· Нанесение сажи, на приемную площадку, для формирования абсолютно черной поверхности.
5. Электронная схема обработки сигнала.
Электронная схема обработки сигнала термопарного сенсора электромагнитного излучения состоит из двух частей:
· Аналоговая (рис. 8);
· Цифровая (рис. 9);
Рисунок 8. Аналоговая схема обработки сигнала.
На входы операционных усилителей 1, 2 и 3, 4 поступает соответствующий сигнал из термопар. Резисторы R1…R8 берутся одного номинала, чтобы не происходило искажение выходного сигнала. Дальше сигнал поступает на третий операционный усилитель, который вычитает сигналы с термопар, т.е. осуществляется корректировка выходного сигнала (избавление от шумов) и усиливает сигнал для последующей цифровой обработки.
(9)
Дальше аналоговый сигнал поступает на электрическую схему цифровой обработки:
Рисунок 9. Цифровая схема обработки сигнала.
В качестве основного элемента цифровой схемы служит микроконтроллер семейства ATmega 16. Выходной сигнал с операционных усилителей поступает на порт A. Порт A представляет собой 10 разрядный АЦП. Для повышения точно измерений вместо внутреннего АЦП можно использовать внешние АЦП, которые имеют более высокую разрядность.
Для правильной работы микроконтроллера к нему необходимо подключить:
· Схема сброса.
В схемах семейства AVR есть своя внутренняя схема сброса, а сигнал изнутри уже подтянут резистором в 100кОм к питании. Но данная система сброса является достаточно неустойчивой. Поэтому крайне рекомендуется ножку сброса RESET соединять с питанием и землей через RC цепочку.
· Источник тактового сигнала.
Тактовый генератор это основная часть микроконтроллера. По каждому импульсу происходит какая-нибудь операция внутри контроллера. Чем быстрее тактовая частота, тем быстрее работает микроконтроллер.
Рисунок 10. Схемы подключения источников тактовой частоты.
Генератор тактовой частоты может быть:
1. Внутренним с внутренней задающей RC цепочкой.
2. Внутренним с внешней задающей RC цепочкой.
3. Внутренним с внешним задающим кварцем.
4. Внешним.
Для правильной работы микроконтроллера AT Mega16 требуется кварцевый резонатор с тактовой частотой 16МГц и два конденсатора номиналами 12…22пФ.
· Подтягивающий конденсатор на порт AREF.
Конденсатор используется в случает если АЦР не требуется источника внешнего опорного напряжения.
Обработанный сигнал с микроконтроллер поступает на индикатор, который будет отражать изменение температур, выходной сигнал и мощность.
6. Заключение.
В результате работы было спроектировано: математическая модель термопарного сенсора электромагнитного излучения, учитывающая конвективный теплообмен с окружающей средой. Получена его преобразовательная характеристика с последующей цифровой обработкой сигнала. Также был разработан технологический маршрут изготовления сенсора. Варьируя такие параметры сенсора, как поперечное сечение балок, количество термопар и их концентрацию можно добиться повышения выходного сигнала и соответственно чувствительности сенсора.
7. Список литературы.
[1]. Jaeggi D. Thermoelectric AC-Power Sensor by CMOS tehnology / D. Jaeggi, H. Baltes, D. Moser // IEEE Electron Devire letters. – 1992. – V. 13, №7. – P. 366-368.
[2]. Гридчин В.А. Физика микросистем, ч. 2. Новосибирск, НГТУ, 2004 – 415 с.
[3]. Гридчин В.А. Физика микросистем, ч. 1. Новосибирск, НГТУ, 2004 – 415 с.
[4]. Integrated thermopile sensors / A. W. van Herwaarden, D. C. van Duyn, B. W. van Oudheusden, P. M. Sarro // Sensor and Actuators A: Physical. – 1989. – V. 22, Issues 1-3, June 1989. – P. 621-630.
[5]. http://easyelectronics.ru/podklyuchenie-mikrokontrollera-likbez.html
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.