（4）：284-287.

[7]余有龙.光纤光栅传感器及其网络化技术[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，2003：112-115.

[8]王浩，余有龙，王雪微.光纤可调FP滤波器频率响应特性的实验研究[J].光学仪器，2012，34（6）：67-70.

[9]吴永红，邵长江，屈文俊.传感光纤光栅标准化埋入式封装的理论与实验研究[J].中国激光，2010，37（5）：1290-1293.

[10]吴朝霞，吴飞.光纤光栅传感原理及应用[M].北京：国防工业出版社，2011：7-8.

温度信号监测系统设计 篇4

1 硬件设计

1.1 系统整体设计

系统的总体设计结构主要由主控制器模块、复位模块、时钟模块、温度检测模块、显示模块、报警模块、上位机模块组成。整体框图如图1所示。

1.2 系统硬件电路设计

系统的硬件电路包含:STC89S52、复位电路、晶振电路、报警电路、DS18B20电路、LCD1602显示电路、按键控制电路、串口通信电路。具体如图2所示。

2 软件设计

2.1 主程序流程

本系统主软件流程包括:对STC89S52初始化, 对DS18B20初始化, 判定所测温度是否在正常的检测范围, 若在设定范围内则灯灭, 并通过LCD显示温度, 将检测结果通过串口传送给上位机;若超过设定范围, 则红灯闪烁, 蜂鸣器报警, 并显示检测温度, 传送至上位机。系统流程图如图3所示。

2.2 温度读取流程图

DSl8B20数字温度计提供9位温度读数指示, 器件的温度信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出。因为每一个DSl8B20在出厂时已给定了唯一的序号, 因此, 任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上, 这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。其流程图如图4所示:

2.3 上位机流程图

在计算机上安装CH340驱动后, 单片机就可以通过串口连接到计算机。上位机程序由VB编写, VB有一个稳定的串口控件, 使得设置串口号、波特率、数据位、停止位、校验位都非常方便, 这对于开发单片机的上位机是非常有益的。其流程图如图5所示:

3 结语

本文介绍了基于STC89S52单片机的数字温度计的设计, 并对硬件电路和主要的软件流程进行了分析, 通过串口与上位机相连, 便于远程管理。该数字温度计可以广泛应用在很多领域, 具有一定的实用价值。

摘要：本电路采用DS18B20作为温度监测元件, LCD12864作为显示器件, 设置温度报警上下限, 并将温度信号经由串口上传至上位机, 便于监控。该电路结构简单、精确度高、较为实用。

关键词：STC89S52,DS18B20,上位机

参考文献

[1]李广弟.单片机基础[M].北京:北京航空航天出版社, 2001.

[2]王东峰.单片机C语言应用100例[M].北京:电子工业出版社, 2009.

[3]李平.单片机入门与开发[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[4]王静霞.单片机应用技术 (C语言版) [M].北京:电子工业出版社, 2009.

[5]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2010.

土壤水分、温度监测仪 篇5

这是一款在重新审视土壤水分的应用要求和社会环境基础上, 借助互联网的颠覆性创新理念, 结合现代工业设计中用户体验的分析技术以及大数据和物联网的平台, 重新设计的产品。它继承了导管式和插针式的各项优势, 又弥补了它们的不足, 开发了面向大规模、更广泛应用场景的号称“中国管”的新一代土壤含水率测量设备。

(调查员点评:简单来说, 它就是一款监测土壤墒情的仪器。而它的不简单在于, 您将它插到土里, 它不仅能够监测土壤水分和温度, 还能够利用手机和卫星实时监控作物的吸水动态、灌溉数据、警戒预判、地面气象等信息, 为您的生产管理工作提供实时的指导, 所以您也可以叫它“智墒”。)

☆产品特点:

1、低能耗、集成一体化

外壳采用防老化材料, 可长期放置于田间、土地中进行不间断测量;集物联网通讯终端、数据存储和处理单元、多深度水分及温度传感器、高性能电池于一个管体中;低能耗, 可用太阳能电池供电, 无外部供电工作时间超过30天。

2、精度和稳定性

不同深度土壤参数同时监测, 监测深度最深达2米, 深度可以定制;测量间距5厘米、10厘米可选配;精度达到正负2%以下, 含同位温度校准。

3、安装及实施

15分钟现场操作, 无土壤扰动, 无需现场校准, 智能启停, 极大降低人力需求。

4、环境保护

工作期间对环境无污染;设备撤场后对环境无残留污染。

5、大数据支持

通讯方式灵活, 可选GPRS无线通讯方式或CAN通讯方式;产品生命期数据完整记录及备份, 支持大数据分析及移动设备访问, 开放数据接口, 便于根据需要获取数据。

6、知识产权

温度监测与报警装置设计 篇6

设计的该项“温度监测与超限报警装置”能满足绝大多数冷库的改造, 以符合法规认证的要求。

同时该装置也适用于-10~80℃温度范围内实验室、冷库、冷柜、机房、老化房、建筑材料等环境的温度监测与超限报警。

1 项目需求与关键性能指标

供电方式:交流220V供电, 装置供电与冷库供电需独立

温度监测范围:-10~50℃ (≤精确度1℃)

温度采样时间间隔不大于1min

温度传感器:热电阻或铂电阻

温度显示:装置可显示温度值

温度记录方式:温度实时记录, 并通过RS232端口实现远程PC监测

报警条件:超过预设温度上下限时报警

报警方式:声光报警

外部接口:可接驳消防控制系统或者多点报警

带报警延迟功能

可同时监测3~6台设备或温度点

便于现场安装固定

2 设计思路与方案选型

2.1 设计思路 (如图1所示)

(1) 选用模块化温控仪, 需具备三种功能:温度值显示;温度上下限设置;超限报警控制

(2) 温度传感器将采集到的温度信号传送给温控仪, 温控仪实现当前温度值数字显示

(3) 温控仪与PC连接, 实现温度值的适时监测显示

(4) 温控仪当检测到温度值操作设定上下限值时, 给出“报警控制信号”

(5) 报警控制器接收到“报警控制信号”后, 控制声光报警器报警

(6) 通过外部端口, 可实现多个温控仪输入和多个远程报警器

2.2 设计方案与温控仪的选型

2.2.1 设计方案一

设计说明:

1) 温控仪选用“OMRON E5C2系列工业温控表” (见附件一)

2) 每一个设备 (温控点) 使用一套温控装置, 可以直观显示当前温度值

3) 一台电脑监测多台温控仪 (需采用RS-485接口) , 利用labview自编软件, 在一个窗口监测多个温控点

4) 当任一套温控装置温度超标时, 现场装置声光报警, 同时通过“报警控制集线器”控制保安岗亭的声光报警器进行报警提醒。

2.2.2 设计方案二

设计说明:

1) 选用的“泽大ZDR-31b智能温度记录仪”温控仪需具备可同时监测3路温度传感器 (见附件二)

2) 通过一台电脑监测6路温度传感器, 或者两台电脑分别监测3路传感器, 借用购买的仪器配套软件实现温度适时监测

3) 当任一套温控装置温度超标时, 通过报警控制集线器控制现场和保安岗亭的声光报警器同时进行报警提醒。

2.2.3 设计方案对比与方案确定 (如下表1)

1) 设计方案一:

优点:现场温度查看、温度报警区域识别更直观, 自行开发软件可更加人性化

缺点:硬件成本高, 人力投入工作量大

2) 设计方案二:

优点:硬件成本低, 人力投入工作量小

缺点:温度超限报警后, 需查看温控表确认报警区域

3) 在满足设计需求的基础上, 从易于实现和成本角度, 最终选择“设计方案二”。

3 详细设计报告

3.1 设计原理 (如图4所示)

3.2 温度控制仪参数说明

型号:ZDR-31B

生产厂商:杭州泽大仪器有限公司

技术参数:

测量范围:温度:-40~100℃

测量精度:温度:±0.2~0.5℃

记录容量:7420~30900组

记录间隔:2s~24h连续可调

通讯接口:RS-232

功能说明:

(1) 全程跟踪记录温度数据, 记录时间长 (15min记录一次数据, 可记录长达3个多月甚至更长的时间) 。

(2) 整机功耗小, 使用锂电池供电 (也可采用外接电源供电) , 电池寿命可达一年以上。

(3) 记录实验室、冷库、冷柜、机房、建筑材料等环境中的温度参数的变化, 可以随时记录下载, 下载的数据可以做成WORD或EXCEL文档, 方便研究或上级单位的检查。

(4) 软件有中英文两种版本, 可任意选择, 英文版具有国际通用性。

(5) 软件功能强大, 显示整个过程的最大小值及平均值, 数据查看方便。

(6) 可另配数据拼接软件, 将每次下载的数据曲线连接成完整的曲线。

(7) 记录时间间隔从2s~24h任意设置。

(8) 体积小, 操作简单, 性能可靠 (适应恶劣环境, 失电时不丢失数据) 。

(9) 可由自己设定温度的上下限;超限, 报警器自动报警 (报警器可放在办公室或值班室) 。

接口定义:

(1) 串行输出端口接口定义

输出接口:DB9公头

(2) 报警器输出端口接口定义 (参照下图所示)

温度记录仪内部CPU控制信号通过一个mos管驱动输出, 需要外部提供电源。电源输入端串接一个二极管作为电源保护。Vin电压取值公式如下:

Vout=Vin-VD (VD≈0.5V)

根据自带的报警器推荐control output (Vout) 信号在3.2V左右, 故选用3.7V电源输入。

3.3 报警控制集线器的设计

3.3.1 报警控制集线器设计要求

1) 提供3.7V电压输出, 电流>100m A

2) 可提供2路及以上“温度控制仪”报警控制信号接口

3) 可输出2路及以上报警开关控制信号 (控制电压AC220V, 电流500m A)

4) 具有自检功能

3.3.2 报警控制集线器原理图设计

1) 电源原理设计说明

LM317器件性能参数:

(1) 输入电压12~30V

(2) 输出电流超过1.5A

(3) 输出电压在1.2V和37V之间可调

典型应用与器件取值:

根据IC资料, 得到:

取:Vss=3.7V, R1=220Ω时,

算得:R2≈431Ω

故:R2取500Ω~2KΩ可调电位器均可

电路说明:

CB1和CB2是两个跳线帽, 用于电路调试, 检修使用。

C1和C2用作电源高频滤波, 减少网电源干扰。

2) 输入电路原理设计说明

ULN2003器件性能参数:

输入电压:Vin (ON) 2.8~24V (满足温度记录仪control output输入电压3.2V的需求)

Vin (OFF) 0~0.7V

输出电压=VCC:0~50V

电路说明:

R3、R4为下拉电阻, 在J2空置情况下, 保证U3 (ULN2003) 输入端处于低点位 (≈0V)

S1、S2为报警自检开关, 在开关闭合状态下, 模拟报警控制信号输入。

3) 输出控制电路原理设计说明

Omron G3R-202PN-DC12继电器参数说明:

额定电压:DC12V (DC9.6~14.4V)

绝缘方式:光电三端双向可控硅开关

适用负载:2A AC110~240V*2

电路说明:

D1、D3反向并联在继电器线圈两端, 用于提高继电器关断速度

R5、R6为D2、D4发光二极管限流电阻, 通常取300Ω左右, 电流在40m A左右。

ID= (VCC-VD) /R

4) 报警控制集线器PCB设计

Rule Followed By Router (布板规则)

Clearance Constraint (间隙) :40mil

Width Constraint (线宽) :40mil

因为J4端口控制的是AC220V电压, 继电器到J4端需要独立布线, 并且用热熔胶覆盖。

5) 报警控制集线器调试方案与测试结果

4 装置统调方案与测试结果

4.1 装配接线图

4.2 物料清单 (略)

4.3 装置统调方案与测试结果

5 总结

我的工作是设备维修与管理, 设备改造需要掌握扎实的电子、工控、机械等多方面的专业知识, 而尤其是电子技术的应用将有效地降低设备改造成本, “温度测量与报警装置”的设计有效地将电子技术和工控技术相结合应用, 为医院创造了效益, 深受临床科室的好评, 使我的工作更具专业性。

摘要：冷库应配有自动监测、调控、显示、记录温度状况和自动报警的设备。设计的该项“温度监测与超限报警装置”能满足绝大多数冷库的改造, 以符合法规认证的要求。同时该装置也适用于-1080℃温度范围内实验室、冷库、冷柜、机房、老化房、建筑材料等环境的温度监测与超限报警。

电池温度智能监测系统设计 篇7

关键词：电池温度,无线传输,DS18B20,热敏电阻

蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源, 在电力、通信、军事等领域中得到了广泛的应用。温度是蓄电池的一个重要参数, 它可以间接地反映电池的性能状况, 并且根据此温度参数可以对电池进行智能化管理, 以延长电池的寿命。在蓄电池组充放电维护及工作工程中, 电池内部产生的热量会引起电池的温度发生变化, 尤其是蓄电池过充电、电池内部电解液发生异常变化等原因均可能造成电池温度过高而造成电池损坏。传统上用人工定时测量的方法, 劳动强度大、测量精度差, 工作环境恶劣, 尤其是不能及时发现异常单体电池, 容易导致单体电池损坏, 甚至导致整组电池故障或损坏;基于总线结构的有线多点温度监测系统, 能够实现温度的智能化测量, 但存在布线繁多复杂、维护扩展困难等不足。鉴于此, 设计了一种基于单总线温度传感器和无线收发模块的电池温度无线监测系统, 能够有效地克服热敏电阻测温和总线结构控制系统的不足, 有利于提高蓄电池性能监测的智能化水平。

1 单总线温度传感器DS18B20[1,2,3]

1.1 DS18B20 芯片特性

DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS半导体公司生产的新一代适配微处理器的智能温度传感器, 它将温度传感器、A/D转换器、寄存器及接口电路集成在一个芯片中, 采用1-wire总线协议, 可直接数字化输出、测试。与其他温度传感器相比, 具有以下主要特性:采用独特的单线接口技术, 与微处理器相连仅需一根端口线即可实现双向通信, 占用微处理器的端口较少, 可接收大量的引线和逻辑电路;使用中不需要任何外围电路, 全部传感元件及转换电路都集成在形如一只三极管的集成电路内;测温范围-55～+125 ℃, 精度可达±0.5 ℃, 可编程9～12位A/D转换精度, 测温分辨率可达0.062 5 ℃, 可实现高精度测温;测量结果直接输出数字温度信号, 同时可传送CRC校验码, 具有极强的抗干扰纠错能力;支持多点组网功能, 多个DS18B20可挂在总线上, 实现组网多点测温。适应电压范围宽:3.0～5.5 V, 在寄电源方式下可由数据线供电;DS18B20与单片机连接如图1所示, 单总线器件只有一根数据线, 系统中的数据交换、控制都在这根线上完成, 单总线上外接一个4.7 Ω的上拉电阻, 以保证总线空闲时, 状态为高电平。

1.2 DS18B20 的控制时序

DS18B20与微处理器间采用的是串行数据传送, 在对其进行读写编程时, 必须严格保证读写时序, 否则将无法读取测温结果。DS18B20控制时序主要包括初始化时序、读操作时序和写操作时序[4], 如图2所示。

(1) 初始化时序。

时序见图2 (a) , 主机总线t0时刻发送一复位脉冲 (最短为480 μs 的低电平信号) 接着在t1时刻释放总线并进入接收状态, DS18B20在检测到总线的上升沿之后等待15～60 μs , 接着DS18B20在t2时刻发出存在脉冲 (低电平持续60～240 μs) , 如图中虚线所示。

(2) 写操作时序。

当主机总线t0 时刻从高拉至低电平时, 就产生写时间隙。从t0 时刻开始15 μs之内应将所需写的位送到总线上, DS18B20在t0后15～60 μs间对总线采样, 若低电平写入的位是0, 若高电平写入的位是1, 连续写2位的间隙应大于1 μs , 见图2 (b) 。

(3) 读操作时序。

当主机总线t0时刻从高拉至低电平时, 总线只需保持低电平6～10 μs 之后, 在t1时刻将总线拉高, 产生读时间隙, 读时间隙在t1时刻后到t2 时刻前有效, t2～t0为15 μs, 也就是说, 在t2时刻前主机必须完成读位, 并在t0后的60～120 μs内释放总线, 见图2 (c) 。

2 系统硬件结构

监测系统主要由温度监测节点、主控单元和上位机等3部分组成, 系统结构如图3所示。温度监测节点分布在蓄电池组的各个单体电池上, 采集各单体电池的温度信息, 通过无线网络传输给主控单元;主控单元与所有监测节点进行通信, 接收上位机的命令和来自监测节点的温度信息, 并将温度信息上报上位机;上位机实时显示蓄电池的温度信息, 并对数据进行分析处理, 根据设定的报警门限启动告警程序, 及时发现异常电池。

2.1 温度监测节点设计

温度监测节点的功能是完成对单体电池的温度信息采集、处理和无线数据传输。采用单片机控制无线收发芯片nRF2401和单总线数字温度传感器DS18B20来实现温度的智能测量, 主要包括单片机系统、温度采集电路、无线收发电路、显示电路、告警电路和电源等组成, 其硬件结构如图4所示。

DS18B20测温电路如图1所示, 用热传导的粘合剂将DS18B20粘附在蓄电池的表明, 管芯温度与表面温度之差大约在0.2 ℃之内[5]。利用nRF2401无线收发芯片实现无线传输, nRF2401 是一个单片集成接收、发射器的芯片, 工作频率范围为全球开放的2.4 GHz 频段。它内置了先入先出堆栈区、地址解码器、解调处理器、GFSK滤波器、时钟处理器、频率合成器, 低噪声放大器、功率放大器等功能模块, 需要很少的外围元件, 使用起来非常方便。在本系统中nRf2401 通过P2 口与单片机进行通信, AT89S51 的P2.0 和P2.1 口分别与nRF2401 的CLK1, DATA 相连接。nRf2401 的CS 是片选端, CE 是发送或接收控制端, PWR_UP 是电源控制端, 分别由单片机的P2.3, P2.4 和P2.5 引脚控制。nRF2401 的DR1 为高时表明在接收缓冲区有数据, 接单片机的P2.2[6,7,8] 。

由于nRF2401 的供电电压范围为1.9～3.6 V , 而AT89S51 单片机的供电电压是5 V, 为了使芯片正常工作, 需要进行电平转换和分压处理, 设计采用MAXIM 公司的MAX884 芯片进行5 V到3.3 V 电平转换, 如图5所示。

2.2 主控单元设计

主控单元和监测节点组成无线网路, 通过主控单元实现上位机和监测单元的数据通信。主控单元的基本结构和监测单元类似, 主要由单片机系统、无线收发模块、显示电路、串行通信电路及电源等组成。

串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议, 大多数计算机包含2个基于RS 232的串口, PC的串行口是RS 232C电平, 而单片机的串行口是TTL电平, 两者之间通过串口通信时, 必须进行电平转换, 设计运用MAX232A芯片完成单片机与PC之间的数据传输, 硬件连接电路如图6所示[9]。

3 控制程序设计

系统控制程序主要由单总线测温控制程序、无线收发控制程序和上位机监测程序等组成。单总线测温程序负责单总线设备初始化、采集电池温度并传送给nRF2401模块;无线收发控制程序主要功能是负责无线网络的组建和数据信息的无线传送;上位机监测程序的主要功能是通过串口和主控单元进行数据通信, 实时显示并存储数据信息。以监测节点为例, 图7是监测单元的程序流程图, 监测单元首先进行初始化, 主要包括单片机系统的通信、中断及定时的初始化等, 然后采集单体电池的温度信息、保存并用数码管显示, 实时监测主控单元的数据传送命令, 如果有就将电池的温度数据通过无线模块发送出去。

4 试验结果

设计了试验样机, 监测节点试验电路实物如图8所示, 在室内进行了温度测试, 采用4个监测节点, 分别在距离主控单元4 m, 8 m, 12 m的距离进行了试验, 试验数据如表1所示。

从表1可以看出, 温度的测量精度可达±0.3 ℃, 无线传输的准确率较高, 能够满足无线温度监测的需要。

5 结 语

本文针对蓄电池组中单体电池的温度监测问题, 设计了基于DS18B20数字温度传感器和无线收发芯片组成的远程无线监测系统。系统由上位机、主控单元和多个监测单节点组成, 主控单元通过串口与上位机进行通信。与传统的有线多点温度测量系统相比, 具有布设、扩展、维护及更新方便等特点, 有一定工程实际应用价值。

参考文献

[1]张军.智能温度传感器DS18B20及其应用[J].仪表技术, 2010 (4) :68-70.

[2]江世明, 刘先任.基于DS18B20的智能温度测量装置[J].邵阳学院学报, 2004 (4) :28-30.

[3]王守中.51单片机开发入门与典型实例[M].北京:人民邮电出版社, 2008.

[4]刘长勇, 叶希梅.基于DS18B20的温度测量装置的设计[J].鲁东大学学报, 2009, 25 (3) :225-228.

[5]钱江, 凌朝东.智能型的铅酸蓄电池管理系统[J].单片机与嵌入式系统应用, 2009 (4) :56-58.

[6]王晓红.基于nRF2401的无线数据传输系统[J].太原师范学院学报, 2006, 15 (1) :64-66.

[7]朱颖莉, 罗玉峰, 刘玉莹.基于nRF2401的滚动轴承振动检测系统的设计[J].工矿自动化, 2009 (8) :129-131.

[8]丁彦闯, 韦佳宏, 刘光哲.基于nRF2401的分布式测温系统设计[J].电子测量技术, 2008, 31 (12) :107-109.

温度监测 篇8

自20世纪五六十年代发生了联邦德国的格斯特桥和新西兰新市场高架桥因温度应力造成的损害以来,国外工程界开始重视桥梁结构温度行为,对桥梁结构的温度影响问题进行了大量的研究工作,经历了早期仅考虑一般气温对桥梁结构温度场的影响至考虑日照局部作用的影响[1]。由于混凝土的导热性较差,在水化热作用下,大体积混凝土内部温度是水泥水化热的温升、浇注温度和结构散热降温的叠加,并在混凝土内部形成不均匀、非定常温度场,内部和外部温度变化速度的差异形成较大的温度梯度,当内外温差引起的温度应力大于混凝土的强度时,就产生裂缝,而同时又受到约束时,就有可能产生贯穿全断面的裂缝,给结构带来极大的危害。为了确定公路桥混凝土箱梁的温度荷载及其在桥梁结构中所引起的荷载效应,我们结合顺德支流特大桥工程实践,开展了温度场实验观测和研究。

1 连续刚构箱梁桥现场实验

1.1 工程概况

顺德支流特大桥是跨越顺德支流(德胜河)的一座特大型桥梁,桥梁中心线与水流方向斜交角55°。设计汽车荷载为公路―Ⅰ级,设计行车速度为100 km/h,相应地震烈度为Ⅶ度,桥梁按Ⅷ度设防,设计基本风速为31.3 m/s,设计洪水频率为300年一遇。主桥位于直线段,竖曲线半径16 000 m,纵坡:左侧为2.24%,右侧为-2.24%。主桥上部结构采用(102+160+90)m3PC连续刚构,共分为21种梁段,其中0-1#梁段为立托架现浇,(2-19)#梁段采用挂篮悬臂现浇施工,20#梁段为合龙段,21#梁段为边跨现浇段。半幅桥宽16.25 m,采用单箱单室箱形断面,其中箱宽7.8 m,两侧翼缘板悬臂长4.225 m。主梁根部梁高9.2 m,跨中及边跨端部梁高3.8 m,主梁梁高变化采用2次抛物线;主梁底板厚度变化采用2次抛物线,由主梁根部110 cm渐变到跨中30 cm;主梁腹板厚度在50 cm到100 cm之间变化。桥型布置图见图1。

1.2 测点布置及测试仪器

为了对主桥实施温度监控,我们在顺德支流特大桥左幅93#墩中跨和边跨的18#块各布置了一个断面,测点采用镍铬镍硅K型热电耦,箱内和箱外也布置两个测点测量大气温度,测点断面布置图见图2。

本次测试采用的测试仪器是用澳大利亚产的Datetaker多功能数据采集仪,Datetaker主机连同扩展模块共有20个通道,可以同时采集60个热电偶温度传感器及其他两线温度传感,该仪器自动化程序高,只要编制好程序,就可以自动同时采集各通道传感器的数据。测量前我们使用Datetaker和传感器测量了沸水的温度以检验传感器的稳定性,温度传感器测量值的波动范围在0.3℃左右,满足测试要求。

1.3 测试结果及分析

笔者于2010年1月19日早上9时—2010年1月20日早上9时对顺德支流特大桥进行了连续24小时的温度观测,每间隔一个小时分别对挠度和应变进行测量,箱梁温度由DATATAKER每半个小时自动采集,测试时天气为晴天。

1.3.1 外界环境温度与箱梁内温度随时间的变化关系

图3为2010年1月19日9:00—1月20日9:00进行连续24 h不间断采集到的环境温度和箱内温度见图3。从图3中可以看出,1月19日当天桥上最高气温出现在下午14:00前后,为31.907℃;最低气温出现在19日早晨9:00前后,为19.04℃。箱梁内最高气温出现在15:00前后,为28.879℃;最低气温出现在19日11:00前后,为20.604℃;箱内外温差最大达到6.6℃,最小也达到-4℃。由此可以看出箱梁内温度变化相比环境温度变化有一定的滞后性,试验测量数据印证了这一点。

1.3.2 箱梁腹板温度随时间的变化关系

考虑箱梁顶板受太阳辐射影响均匀,而腹板不同高度对太阳辐射而引起的升温所表现出来的温度表现不同。因此,这里将仅以两侧腹板不同高度内的温度随时间的变化关系作为分析对象。由于篇幅所限,这里仅列出中跨侧腹板的温度时间曲线见图4,图5。图中所指边、中水腹板分别对应图2中的左边、右边腹板。从图4、图5中可以看到由于箱梁高度不高,箱梁腹板不同高度温度变化值并不是很明显,但是还是能看到变化趋势,最高温度大概在15:00左右,基本符合箱梁腹板温度变化规律的。

2 温度变化对顺德支流特大桥挠度和应力的影响及有限元分析

2.1 箱梁腹板温度随时间的变化关系

温度荷载作用于超静定结构上时,不仅会引起温度应力,还会使得结构发生变形。因此,在对桥进行温度观测的同时,进行了每小时一次的挠度和应力观测。由于篇幅限制,图5仅以该桥边跨侧18#块至16#块的挠度随箱梁内外温差变化为例(见图6)。从图6中可以看出,在施工过程中,处于长悬臂状态下,箱梁的最大下挠值达到-13 mm,大约出现在下午17:00前后,此时箱梁内外温差为7.3℃,由于初始观测时间时的温度为本次观测的最低温度,因此边跨侧的实测值基本没有出现上拱。箱梁的下挠是随着温度的上升而越来越大,并且二者并不是线性关系。当升温温差最大时,下挠并不是达到最大,而是有一定的滞后性;同样,降温温差最大时,上挠也不是达到最大。我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)[2]中6.5.3规定在消除结构自重产生的长期挠度后梁式桥主梁的最大挠度处不应超过计算跨径的1/600;梁式桥主梁的悬臂端不应超过悬臂长度的1/300。所研究的桥梁,中跨跨径为160 m,允许最大挠度约为27 mm,悬臂长度为5 m,允许最大挠度约为17 mm。由以上数据可以看出,此桥在规范规定的挠度范围内,但是有温度荷载引起的桥梁的变形在数值上也是相当可观的,施工监控中必须把温度荷载的影响加以考虑。

2.2 箱梁内外温差与温度应变的关系

由于篇幅限制,现仅以93#墩边跨侧的2#块顶板温度应变进行分析见图7。从图7中可以看出,对于2#块箱梁,随着温度的上升,顶板由温度变化产生的压应变也越来越大;相反,随着温度的下降,顶板由温度变化产生的拉应变也是越来越大。顶板应变变化比底板大;温度引起的最大应变为-84με。

2.3 顺德支流特大桥温度场有限元分析

2.3.1 有限元分析的基本假定

(1)不考虑钢筋的存在对混凝土导热性能影响,假定混凝土材料为均质的,且各向同性;(2)假定混凝土材料各物理参数与温度无关;(3)假定各梁体具有相同的初始温度。

2.3.2 温度效应模拟

应用专业桥梁有限元软件Midas.Civil对顺德支流特大桥的温度效应进行模拟,并将有限元软件考虑温度效应的挠度计算值与实测值进行对比。笔者选择顺德支流特大桥施工到18#块(长悬臂阶段)时,进行温度场实验,计算图示如图8,计算中根据温度场试验的各测点实测温度值,在模型中考虑整体升降温和梯度升降温等荷载的作用,对该桥的温度效应进行模拟。

2.3.3 挠度实测值和计算值的比较

由于篇幅的限制,这里仅列出边跨18#块前段的温度挠度计算值和实测值对比图(见图9)。由图9可以得到,温度引起的挠度计算值与实测值有相似的变化规律,但是,实测值要比计算值滞后。造成实测挠度比计算挠度偏差大的原因:(1)实测挠度包含了墩梁固结处的转动引起的主梁附加挠度,而计算模型没有考虑这部分挠度[3];(2)计算中各种参数的取值与实际情况的差异造成的影响。因此,在温度场结构计算模型中必须把柔性墩考虑进去.在施工监控时,对不同温度场下的立模标高的确定需考虑温度效应的滞后。

3 结语

通过对顺德支流特大桥的温度效应实验研究,可知在太阳辐射,夜间降温等大气温度变化时,由于混凝土导热系数小,当外界温度急变的情况下,箱梁内部的温度边跨有明显的滞后现象,从而形成非线性的温度场[4],特别在大跨度连续刚构桥梁施工到长悬臂时,温度变化对桥梁结构的受力与变形影响较大。通过分析有如下结论:

(1)混凝土是一种粘性材料,箱梁内温度变化与环境温度相比,存在滞后现象,测试期间温度最高与最低气温相差13℃。温度变化对箱梁挠度有较大的影响。箱梁截面上的温度梯度越大,产生的挠度也越大。在长悬臂状态下,最前端的挠度变化最明显,随着温度升高,箱梁产生向下的挠度;当温度下降时,箱梁产生向上的挠度。对于本桥,在温差13℃的情况下,温度引起的最大下挠值为-13 mm,最大上挠值为10 mm;温度变化对箱梁应力也有较大的影响,对于本桥,顶板应变变化比底板大,温度引起的最大应变为-84με。

(2)由温度变化情况及温度变化对挠度应力的影响可知看出,在凌晨0时至次日早上8时的温度变化最小,且此时的挠度和应力变化也比较小,因此,桥梁的合拢时间应该选在该时间段,且早上6:00前后为立模、线形测量以及应力测试的最佳时机。

(3)根据温度场实验实测值对本桥进行温度效应仿真分析,考虑整体升降温和梯度升降温等荷载的作用,得到温度引起的挠度计算值与实测值较为接近,但是实测值比计算值大,因此在温度场结构计算模型中必须把柔性墩考虑进去。在进行全桥仿真分析,应根据规范施加温度荷载,并根据做的温度场试验的实际情况进行局部的修改。

(4)在施工监控时,对不同温度场下的立模标高的确定,除根据计算的结果外,还需考虑温度效应的滞后。

参考文献

[1]董泽国,颜全胜.斜拉桥塔柱温度场测试分析.广州建筑,2006;(2):32—36

[2]中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范(JTG D60—2004).北京:人民交通出版社,2004

[3]王卫锋,陈国雄.混凝土连续刚构桥箱梁的温度监测与分析.华南理工大学学报(自然科学版),2007;35(2):69—73

光纤光栅温度监测系统软件设计 篇9

在测温传感器中,光纤布拉格光栅(FBG)传感器与常规的电子类传感器相比具有响应速度快、不受电磁干扰、结构简单、稳定性好和易于实现准分布式实时检测等优点[1],在许多领域得到应用。目前FBG温度监测系统的上位机程序大部分都是基于组态软件开发的。组态软件具有很好的封装性,易学易用,对于用户来说不需要掌握太多的编程语言技术就能很好地实现一个复杂工程所需要的所有功能。但是组态软件在某些场合下也存在一些缺陷[2]:一是组态王集成了很多的功能和开发方式,给用户提供了很大的选择余地,但是很多功能用户不会用到,却消耗了大量的系统资源;二是对于某些监测系统的一些底层设备来说,用组态王进行软件开发不一定合适,因为组态王采用的是硬件狗加密方式,每一个运行的组态王系统都需要一个运行狗,即使是两个完全相同的系统也需要使用两个运行狗,导致应用不便,也增加了成本。

本文作者基于用于过程控制的对象链接和嵌入(OLE for Process Control,OPC) 技术[3],以Visual C++6.0为编程环境,开发了FBG温度监测系统应用软件,该软件界面清晰,功能齐全,交互性好且易于使用,生成的安装文件很小,直接安装便可以使用,有利于FBG传感系统的推广应用。

1 监测软件的结构及关键技术

FBG温度监测系统由一台PC上位机和最多64台采集温度数据的下位机(FBG解调仪)组成,每台下位机有16个通道,每个通道可以同时串接32个光栅,所以本系统最多可以同时监测32 768个温度点。系统的监测软件采用Visual C++6.0开发完成,软件的结构框图和关键技术如图1所示。

本软件采用了多线程技术,其中一个线程只负责波长的采集、滤波和波长温度转换,并通过OPC技术使解调仪能与其他OPC客户程序(如组态王)进行通信,以便充分利用监测系统的资源。

1.1 波长数据预处理

数据预处理包括去除噪声和去除突变。FBG解调仪采集波长数据时受环境影响会有一些噪声,由于本监测系统是对温度进行监测,温度变化一般不会太快,但解调仪采集数据的频率较快,故可以采用数据平均的方法来消除噪声干扰,即当解调仪每采集到一个数据时,系统便会将这个数据与先前的n-1个数据求平均,来修正当前波长。平均的个数n可以由用户根据实际情况而定,数据的个数越多,去噪能力越强,曲线越平滑。但是平均数据个数太多时,将会引起数据失真,所以这个量必须根据FBG解调仪的采集频率和软件的实际使用情况而定。图2和图3所示分别为平均处理前后的数据,可以看出数据平均处理在噪声去除中有明显作用。

在一些比较恶劣的使用环境下,采集的波长数据有时会在一个时间点上发生突变,突变后瞬间复原,突变速率可达到几百℃每秒,采用去除突变的方法可以消除这种现象,即如果当前波长与前一次波长之差超过了某一阀值,则剔除此波长,或用前一波长替代此波长。图4和图5所示分别为突变数据去除前后的结果,可以看出,一个小时内出现了3次巨大的突变,但修正后效果良好。

1.2 温度标定

由FBG传感器的工作原理可知,FBG受温度影响时,其Bragg波长变化ΔλB与温度变化ΔT的关系如下[4]:ΔλB/λB=(α+ζ)ΔT ,式中,α为光纤的热膨胀系数,ζ为光纤的热光系数,两者之和为温度系数。针对某一特定的光栅,在温度变化范围较小的情况下,Bragg波长变化与温度变化基本上呈线性关系。所以通过标定一个当前波长和其对应的当前温度,以及温度系数,就可以利用线性关系求出其他波长所对应的温度,这就是直线标定。

在某些特定的情况下,对温度的精度要求比较高,采用线性关系来标定时会存在较大的误差,这时可采用逐一标定的方法,即曲线标定。针对某一个光栅,它的波长和温度有一一对应的曲线关系,将标定的关系保存到数据库中,可以利用数据库查询的方式来确定对应的温度。

1.3 网格GridCtrl控件的使用

在Visual C++6.0中,要显示和编辑现有表中的数据主要是使用其内部自带的CListCtrl类,但是这个类的功能十分单一,要扩展这个类的功能则需要花大量的时间。本软件的温度标定采用GridCtrl控件,这个控件有类似于EXCEL的界面和功能,用户可以在开源代码网站上下载这个控件类的代码。GridCtrl控件的功能十分强大,其成员函数就达200个。图6所示为本软件温度标定中使用该控件的运行效果,控件具有数据查询、波长采集、波长保存和逐一编辑等功能。

1.4 示波器NTGraph.ocx控件的使用

在监测系统中,很重要的一个方面就是监测参数的动态曲线显示,故示波器的使用是十分必要的。然而Visual C++6.0中没有自带的示波器控件,这就要求事先计算好示波器的形状,然后利用最基本的设备描述表(DC)设备,从示波器的边框、坐标、文字、线条和背景开始,一笔一画做出来。整个过程很繁琐,要写大量的代码才能完成。

本软件进行温度动态显示所采用的策略是使用NTGraph.ocx控件。该控件功能强大,界面清晰,可以对示波器中的任何元素进行属性设置,可添加多条曲线、多个标签,可放大、平移等,接口函数非常简单,只需要调用几个函数就能实现所需要的功能。该对象类别扩充组件(Object Class Extension,OCX)控件及其源程序也可在开源代码网站下载。图7所示为这个控件的运行效果,图中示波器监测的是第1号设备第1号通道第1号光栅的温度曲线。

1.5 串口通信

为了简化程序,提高软件开发效率,使用了Microsoft公司的ActiveX控件——MSComm,该控件为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。VC++6.0中提供了MSComm控件,用户可以在自己的应用程序中嵌入MSComm控件,利用它可以方便地进行计算机串口的通信管理[5,6]。

2 软件在电力系统温度监测中的应用

某高压电力线的温度监测系统原先采用热电偶,后来改装成了FBG传感器。图8所示为分别采用热电偶和FBG传感器的两个系统同时运行两天的测温结果,两条曲线基本上重合,说明本系统具有非常好的测温效果。在此期间,有多次停电和送电操作,而突然停电和送电会引起温度的变化,也会导致电磁场发生强烈变化。但石英玻璃光纤是电绝缘材料,光纤传感器测量和传输的信号是光信号,不受外界电磁环境的干扰。从图8可以看出,温度的升降是渐变的而不是突变的,停电与送电引起电磁场的变化对本系统没有影响,这也说明了基于FBG的温度监测系统具有很强的抗电磁干扰能力。

3 结束语

本文作者开发了FBG温度监测系统应用软件,对采集的数据进行去除噪声和去除突变预处理,采用直线标定或曲线标定方法对温度进行标定,测温效果较好。串口通信使多个PC机能够共享数据资源,可实现多台上位机同时监测同一温度点。本文还说明了两个重要控件——网格GridCtrl控件和示波器NTGraph.ocx控件的使用方法,这对其他监测系统的软件设计有参考作用。本文作者开发的软件具有功能强大、安装简单和容易使用等特点,有一定的扩展性,只需对标定系数进行修改,就可应用到对应变等参量进行测量的监测系统中。

参考文献

[1]董杰.光纤温度监测系统的设计[J].中国仪器仪表,2009,(03):92-94.

[2]谭赞.低压配电监控上位机系统的设计与研究[D].大连:大连理工大学,2005.

[3]杨锦园.基于OPC技术的光纤光栅传感器接口程序设计[J].工业仪表与自动化装置,2007,(5):25-28.

[4]李淑娟,张士娥,王哲,等.光纤光栅医疗多点温度监测系统的研究[J].山东科学,2008,21(6):64-67.

[5]金立江,李文,张继和.基于MODBUS协议的变频器VC++控制系统[J].自动化与仪表,2008,(4):32-34.