爆炸現(xiàn)場溫度動態(tài)測試的方案設計

測量系統(tǒng)就是通過傳感器把被測信號轉換成電信號，從而測量出被測量。溫度測量系統(tǒng)就是通過溫度傳感器把溫度信號轉換成模擬電信號，為了方便直觀，再把電信號用顯示器顯示出來的系統(tǒng)。隨著社會的進步、科技的發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)的需要，人們對溫度的測量和控制越來越重視，對溫度測量產(chǎn)品的測量精度要求也越來越高。對溫度的準確采集及合理調(diào)控，將會對那些對溫度測試要求較高的工作環(huán)境起到至關重要的作用。通常溫度測量系統(tǒng)是以溫度傳感器為核心的測溫系統(tǒng)，隨著科學技術的進步，溫度測量系統(tǒng)的設計也越來越向集成化、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)場溫度動態(tài)測試的方案設計。

　　在爆炸現(xiàn)場溫度動態(tài)測試中，我們用到的技術叫存儲測試技術。所謂存儲測試技術，是指在對被測對象無影響或影響在允許范圍的條件下，在被測體內(nèi)置入微型存儲測試儀器，現(xiàn)場實時完成信息快速采集與存儲，事后回收記錄儀，由計算機處理和再現(xiàn)被測信息的一種動態(tài)測試技術。

　　爆炸現(xiàn)場溫度動態(tài)測試總體設計

　　本次設計的溫度測試系統(tǒng)，主要是利用CPLD來實現(xiàn)。溫度傳感器將外界溫度信號轉換為微弱的電壓信號，通過模擬電路部分將輸入信號進行放大和濾波，再經(jīng)過A/D轉化電路把模擬信號轉換為數(shù)字信號，然后經(jīng)過FIFO存入存儲器，計算機通過接口電路對數(shù)據(jù)進行讀取。其中，A/D轉換器、FIFO、存儲器和電源管理模塊都是由CPLD控制。

　　主控芯片CPLD的選擇

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

　　1)電源管理及控制模塊：該模塊主要實現(xiàn)測試系統(tǒng)的電源管理及全局時鐘控制，從而達到降低功耗和控制各信號初態(tài)的目的。

　　2)時鐘分頻模塊：該模塊主要實現(xiàn)對從晶體振蕩器輸出到CPLD的時鐘進行分頻，從而得到A/D轉換器、存儲器和FIFO需要的時序。

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

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

　　5)A/D時序產(chǎn)生模塊：該模塊主要實現(xiàn)A/D轉換器的CONVST/和讀信號的時序生成。

　　6)讀數(shù)模塊：該模塊主要實現(xiàn)讀數(shù)接口的邏輯連接控制，接收計算機發(fā)送的脈沖信號，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NANMAC公司的E12鎢錸侵蝕熱電偶。因為在爆炸場等高溫、高壓、高沖擊的惡劣環(huán)境下，采集瞬時溫度的動態(tài)變化對溫度傳感器要求很高。而該熱電偶瞬態(tài)溫度響應時間僅為幾百微妙，溫度范圍高達2315℃，耐壓程度高達69MPa，完全能夠滿足爆炸場溫度測試的需要。為了使E12鎢錸熱電偶冷端溫度固定在0℃，本次設計采用了補償電橋法補償冷端的溫度變化。

　　熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，是由兩種不同成分的導體兩端接合成回路時，當兩接合點 熱電偶溫度不同時，就會在回路內(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，顯示儀表將會指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢所對應的溫度值。

　　侵蝕型熱電偶能測量前所未有的溫度數(shù)據(jù)。因為該熱電偶結置于探頭端面上。它可以加工成任何形狀。在測量過程中會受侵蝕或磨損，但它會在受侵蝕的情況下自動更新其熱電偶結。此外，它的響應時間達到微秒級，可測量內(nèi)壁表面或室內(nèi)的兩種不同的溫度：一種是表面溫度(熱接地熱電偶)，另一種是內(nèi)壁表面接合面溫度或氣體溫度(非熱接地熱電偶)。