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我國(guó)民爆產(chǎn)業(yè)的不斷整改和進(jìn)一步發(fā)展,對(duì)乳化炸藥的生產(chǎn)工藝和安全生產(chǎn)質(zhì)量控制的管理也越來(lái)越嚴(yán)格,對(duì)提高乳化炸藥的穩(wěn)定性和爆破性能都產(chǎn)生了很大的作用。乳化炸藥的生產(chǎn)工藝中,要嚴(yán)格控制水相、油相的配置與控制,選擇合理的乳化劑,提高生產(chǎn)水平和安全性,不斷優(yōu)化乳化炸藥的各項(xiàng)性能。
1 乳化炸藥穩(wěn)定性檢測(cè)方法
1.1 試驗(yàn)方法
乳化炸藥的穩(wěn)定性,是指乳化炸藥在常溫條件下,在一定的時(shí)段中,保證自身的物理狀態(tài)和爆炸性能不發(fā)生明顯變化的性能。自然儲(chǔ)存法通常是檢測(cè)乳化炸藥穩(wěn)定性最直觀的的方式,但是這種檢測(cè)方法的試驗(yàn)周期較長(zhǎng)且受自然環(huán)境條件的局限比較大,因此,科學(xué)的檢測(cè)研究通常是依靠顯微觀察法、電導(dǎo)率法、高低溫循環(huán)法及水溶法等方法,來(lái)進(jìn)行乳化炸藥的穩(wěn)定性檢測(cè)。
在此次檢測(cè)試驗(yàn)中,采用高低溫循環(huán)試驗(yàn)測(cè)試樣品的爆速值和硝酸銨析出量,對(duì)乳化炸藥的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。通過(guò)實(shí)驗(yàn),測(cè)量其爆速值和AN的析出量,然后對(duì)比自然儲(chǔ)存條件下的爆速值與高低溫循環(huán)試驗(yàn)周期的爆速,分析其變化規(guī)律與內(nèi)在聯(lián)系,判定乳化炸藥樣品的穩(wěn)定性。
1.2 試驗(yàn)步驟
(1)將乳化炸藥放置在50%的高溫條件下8個(gè)小時(shí),然后變換環(huán)境,將其放在-40℃溫度條件下,保存16個(gè)小時(shí),為一個(gè)循環(huán)周期,在高低溫循環(huán)轉(zhuǎn)換的條件下,每3個(gè)周期,對(duì)乳化炸藥樣品的爆速進(jìn)行一次測(cè)定。
(2)將乳化炸藥放在自然存儲(chǔ)條件下,每15天測(cè)定一次乳化炸藥樣品的爆速值,并做好相關(guān)數(shù)據(jù)記錄。
(3)將乳化炸藥自然存儲(chǔ)條件下的爆速值與高低溫循環(huán)后的爆速值進(jìn)行對(duì)比觀察,來(lái)判定乳化炸藥的穩(wěn)定性。
1.3 檢測(cè)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)證明,隨著高低溫循環(huán)次數(shù)的增加,乳化炸藥的爆速值逐漸減小。
在經(jīng)過(guò)28次高低溫循環(huán)后,乳化炸藥發(fā)生了拒爆現(xiàn)象。這表明乳化炸藥在溫度的劇烈變化條件下,是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的體系,溫度的劇烈變化破壞了乳化炸藥的乳化膠體,最終導(dǎo)致結(jié)晶析出,乳化炸藥的爆炸性能大大降低。
2 乳化炸藥生產(chǎn)的安全質(zhì)量控制及其穩(wěn)定性
2.1 水相控制
水相的材料質(zhì)量、密度和溫度都是水相配置過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制的問(wèn)題。水相氧化劑水溶液組要是為氧化還原反應(yīng)提供氧氣,與乳化炸藥穩(wěn)定性密切相關(guān)的一項(xiàng)因素就是水相析晶點(diǎn)的高低。按照標(biāo)準(zhǔn)比例,選用硝酸鈉和硝酸銨配置成復(fù)合氧化劑,可以顯著降低水相的析晶點(diǎn),也能增大供氧量,這對(duì)提高乳化炸藥的穩(wěn)定性起到了很大的作用。同時(shí),硝酸鈉還會(huì)減小水相表面的張力,也有利于提高穩(wěn)定性。
2.2 油相控制
油相材料的質(zhì)量和溫度是關(guān)鍵的控制因素,材料的粘度要保持適中,這樣可以保證乳化體系界面膜的強(qiáng)度,對(duì)敏化和裝藥都提供了有利條件。材料的熔點(diǎn)溫度所對(duì)應(yīng)的乳化基質(zhì)的粘度,對(duì)敏化溫度起著直接的影響作用。油相材料的防水性特點(diǎn)決定了乳化炸藥的防水特性,油相形成了整個(gè)乳化體系的連續(xù)相。油相作為可燃劑,均勻地分散在連續(xù)相中,水相與油相材料分子對(duì)接,就形成了強(qiáng)烈的爆轟反應(yīng)。
2.3 乳化劑選擇
添加乳化劑的主要作用就是降低油水界面的表面張力,提高整個(gè)體系的穩(wěn)定性。選用聚異丁二酰亞胺和斯盤-80的復(fù)合乳化劑,采用油相加入法,控制好溫度,乳化劑提高穩(wěn)定性的功能就能得到充分發(fā)揮。
3 如何提高乳化炸藥的穩(wěn)定性
3.1 嚴(yán)格控制水、油相溫度
在硝銨含量為65%~75%的水相溶液中,水相溫度最好要高于析晶點(diǎn)約15℃。水相溫度保持在96℃~100℃為宜,避免硝酸銨溶液在乳化初期就產(chǎn)生析晶。同時(shí),降低了油相粘度,油膜包覆能力增強(qiáng)。有效地提高了乳化炸藥的穩(wěn)定性和儲(chǔ)存時(shí)長(zhǎng)。
3.2 嚴(yán)格控制乳化溫度
乳化溫度一定要與水相溫度和油相溫度相適應(yīng),這會(huì)對(duì)乳化炸藥的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響。如果乳化溫度過(guò)高,乳化劑分子的吸附能力就會(huì)降低,高溫碳化分解也會(huì)使乳化效果大大降低。如果乳化溫度過(guò)低,會(huì)降低油相材料的流動(dòng)性和分散性,影響乳化效果,甚至導(dǎo)致不乳化現(xiàn)象的發(fā)生。在實(shí)際生產(chǎn)中,控制乳化溫度一般是通過(guò)控制冷卻水的流量實(shí)現(xiàn)的,冷卻水的溫度要保持在25℃以下。
3.3 選用適當(dāng)?shù)拿艋绞?/p>
乳化炸藥爆轟感度的強(qiáng)化是通過(guò)敏化工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)的,但是,敏化工藝會(huì)對(duì)乳化炸藥的穩(wěn)定性造成一些微小的影響,因此,選擇合理的敏化方式會(huì)保障乳化體系的穩(wěn)定性。敏化方式主要分為物理敏化和化學(xué)敏化。化學(xué)敏化的氣孔比較均勻,不會(huì)影響炸藥的穩(wěn)定性。物理敏化中的空心玻璃微球敏化效果比較好,炸藥爆炸性能和儲(chǔ)存穩(wěn)定性比較高。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)高低溫循環(huán)法和自然儲(chǔ)存法的試驗(yàn)對(duì)乳化炸藥的爆速值進(jìn)行對(duì)比,得出乳化炸藥在劇烈的溫度變化環(huán)境下,乳化炸藥的乳化膠體被破壞,穩(wěn)定性比較差。通過(guò)對(duì)乳化炸藥生產(chǎn)的安全質(zhì)量控制分析,對(duì)影響乳化炸藥穩(wěn)定性的因素進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制,其中幾個(gè)主要包括對(duì)水相的控制、油相的控制以及乳化劑的選擇,通過(guò)這些途徑,可以有效提高乳化炸藥的穩(wěn)定性和爆炸性能,也延長(zhǎng)了乳化炸藥的保存期限。乳化炸藥的生產(chǎn)工藝也逐步實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化和自動(dòng)化控制,對(duì)質(zhì)量控制的要求也越來(lái)越高,因此,我們要不斷深入探索、研究。
參考文獻(xiàn):
[1]胡坤倫,楊仁樹,李冰,等.敏化溫度影響乳化炸藥穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2008(9).
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1材料試驗(yàn)機(jī)的用途與作用
材料受載后表現(xiàn)出彈性、塑性、斷裂三個(gè)變型過(guò)程,并且在各個(gè)過(guò)程已有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范)規(guī)定出相關(guān)性能的技術(shù)指標(biāo),這些性能指標(biāo)的具體測(cè)定必須在試驗(yàn)機(jī)上來(lái)完成。試驗(yàn)機(jī)的功能和計(jì)量特性指標(biāo)是否滿足預(yù)期使用要求,是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的關(guān)鍵。材料試驗(yàn)機(jī)不僅是研究材料機(jī)械性能理論的基本手段和依據(jù),也是企業(yè)、事業(yè)單位目前生產(chǎn)檢驗(yàn)的基本手段之一。
2中國(guó)材料試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀
我國(guó)計(jì)量、質(zhì)檢檢測(cè)事業(yè)的歷史悠久,但試驗(yàn)機(jī)制造行業(yè)在舊中國(guó)是空白,后,黨和政府十分重視計(jì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,采取了許多重要措施來(lái)發(fā)展儀器儀表工業(yè)。經(jīng)過(guò)五十多年的努力,我國(guó)材料試驗(yàn)機(jī)的制造,從無(wú)到有、從小到大,從單參數(shù)到多參數(shù),從靜態(tài)到動(dòng)態(tài),逐步發(fā)展成初具規(guī)模,具有能生產(chǎn)靜負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)(如拉、壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、松弛試驗(yàn)機(jī)、持久強(qiáng)渡試驗(yàn)機(jī)、蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)、復(fù)合應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)等)和動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)(如沖擊試驗(yàn)機(jī)和疲勞試驗(yàn)機(jī)等)的能力,有效地促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展。二十世紀(jì)九十年代初,我國(guó)實(shí)行了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì),眾多民營(yíng)企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。試驗(yàn)機(jī)制造行業(yè)也和其它行業(yè)一樣,民營(yíng)企業(yè)登上了試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的舞臺(tái)。近幾年,隨著國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)民營(yíng)企業(yè)的不斷做強(qiáng)做大,國(guó)有企業(yè)的改制,中國(guó)的試驗(yàn)機(jī)行業(yè)由原來(lái)以國(guó)有企業(yè)為主逐步演變?yōu)橐悦駹I(yíng)企業(yè)唱主角的時(shí)代。
1、機(jī)械方面:試驗(yàn)機(jī)在我國(guó)經(jīng)歷半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面沒(méi)有太大變化,只是有些小的改進(jìn)。從產(chǎn)品外觀來(lái)看,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品相比差距較大。
國(guó)外產(chǎn)品無(wú)論從造型、表面處理等方面,進(jìn)口設(shè)備和國(guó)產(chǎn)設(shè)備很容易就能分辨出來(lái)。從觀感、手感、質(zhì)感等方面,制造工藝非常精良。國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī),都顯粗糙。所以國(guó)內(nèi)的廠家想在這方面趕上國(guó)外試驗(yàn)機(jī)廠家,還需進(jìn)一步努力。
2、材料試驗(yàn)機(jī)夾具方面
(1)材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展方向是由制樣檢測(cè)向制品(即成品、半成品)檢測(cè)方向發(fā)展,這就要求與之相適應(yīng)的夾具由原來(lái)用于標(biāo)準(zhǔn)試樣試驗(yàn)的夾具向用于成品檢測(cè)的夾具發(fā)展。
(2)夾具的使用向高效率、低勞動(dòng)強(qiáng)度的方向發(fā)展。過(guò)去的夾具一般采用機(jī)械鎖緊,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率低。隨著工作環(huán)境的改善,及大批量試驗(yàn)(生產(chǎn)流水線隨機(jī)抽檢的)需要,夾具的夾緊方式由原來(lái)的機(jī)械夾緊向氣壓夾緊、液壓夾緊等方向發(fā)展。
(3)全自動(dòng)夾具:從試樣尺寸測(cè)量到裝夾,再到開始試驗(yàn),最后出測(cè)試報(bào)告一次完成。此類夾具僅適用于大批量的相同試樣或成品的測(cè)試和檢驗(yàn)。
(4)高低溫環(huán)境試驗(yàn)的增多,使用于高低溫的夾具種類增多。高低溫環(huán)境試驗(yàn)的增多,給夾具的設(shè)計(jì)增加了難度。我們知道高溫拉伸試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都有規(guī)定:圓試樣用螺紋,板試樣上有孔。由于連接方式固定,所以?shī)A具的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。但高低溫試驗(yàn)卻不同,它一般是在高低溫箱中做試驗(yàn),它的試樣一般標(biāo)距短(一般為常溫試樣)。這樣一來(lái)夾具就必須裝在高低溫箱內(nèi),高低溫試驗(yàn)一般由于試驗(yàn)機(jī)行程受限制(試驗(yàn)機(jī)在裝標(biāo)準(zhǔn)夾具時(shí)行程),這就要求夾具體積小,又要滿足試驗(yàn)力,又要耐高溫、低溫,一般比較難設(shè)計(jì)。
(5)連續(xù)試驗(yàn)夾具增多。由于過(guò)去一般是制樣檢測(cè),試樣的拉伸、壓縮是分開進(jìn)行的(即拉伸、壓縮是用不同的夾具進(jìn)行的),而現(xiàn)在成品檢測(cè)越來(lái)越多,試樣在同一次試驗(yàn)中又要受拉伸,又要受壓縮,又要有高的效率,只能用同一種夾具既做拉伸又做壓縮。
(6)特殊行業(yè)用試驗(yàn)夾具增多。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一些新興的行業(yè)對(duì)試驗(yàn)機(jī)夾具提出了新的要求,例如要求夾具結(jié)構(gòu)小、無(wú)磁性,耐腐蝕(在溶液中做試驗(yàn))等。
3、測(cè)控系統(tǒng):試驗(yàn)機(jī)的測(cè)控技術(shù)一直都落后于國(guó)外,近幾年經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)各廠家不斷努力,取得了較大突破,控制器采用一系列的新技術(shù),即DSP 平臺(tái);基于神經(jīng)元自適應(yīng)PID 算法全數(shù)字、三閉環(huán)(力、變形、位移)控制系統(tǒng);8 通道24 位A/D 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及USB1.1 通訊等。DCS-200 所用的DSP 平臺(tái)技術(shù)是世界上第三家采用此技術(shù)的試驗(yàn)機(jī)廠家,也是世界上最早把USB 通訊技術(shù)運(yùn)用到試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域的生產(chǎn)企業(yè)。在DCS-200 成功推出后,國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)用戶紛紛放棄國(guó)外的控制器,同時(shí)也促進(jìn)國(guó)內(nèi)其它試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)新控制器的積極研發(fā),由此突破了試驗(yàn)機(jī)控制的技術(shù)難關(guān),推動(dòng)了國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展。
在測(cè)控系統(tǒng)方面,我國(guó)采用的某些技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平,但有些關(guān)鍵技術(shù)和部件制造還是受到一些因素的制約。如能采用世界頂級(jí)的HBM 等公司的力傳感器,則力值測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性將進(jìn)一步得到保證,其準(zhǔn)確度等級(jí)也將得到更大的提高。
4、軟件方面:現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的試驗(yàn)機(jī)廠家的試驗(yàn)軟件,有自己開發(fā),也有引進(jìn)國(guó)外公司的,有的功能簡(jiǎn)單但操作方便,有的功能強(qiáng)大但操作略顯復(fù)雜。我國(guó)的試驗(yàn)機(jī)從功能性、適用性等方面都緊隨國(guó)外試驗(yàn)機(jī)行業(yè),功能更強(qiáng)大、操作更人性化,獲得了國(guó)內(nèi)廣大用戶的一致好評(píng),其中很多功能在其它廠家的試驗(yàn)機(jī)上,都可以得到實(shí)現(xiàn)。軟件還需要在功能、操作性、穩(wěn)定性考核等方面下功夫,進(jìn)一步完善,特別要對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)定或驗(yàn)證。
5、試驗(yàn)機(jī)配套器件:如試樣變形測(cè)量系統(tǒng),國(guó)內(nèi)現(xiàn)采用最多用皮筋?yuàn)A緊方式,夾持十分不便,但它的計(jì)量技術(shù)特性基本滿足使用要求。國(guó)內(nèi)還有幾個(gè)單位生產(chǎn)的引伸計(jì)其計(jì)量特性也基本相同。目前國(guó)際上,應(yīng)屬德國(guó)茲威克(ZWICK)公司的試驗(yàn)機(jī)所配的全自動(dòng)引伸計(jì)最為先進(jìn),居世界領(lǐng)先地位。其特點(diǎn)是減小人為誤差、測(cè)量結(jié)果的不確定度,這是發(fā)展趨勢(shì)。還有試樣夾頭、高溫爐、環(huán)境箱等,就不一一細(xì)說(shuō)了。總之,試驗(yàn)機(jī)配套器件方面要趕上世界領(lǐng)先水平,還需要我國(guó)從事試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的人們付出更多的心力。
3中國(guó)材料試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的發(fā)展思路
由于試驗(yàn)機(jī)夾具使用的特殊性,以及新材料的不斷出現(xiàn),夾具的設(shè)計(jì)一直處在被動(dòng)的局面。我們每天都會(huì)碰到新材料,需要設(shè)計(jì)新的夾具。我們只有總結(jié)過(guò)去的成功經(jīng)驗(yàn),來(lái)順應(yīng)新的發(fā)展趨勢(shì)。
對(duì)拉力試驗(yàn)機(jī)夾具好壞的判定很難界定,由于夾具結(jié)構(gòu)的特殊性,對(duì)一種夾具,有時(shí)我們很難確定它到底更適合那種試樣,通常從以下三點(diǎn)來(lái)判斷:1、夾具是否使用方便、安全; 2、夾持是否可靠,不能有打滑現(xiàn)象;3、做試驗(yàn)過(guò)程中,試樣斷點(diǎn)好。數(shù)據(jù)離散性小。(即試樣不斷鉗口、鉗口內(nèi)、平行段或標(biāo)距外)而有幾種類型的材料,有與本身的特性及適用的環(huán)境特殊,目前為止,解決的辦法并不多。
1、鋼絲、鋼絞線由于試樣硬度高,內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)松散,在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中受力不均勻,夾持試樣的鉗口易磨損等原因,夾具一直未得到好的解決。過(guò)去是夾鋁箔來(lái)做,一次試驗(yàn)就耗費(fèi)四片鋁箔,浪費(fèi)太大。現(xiàn)在采用了噴涂金剛砂的拉力試驗(yàn)機(jī)夾具,打滑問(wèn)題解決了,但斷口位置始終未能理想,10根試樣只能成功一半左右。
2、對(duì)于變形量大的材料由于變形過(guò)大,所以?shī)A持困難,夾具的設(shè)計(jì)也是一個(gè)難點(diǎn)。
3、對(duì)于需要在高溫環(huán)境下做的試驗(yàn),夾具的要求也很高,既要耐高溫,又要不變形,體積要小,所以一般的試驗(yàn)機(jī)廠家來(lái)說(shuō),也是很難搞定的事情
1資料與方法
1.1試樣來(lái)源 烏魯木齊市各餐飲場(chǎng)所送樣檢測(cè)151份。
1.2微生物衛(wèi)生指標(biāo) 依據(jù) GB2726-2005熟肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)《食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)法律匯編》,共檢測(cè)以下5項(xiàng)微生物指標(biāo):菌落總數(shù)、大腸菌群、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌。菌落總數(shù)測(cè)定依據(jù)GB 4789.2-2010檢測(cè)。大腸菌群測(cè)定依據(jù)GB/T 4789.3-2003檢測(cè)。沙門氏菌測(cè)定依據(jù)GB 4789.4-2010檢測(cè)。志賀氏菌測(cè)定依據(jù) GB 4789.5-2012檢測(cè)。金黃色葡萄球菌測(cè)定依據(jù)GB 4789.10-2010檢測(cè)。
1.3評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 依據(jù) GB2726-2005熟肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)《食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)法律匯編》,醬鹵肉制品微生物指標(biāo)為菌落總數(shù)≤80000cfu/g,大腸菌群≤150MPN/100g,致病菌(沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌)不得檢出,其中一項(xiàng)不合格即為微生物指標(biāo)不合格。
1.4 統(tǒng)計(jì)分析 采用SPSS 21軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用?字2檢驗(yàn),P
2結(jié)果
2.1各類醬鹵肉制品檢測(cè)結(jié)果 151份樣品中,不合格率為19.87%(30/151)。不合格項(xiàng)目中,菌落總數(shù)單項(xiàng)不合格3份,占10%,大腸菌群19份,占63.33%,菌落總數(shù)與大腸菌群雙重不合格8份,占26.67%,致病菌均未檢出。
2.2不同季節(jié)鹵制品檢測(cè)結(jié)果 高低溫季節(jié)菌落總數(shù)不合格率見表1,高低溫季節(jié)大腸菌群不合格率見表2。由表1可見,P>0.01,按a=0.01水平,故不認(rèn)為高低溫季節(jié)菌落總數(shù)不合格率有差別。由表2可見,P
3討論
從檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析中,可以看出,我市餐飲場(chǎng)所醬鹵肉制品衛(wèi)生情況存在一定問(wèn)題,主要是菌落總數(shù)和大腸菌群超標(biāo)。大腸菌群不合格率在高溫季節(jié)和低溫季節(jié)差異顯著,高溫季節(jié)不合格率明顯大于低溫季節(jié)。菌落總數(shù)的多少在一定程度上標(biāo)志著食品衛(wèi)生質(zhì)量的優(yōu)劣。大腸菌群數(shù)的高低,表明了糞便污染的程度,也反映了對(duì)人體健康危害性的大小。醬鹵肉制品微生物易超標(biāo),一方面是因?yàn)樵先夂S富的蛋白質(zhì)、脂肪、水分等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),如溫度適宜微生物就會(huì)大量繁殖;另一方面是因?yàn)樵谏a(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中外界微生物對(duì)肉制品的二次污染,如加工間的衛(wèi)生環(huán)境差、原料和散裝成品在運(yùn)輸和儲(chǔ)藏中受到微生物的嚴(yán)重污染等。特別是在高溫季節(jié),溫度較高,又是蚊蠅滋生的季節(jié),如果醬鹵肉制品不注意防塵防蠅,在外界暴露時(shí)間較長(zhǎng),食品加工人員不注意個(gè)人衛(wèi)生,違規(guī)操作,極易造成大腸菌群超標(biāo),產(chǎn)生對(duì)消費(fèi)者的健康隱患。
中圖分類號(hào):TM24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
引言
發(fā)熱電纜廣泛應(yīng)用在建筑、石化、石油等領(lǐng)域。尤其建筑采暖市場(chǎng)發(fā)展迅速,我國(guó)年需求將超過(guò)50億元人民幣。目前,普通發(fā)熱電纜生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟,但普通的發(fā)熱電纜卻在某些特殊場(chǎng)合不能滿足使用要求,如油污等惡劣環(huán)境及防腐蝕、耐高低溫等場(chǎng)合。普通發(fā)熱電纜易腐蝕老化開裂,降低了電纜的使用壽命,影響正常生產(chǎn)生活活動(dòng),同時(shí)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。新研制的防腐耐油發(fā)熱軟電纜具有安裝維護(hù)方便、節(jié)能環(huán)保、安全可靠、用途廣泛等特點(diǎn),同時(shí)具備柔軟、防腐、耐油、耐高低溫等多項(xiàng)優(yōu)越性能。產(chǎn)品符合國(guó)家環(huán)保要求和發(fā)展方向,屬新型環(huán)保類電纜高新技術(shù)產(chǎn)品。
1 電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
防腐耐油發(fā)熱軟電纜其結(jié)構(gòu)特征是:該電纜導(dǎo)體選用電阻率永久恒定的銅鎳合金和鎳鉻合金作為發(fā)熱體,發(fā)熱體是發(fā)熱電纜的核心,即使發(fā)熱電纜在惡劣的環(huán)境中工作(-60℃~180℃),也應(yīng)保證其有效的加熱功能。內(nèi)絕緣選用PTFE氟塑料,該種材料是有機(jī)物中電氣性能、機(jī)械性能、耐寒耐熱性能最佳塑料。該種PTFE絕緣材料的使用,能大大降低外絕緣交聯(lián)聚烯烴的表面溫度,使外絕緣層能夠保持在正常的溫度內(nèi)工作,確保外絕緣料性能不受影響。在冷熱線接頭處采用PTFE氟塑料擠包,且擠包長(zhǎng)度向外延伸3~4cm。因存在冷熱接頭,其所處部位電阻通常要高于正常值,產(chǎn)生的熱量和溫度也高。采用在冷熱線接頭處PTFE氟塑料絕緣向外延伸方法,就是要保證此處有良好的電氣性能和機(jī)械性能。外絕緣層采用絕緣性能優(yōu)、耐熱性能好的交聯(lián)型聚烯烴材料,以滿足電纜的絕緣性能和耐高低性能。屏蔽采用雙層鋁塑復(fù)合帶縱包結(jié)構(gòu),使屏蔽覆蓋率達(dá)100%,同時(shí)在鋁塑復(fù)合帶屏蔽層下增設(shè)鍍錫銅絲引流線,可有效將電磁場(chǎng)引入大地,實(shí)現(xiàn)良好的抗電磁干擾能力。護(hù)套采用耐熱180度的抗拉撕硅橡膠材料,可使電纜具有優(yōu)良的防腐、耐油特性,也可有效保護(hù)電纜線芯同時(shí)增加了電纜的散熱面積。
2 科學(xué)技術(shù)路線
2.1 發(fā)熱電纜導(dǎo)體選擇
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T20841―2007額定電壓300/500V生活設(shè)施加熱和防結(jié)冰用加熱電纜》規(guī)定:發(fā)熱電纜直徑不得小于6mm,因此本發(fā)熱電纜設(shè)計(jì)導(dǎo)體直徑為6.5±0.3mm,同時(shí)導(dǎo)體采用新型的復(fù)合金屬發(fā)熱材料,由多股合金材料絞合而成,其具有抗拉強(qiáng)度高(70N/mm2)、電阻率低、柔軟性好、接觸電阻低、可焊性好等優(yōu)點(diǎn)。
2.2 耐高溫指標(biāo)
原創(chuàng)性地將導(dǎo)熱功能引人高分子絕緣材料,將絕緣材料的導(dǎo)熱率提高了10倍,使高分子材料的熱老化溫度下降了近60℃,從而成倍地提高了發(fā)熱電纜的使用壽命、熱效率和升溫速率。《GB/T20841―2007額定電壓300/500V生活設(shè)施加熱和防結(jié)冰用加熱電纜》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:發(fā)熱電纜的導(dǎo)體線芯最高工作溫度為90℃,電纜護(hù)套最高工作溫度為65℃。而新研發(fā)的防腐耐油發(fā)熱軟電纜新產(chǎn)品導(dǎo)體采用合金導(dǎo)體,絕緣選用PTFE氟塑料和交聯(lián)聚烯烴材料,其線芯最高工作溫度可達(dá)150℃。護(hù)套采用硅橡膠材料,可使電纜耐環(huán)境溫度最高達(dá)180℃。電纜絕緣和護(hù)套材料的耐高溫指標(biāo)均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),其目的是:保證發(fā)熱電纜可在高溫環(huán)境中長(zhǎng)期使用而不發(fā)生故障。我公司作比對(duì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):新型的防腐耐油發(fā)熱軟電纜可經(jīng)150℃工作溫度,180天不間斷加熱試驗(yàn),電纜仍完好無(wú)損;而普通發(fā)熱電纜在同等條件下,通電加熱23天后便出現(xiàn)故障停止加熱。
2.3 發(fā)熱電纜組成及工作原理
組成:分戶電表配電裝置溫控器發(fā)熱電纜向地面供暖。
工作原理:發(fā)熱電纜通電后產(chǎn)生熱量,其溫度一般可控制在50℃~60℃,熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)方式向周圍的水泥、地磚傳熱,其傳導(dǎo)熱量約占電纜發(fā)熱量的70%;同時(shí)發(fā)熱電纜在通電后,還會(huì)產(chǎn)生7~10微米的遠(yuǎn)紅外向空間輻射,這部分熱量約占電纜發(fā)熱量的30%,因此電纜供暖效果良好利用率高,熱效率幾乎無(wú)損耗。
3 產(chǎn)品試驗(yàn)設(shè)計(jì)
3.1 彎曲性能
防腐耐油發(fā)熱軟電纜采用彈簧式制造技術(shù),有效地提高了電纜的柔軟度,從而避免由于地面高度落差而造成對(duì)電纜敷設(shè)及產(chǎn)品性能的影響。
3.2 耐溫和耐高頻性能
一般來(lái)說(shuō)絕緣層的質(zhì)量好壞直接影響到發(fā)熱電纜的壽命,電纜絕緣材質(zhì)的改進(jìn),提高了電纜的耐寒性、耐熱性能,使電纜可在-60℃~+180℃范圍內(nèi)正常工作;電纜的耐高頻性能:在50赫到1000赫廣闊的超高頻范圍內(nèi),耐高頻性能幾乎不變,產(chǎn)品優(yōu)于市場(chǎng)上銷售的任何發(fā)熱電纜。
3.3 防腐耐油性能
護(hù)套材料采用具有優(yōu)異的耐腐蝕、耐高低溫的硅橡膠材料,既能滿足電纜的耐高低溫性能,又能滿足其在惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期使用。在酸堿液類型(HCL、NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液)1mol(168h)的試驗(yàn)條件下:抗張強(qiáng)度變化率小于±30%,為14%;斷裂伸長(zhǎng)率≥100%,為180%。
4 試制中存在的問(wèn)題及解決方案
在試制過(guò)程中我們遇到了一些技術(shù)上的關(guān)鍵性問(wèn)題,針對(duì)問(wèn)題我們逐一分析、研究與突破,主要有以下幾點(diǎn):
4.1 原有外護(hù)套的存在散熱效果不好、易老化問(wèn)題
我們根據(jù)新研制的產(chǎn)品特點(diǎn),采用了目前橡膠中最好的硅橡膠材料,用它作為電纜的護(hù)套,它具有:良好的導(dǎo)熱、散熱、粘接性能;固化速度快,對(duì)金屬有良好的附著力且無(wú)腐蝕;長(zhǎng)期使用不會(huì)脫落,不會(huì)產(chǎn)生接觸縫隙而降低散熱效果;卓越的耐高低性能、耐老化性能、電絕緣性能和優(yōu)異的防潮、防腐、耐油、耐電暈性能,可滿足電纜的使用要求。
4.2 發(fā)熱時(shí)電磁輻射問(wèn)題
由于發(fā)熱電纜一般用于人員較為密集的場(chǎng)所,而電纜在通電發(fā)熱過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生電磁輻射(電磁輻射超過(guò)100微特斯拉對(duì)人身健康產(chǎn)生影響)。因此我們采用雙層鋁塑復(fù)合帶和鍍錫銅絲引流線屏蔽結(jié)構(gòu),有效地將電磁場(chǎng)屏蔽在纜芯內(nèi)防止向周圍擴(kuò)散,且通過(guò)增設(shè)鍍錫銅絲引流線,可將電磁場(chǎng)引入大地,使電纜屏蔽層與大地形成等電位端,使電纜產(chǎn)生的電磁輻射不超過(guò)20微特斯拉,避免了電磁輻射對(duì)人身的傷害。
4.3 冷熱絲接頭問(wèn)題
目前市場(chǎng)上發(fā)熱電纜大部分都采用冷接方法(冷、熱線用機(jī)械壓接的方式處理)。電纜在長(zhǎng)期的運(yùn)行中,發(fā)熱部分與冷引線部份的接觸點(diǎn)會(huì)因?yàn)榻佑|不良而形成較大電阻,在接頭部分產(chǎn)生高溫,最終在接頭處燒壞。冷接頭就像家里用的電爐一樣,電爐絲是很少被燒斷的,而電爐絲與電源的接頭就經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題。而本新型的防腐耐油發(fā)熱軟電纜,采用隱式接頭焊接方法(一種小直徑金屬絲對(duì)接方法),將發(fā)熱絲與冷引線熔為一體,可有效避免發(fā)熱絲因冷熱變換而引起的接觸不良現(xiàn)象,同時(shí)避免了冷熱絲間焊接不牢、分層現(xiàn)象,提高了發(fā)熱電纜的安全性和可靠性,從而延長(zhǎng)了發(fā)熱電纜的使用壽命。
5 產(chǎn)品主要性能指標(biāo)
研制的防腐耐油發(fā)熱軟電纜,經(jīng)上海電纜研究所國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè),各項(xiàng)性能符合或超過(guò)國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品的規(guī)定,同時(shí)滿足使用要求。電纜具備了優(yōu)良的電發(fā)熱性能和優(yōu)越的防腐耐油特性,其主要性能指標(biāo)如下:
A.電纜具有較強(qiáng)的耐彎曲性能,最小彎曲半徑可達(dá)4D。
B.電纜產(chǎn)品芯線為具有正電阻溫度系數(shù)的金屬合金絲組成,線性額定功率為20w/m,且產(chǎn)品絕緣電阻大于500MΩ?km。
C.電纜可在-60℃~+180℃溫度和惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期工作,防腐耐油耐高低溫性能優(yōu)異。
D.電纜燃燒時(shí)發(fā)煙量少,不含有鹵素,不產(chǎn)生有毒有害氣體和腐蝕性氣體。
E.電纜不含有鉛等重金屬,不污染土壤,可以重復(fù)利用,再生性強(qiáng)。
結(jié)語(yǔ)
防腐耐油發(fā)熱軟電纜的使用場(chǎng)所廣泛,既可在普通場(chǎng)合作供暖使用,也可用于防腐、耐油、耐高低溫等特殊場(chǎng)合,同時(shí)也可作為石油、化工企業(yè)儲(chǔ)油設(shè)備防凍伴熱用。產(chǎn)品安裝簡(jiǎn)單,維護(hù)費(fèi)用低,有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本產(chǎn)品采用零排放、無(wú)污染的綠色環(huán)保的供暖方式,有利于國(guó)家環(huán)保,符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。產(chǎn)品已獲國(guó)家實(shí)用新型專利證書(專利號(hào):ZL2012 20038198.9)。
參考文獻(xiàn)
[1]GB/T20841―2007,額定電壓300/500V生活設(shè)施加熱和防結(jié)冰用加熱電纜[S].
1.引言
近年來(lái),我國(guó)無(wú)縫線路鋪設(shè)里程日益增加,與普通鋼軌相比,無(wú)縫鋼軌消除了列車運(yùn)行時(shí)車輪對(duì)鋼軌軌頭造成的沖擊破壞,減小了列車的震動(dòng),增加了列車運(yùn)行的平穩(wěn)性,提高了列車運(yùn)行速度。無(wú)縫鋼軌長(zhǎng)期暴露在野外使用,它不僅承受列車運(yùn)行時(shí)作用于鋼軌的高強(qiáng)度應(yīng)力,而且會(huì)隨著外界環(huán)境溫度的變化產(chǎn)生熱變形[1]。由于無(wú)縫鋼軌受扣件和道床阻力等外力作用,使其不能自由伸縮,導(dǎo)致鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力,當(dāng)內(nèi)部溫度應(yīng)力積累到一定數(shù)值時(shí),無(wú)縫軌道發(fā)生脹軌甚至斷軌,危及行車安全[2]。針對(duì)高速鐵路中鋼軌溫度的測(cè)量設(shè)計(jì)出無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn),實(shí)時(shí)監(jiān)控鋼軌溫度,以保證無(wú)縫鋼軌冬天不被拉斷,夏天不致脹軌跑道,防止事故甚至災(zāi)難的發(fā)生。
Zigbee技術(shù)是一種新興的短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率的雙向無(wú)線通訊技術(shù),主要用于近距離無(wú)線傳輸。由Zigbee模塊組成的節(jié)點(diǎn)體積小且能自動(dòng)組網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的自愈能力,布局十分方便。相比之下,傳統(tǒng)的多路溫度測(cè)量在一些長(zhǎng)距離或者采集范圍較大的場(chǎng)合,存在著布線復(fù)雜,傳輸距離近,對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高、可靠性差、應(yīng)用靈活性差等缺點(diǎn),無(wú)法滿足實(shí)時(shí)測(cè)量無(wú)縫鋼軌的溫度。另外,大量較長(zhǎng)的引線受鐵路現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的干擾,不僅影響到數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性,而且也為列車的安全帶來(lái)了隱患。因此,運(yùn)用無(wú)線Zigbee技術(shù)設(shè)計(jì)出的單總線多路溫度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn),具有安裝方便,受測(cè)量環(huán)境影響小,傳輸距離遠(yuǎn),組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn),在需要多點(diǎn)測(cè)量場(chǎng)合應(yīng)用價(jià)值比較高。
本文選用美國(guó)Dallas公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器和MSP430單片機(jī)組成的多路測(cè)溫節(jié)點(diǎn),采用單總線方式,通過(guò)無(wú)線Zigbee模塊將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)進(jìn)行預(yù)處理,并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示,真正實(shí)現(xiàn)了溫度的檢測(cè)與監(jiān)控,無(wú)需介質(zhì)互聯(lián)。
2.多路溫度節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
2.1 節(jié)點(diǎn)硬件總體設(shè)計(jì)
無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)編程來(lái)讀取數(shù)字溫度傳感器DS18B20的溫度,在MSP430F149單片控制下與Zigbee無(wú)線發(fā)送模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,經(jīng)添加協(xié)議后,數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給上位機(jī),上位機(jī)通過(guò)溫度檢測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的顯示、存檔及遠(yuǎn)程控制。圖1所示為無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)框圖。
2.2 溫度采集電路設(shè)計(jì)
監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)測(cè)量的溫度有鋼軌溫度、節(jié)點(diǎn)盒溫和節(jié)點(diǎn)溫度,采用單總線方式進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)傳輸。所測(cè)溫度范圍為-30℃~+70℃,測(cè)量精度為±1℃。實(shí)際應(yīng)用中是將溫度傳感器粘貼于鋼軌軌腰處、節(jié)點(diǎn)盒內(nèi)以及節(jié)點(diǎn)內(nèi)部,要求傳感器具有測(cè)溫范圍寬、體積小、精度高的特點(diǎn)。
測(cè)溫選用DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20,其測(cè)量溫度范圍為-55℃~+125℃,-10℃~+85℃的精度為±0.5℃。DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率,其設(shè)定值及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中,掉電后依然保存[3]。每個(gè)DS18B20都有各自唯一片內(nèi)序列號(hào),通過(guò)序列號(hào)來(lái)區(qū)別單總線上掛接的多個(gè)器件。雖然單總線上可以掛接多個(gè)DS18B20,但是超過(guò)8個(gè)時(shí)就需要考慮微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。如圖2所示DS18B20單總線接口部分電路,設(shè)計(jì)中多個(gè)溫度傳感器的信號(hào)線通過(guò)單總線與單片機(jī)I/O口P5.0連接,既保證了溫度數(shù)據(jù)的傳輸又能傳輸時(shí)鐘,同時(shí)節(jié)省了單片機(jī)I/O端口。DS18B20采用單總線方式與微控制器進(jìn)行串行數(shù)據(jù)交互,因此應(yīng)嚴(yán)格按照其讀寫時(shí)序進(jìn)行編程,否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果[4]。測(cè)得溫度直接以單總線的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性,適用于鐵路沿線復(fù)雜環(huán)境的測(cè)量。
DS18B20具有兩種供電方式:寄生電源供電方式和外部電源供電方式。當(dāng)為寄生電源供電方式時(shí),VDD引腳與GND引腳相連,通過(guò)數(shù)據(jù)線對(duì)其供電。當(dāng)為外部電源供電方式時(shí),VDD接外部電源,GND接地。設(shè)計(jì)中采用外部供電方式。當(dāng)DS18B20處在存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換時(shí),總線上必須有上拉電阻來(lái)保證在其有效時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,設(shè)計(jì)時(shí)電源線與信號(hào)線之間須加一個(gè)4.7K的上拉電阻[5]。
2.3 無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)
監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)通信都是通過(guò)通信模塊完成的,由于鐵路現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜,過(guò)多的引線干擾會(huì)降低節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性,也不利于現(xiàn)場(chǎng)的布置。因此,節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線通信方式。安裝在現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送,要求所選用的無(wú)線通信模塊具有近距離通信,自組網(wǎng)能力強(qiáng),低功耗等特點(diǎn)。
在當(dāng)前普遍使用的短距離無(wú)線通信技術(shù)中,Zigbee技術(shù)以其低速率、低功耗、低成本、低復(fù)雜度的突出優(yōu)點(diǎn)在無(wú)線傳感器領(lǐng)域獲得迅猛發(fā)展。Zigbee技術(shù)是一種雙向低速率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),應(yīng)用于868MHz、915MHz和2.4GHz三個(gè)頻段上,其中在2.4GHz頻段上的最大數(shù)據(jù)傳輸速度為250kbps,適用于高吞吐量、低速率和短距離傳輸?shù)膱?chǎng)合[6]。
設(shè)計(jì)中選用基于Zigbee技術(shù)的無(wú)線通信模塊。該模塊是ZigBee技術(shù)的首批認(rèn)證產(chǎn)品其設(shè)計(jì)滿足IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn),工作頻率2.4GHz,其基本性能參數(shù)如下[7]:發(fā)送功率63mW(+18dBm),接收靈敏度-102dBm,最大傳輸數(shù)據(jù)速率為250kbps,室內(nèi)傳輸距離100m、室外傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)到1600m;在3.3V供電模式下,發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)最大電流為45mA,接收數(shù)據(jù)時(shí)最大電流為50mA;組網(wǎng)性能方面采用DSSS(直接序列擴(kuò)頻)功能,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)組網(wǎng)。模塊射頻部分芯片全部?jī)?nèi)部集成,共有20引腳,直插式,可設(shè)計(jì)安裝到一個(gè)插座上,因此模塊在裝上傳感節(jié)點(diǎn)時(shí)不需焊接。選用的ZigBee模塊滿足了鐵路沿線長(zhǎng)距離布設(shè)組網(wǎng)的需要,圖3給出了通信模塊與微控器的接口電路圖。
Zigbee模塊與MCU通過(guò)串口DIN和DOUT進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,當(dāng)SRST為低電平信號(hào),可實(shí)現(xiàn)MCU復(fù)位Zigbee模塊,同樣CRST可實(shí)現(xiàn)Zigbee模塊復(fù)位MCU。為了進(jìn)一步降低通信模塊功耗,在無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下啟用模塊的休眠功能。模塊的PIN9是是休眠控制I/O口,PIN13用于指示當(dāng)前模塊休眠狀態(tài)。
2.4 微控制器選型
微控制器是監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的控制核心,進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理模擬電路和數(shù)字電路。因此,它的性能直接關(guān)系到節(jié)點(diǎn)能否進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集以及與網(wǎng)關(guān)的無(wú)線傳輸。由于監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)安裝在鋼軌,依靠蓄電池供電,且要實(shí)現(xiàn)全天工作,因此能耗是微控制器選型的重點(diǎn);為充分實(shí)現(xiàn)各控制模塊功能,需考慮微控制器的性能,外設(shè)資源以及所支持的開發(fā)工具。片上資源豐富的微控制器可以減少器件的數(shù)量,從某種程度上降低了成本[8]。
基于以上考慮選用美國(guó)德州儀器公司16位單片機(jī)MSP430F149作為下位機(jī)部分的控制芯片,其最顯著的特點(diǎn)就是在1.8V~3.6V、1MHz的條件下運(yùn)行超低功耗模式耗電電流在0.1mA~400mA之間,RAM在等待模式下為0.7mA,節(jié)電模式下耗電為僅0.1mA。MSP430F149內(nèi)部擁有大容量的存儲(chǔ)空間,60KB+256字節(jié)FLASH和2KBRAM的存儲(chǔ)空間完全可以滿足程序及數(shù)據(jù)的需要[9]。另外,在環(huán)境溫度范圍為-40℃~+85℃下MSP430F149可正常運(yùn)行,能夠適應(yīng)惡劣的環(huán)境。
3.溫度采集軟件設(shè)計(jì)
3.1 軟件設(shè)計(jì)總體框圖
軟件設(shè)計(jì)采用模塊化編程思想,分為外部接口模塊、處理函數(shù)模塊及存儲(chǔ)區(qū)模塊,各個(gè)功能模塊有各自較獨(dú)立的程序來(lái)控制完成相應(yīng)的能。外部接口模塊主要功能是完成對(duì)Zigbee模塊和DS18B20的初始化;處理函數(shù)模塊包括單片機(jī)系統(tǒng)初始化、Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送處理、Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理、設(shè)置采集參數(shù)。存儲(chǔ)區(qū)模塊是完成節(jié)點(diǎn)設(shè)置參數(shù)存儲(chǔ)和要發(fā)送到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存。
首先節(jié)點(diǎn)上電以后,單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)初始化(初始化單片機(jī)時(shí)鐘、時(shí)鐘芯片、Flash芯片、串口、定時(shí)器),DS18B20初始化和XBee無(wú)線發(fā)送模塊的初始化;然后設(shè)置參數(shù)(實(shí)時(shí)采集或定時(shí)采集)開始進(jìn)行溫度的采集,將采集后的數(shù)據(jù)按照通訊協(xié)議添加幀頭、幀尾和校驗(yàn),放入發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū),然后通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)關(guān),完成節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸。圖4給出了節(jié)點(diǎn)運(yùn)行程序流程圖。
3.2 DS18B20溫度采集程序設(shè)計(jì)
DS18B20的操作步驟主要有以下幾步:先對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化、搜索ROM,然后RAM操作,最后讀取溫度值。如下圖5所示DS18B20的溫度采集程序流程圖。
DS18B20溫度傳感器內(nèi)部有著各自唯一的64位序列號(hào),這就方便了程序中采用二叉樹搜索算法,利用單總線上所有器件DS18B20的注冊(cè)碼構(gòu)成二叉樹的深度為64[10]。在搜索過(guò)程中根據(jù)兩次讀取的數(shù)據(jù)來(lái)判斷節(jié)點(diǎn)是左子結(jié)點(diǎn)、右子結(jié)點(diǎn)、還是葉子節(jié)點(diǎn)。在搜索程序遍歷二叉樹時(shí),記錄下搜索到的葉子節(jié)點(diǎn)數(shù)和所走過(guò)的路徑,從而得到從器件的注冊(cè)碼和數(shù)量,完成對(duì)單總線上所有DS18B20的搜索。程序中對(duì)DS18B20進(jìn)行ROM操作時(shí),采用二叉樹搜索算法遍歷單總線上所有溫度傳感器,然后等待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,當(dāng)接收到實(shí)時(shí)采集或定時(shí)采集命令后開始采集溫度[11]。
4.實(shí)驗(yàn)測(cè)試
4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備搭建
本實(shí)驗(yàn)按照節(jié)點(diǎn)測(cè)量溫度設(shè)計(jì)要求,在高低溫箱環(huán)境中對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、八路DS18B20傳感器、調(diào)試網(wǎng)關(guān)、節(jié)點(diǎn)電源、PC機(jī)和高低溫箱。實(shí)驗(yàn)設(shè)備搭建如圖6所示。
4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及監(jiān)測(cè)溫度顯示
本實(shí)驗(yàn)選取-30℃、-15℃、0℃、15℃、30℃、45℃、60℃這7個(gè)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試,具體實(shí)驗(yàn)方法為:將安裝有八路DS18B20傳感器的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)放在高低溫箱內(nèi),通過(guò)編程設(shè)置實(shí)現(xiàn)高低溫箱內(nèi)溫度保持在-30℃、-15℃、0℃、15℃、30℃、45℃、60℃各2小時(shí);設(shè)置節(jié)點(diǎn)定時(shí)采集溫度數(shù)據(jù),采集間隔為1min,采集頻率設(shè)置為1Hz,采集時(shí)長(zhǎng)為10S;通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)采集的溫度數(shù)據(jù),如圖7所示溫度從15℃上升到30℃時(shí)監(jiān)測(cè)界面,顯示的溫度值為節(jié)點(diǎn)采集10個(gè)溫度數(shù)據(jù)的平均值;對(duì)上位機(jī)保存的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
4.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
以45℃測(cè)溫點(diǎn)為例,具體闡述溫度數(shù)據(jù)分析過(guò)程:設(shè)置高低溫箱保持在45℃并維持2小時(shí),節(jié)點(diǎn)各通道分別采集并保存了約120個(gè)溫度數(shù)據(jù),對(duì)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,得出結(jié)果如表1所示。
對(duì)上位機(jī)保存的其他5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行同樣的數(shù)據(jù)分析,得出結(jié)論如下:
1)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)測(cè)量溫度的重復(fù)精度達(dá)到了±0.5℃;
2)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)在-30℃~+60℃運(yùn)行正常,滿足鐵路環(huán)境下使用要求;
5.實(shí)際應(yīng)用
目前本監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)已進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段,現(xiàn)安裝于某城際鐵路段,主要用于采集鋼軌的溫度、節(jié)點(diǎn)溫度和節(jié)點(diǎn)盒溫。經(jīng)幾個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明,節(jié)點(diǎn)各部分功能穩(wěn)定,遠(yuǎn)程可控性良好,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、定時(shí)采集,并及時(shí)將數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程傳輸至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中,供技術(shù)人員分析匯總,為研究鋼軌溫度力提供必要的數(shù)據(jù)支持。
6.結(jié)論
DS18B20的測(cè)溫傳感器具有測(cè)量速度快,精度高,高低溫報(bào)警等特點(diǎn),由此構(gòu)成的單總線多路溫度采集無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)體積小、安裝方便、可靠性高,適用于戶外無(wú)人值守的惡劣監(jiān)測(cè)環(huán)境。另外,本文研究的無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)安裝在環(huán)境復(fù)雜多變的鋼軌上,對(duì)多點(diǎn)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警等多項(xiàng)功能,確保線路運(yùn)行正常。
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環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的一般基礎(chǔ)指標(biāo)為濕度以及溫度,根據(jù)這兩項(xiàng)參數(shù)有多種類型的箱體,如恒溫恒濕型箱體、干燥箱以及老化箱等等。設(shè)備的校準(zhǔn)按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測(cè),通常依據(jù)JJF 1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》和GB/ T 5170-《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法》。實(shí)際上,這兩種規(guī)定測(cè)定的結(jié)果都是有誤差的,直接導(dǎo)致使用和評(píng)判上的混亂,無(wú)法得出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。所以在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中,要依具體情況來(lái)判斷使用這兩種檢測(cè)辦法的哪一種。
1、環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)
1.1 檢定的相關(guān)問(wèn)題
檢定有其要求和規(guī)程,而校準(zhǔn)也有其規(guī)范。檢定和校準(zhǔn)的對(duì)象處于相互補(bǔ)充的關(guān)系,對(duì)于檢定的對(duì)象要采取強(qiáng)制檢定范圍之內(nèi)的計(jì)量設(shè)備,而對(duì)于校準(zhǔn)對(duì)象來(lái)說(shuō),則應(yīng)當(dāng)使用法制計(jì)量范圍以外的計(jì)量工具。而所謂檢測(cè)的對(duì)象是制造中的計(jì)量器具,是根據(jù)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制造的。
因?yàn)樾?zhǔn)只是為了得出誤差或者賦值,在校準(zhǔn)規(guī)范之中,未給定相關(guān)技術(shù)要求,只給定相關(guān)特性用作所在范圍內(nèi)的校準(zhǔn)。故而,校準(zhǔn)規(guī)范中的計(jì)量特性不應(yīng)當(dāng)作合格與否的依據(jù)。通常,檢定規(guī)范里技術(shù)指標(biāo)比產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要低,但是校準(zhǔn)規(guī)范的計(jì)量特性一般決定于校準(zhǔn)手段。
受檢的設(shè)備是否合格的判定依據(jù)只能來(lái)自是設(shè)備用戶所要求的計(jì)量需求以及技術(shù)說(shuō)明書里表明的指標(biāo)還有檢定規(guī)程里表述的技術(shù)要求。一般即使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中有其校準(zhǔn)方法,但若要使用必須重新進(jìn)行編改,不應(yīng)直接作為產(chǎn)品合格與否的依據(jù)。
而使用中計(jì)量器具進(jìn)行校準(zhǔn)之后,只能給出校準(zhǔn)報(bào)告。若產(chǎn)品用戶要求給出合格與否的判據(jù),校準(zhǔn)者可以通過(guò)用戶產(chǎn)品使用中的依據(jù)或標(biāo)準(zhǔn)分析出相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo),從而給出判斷結(jié)果。
1.2 環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)與檢測(cè)依據(jù)的分類
環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備包括了高低溫試驗(yàn)箱、電熱鼓風(fēng)干燥箱、電熱恒溫培養(yǎng)箱等。國(guó)家頒布了相關(guān)校準(zhǔn)規(guī)范,但是其中的各種指標(biāo)所根據(jù)的校準(zhǔn)規(guī)范未能完全包含所有環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的相應(yīng)指標(biāo),故而還需要參照其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以提高校準(zhǔn)或檢定的準(zhǔn)確性。因此在一般情況下,以唯一的校準(zhǔn)規(guī)范為準(zhǔn),若出現(xiàn)兩者技術(shù)指標(biāo)有差異時(shí),不能隨意依據(jù)其他標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定,必須結(jié)合其他標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮各種因素。一般而言,要通過(guò)科學(xué)合理的結(jié)合使用者的用法以及考慮校準(zhǔn)規(guī)范,還有設(shè)備說(shuō)明書中的技術(shù)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)工作,且須在結(jié)果中做出相應(yīng)說(shuō)明。
在現(xiàn)行工作中,主要有三種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn):
1)校準(zhǔn)規(guī)范:JJF1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》;
2)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):GB/T 10586-2006《濕熱試驗(yàn)箱技術(shù)條件》、GB/T 10587-2006《鹽霧試驗(yàn)箱技術(shù)條件》、GB/T 10589-2008《低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件》、GB/T 10592-2008《高低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件》、GB/T 11158-2008《高溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件》等。
3)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):JB/T 5520-1991《干燥箱技術(shù)條件》、YY 0027-90《電熱恒溫培養(yǎng)箱》等。
1.3 技術(shù)指標(biāo)之間的比較
溫度偏差、均勻度以及波動(dòng)度是環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度校準(zhǔn)和檢測(cè)中的三個(gè)主要的技術(shù)指標(biāo)。
(1)JJF 1101―2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》技術(shù)要求。
(2)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)條件”系列中的技術(shù)要求。
(3)由機(jī)械工業(yè)部的最新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 5520―2008《干燥箱技術(shù)條件》的技術(shù)要求。
對(duì)應(yīng)三個(gè)指標(biāo)中的任意一個(gè),上面所提的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范都有著對(duì)應(yīng)不同的技術(shù)要求與計(jì)算辦法。現(xiàn)在,通常來(lái)說(shuō)有兩種用于檢測(cè)校對(duì)的指標(biāo)書,也就是檢測(cè)報(bào)告(以受檢設(shè)備的技術(shù)文件與說(shuō)明書指標(biāo)為依據(jù)))還有校準(zhǔn)證書(按照J(rèn)JF 1101―2003)。從技術(shù)上來(lái)說(shuō),每一個(gè)具體的標(biāo)準(zhǔn)都有與其搭配的箱體,不同的箱體有不同的屬性,根據(jù)箱體屬性選擇配套的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)一一對(duì)應(yīng)檢查。不過(guò)在實(shí)際的操作過(guò)程中,要想一一對(duì)應(yīng)起來(lái)時(shí)有難度的。一些特殊條件下的器件并沒(méi)有確定的可參照的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,這樣就要自己擇取標(biāo)準(zhǔn),所以對(duì)應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)有不同的檢測(cè)結(jié)果。
當(dāng)然,在實(shí)際的驗(yàn)核過(guò)程中,對(duì)應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不一樣的公式,自然得到的結(jié)論也不會(huì)相同。不過(guò),在檢測(cè)箱體的溫度時(shí),一臺(tái)箱體唯一對(duì)應(yīng)一種方式,倘若遵照J(rèn)JF 1101―2003方法進(jìn)行計(jì)算,得到的結(jié)果就不符合要求,而倘若遵照YY 0027―1990,結(jié)果也不符合。也就是說(shuō),企業(yè)在使用箱體時(shí)應(yīng)當(dāng)要求提供該箱體遵照GB/T 10592―2008的技術(shù)檢測(cè)報(bào)告,符合要求即可展開細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),而在閑置的時(shí)候亦可用來(lái)烘干燒杯。在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用當(dāng)中我們發(fā)現(xiàn),單一的JJF 1101―2003標(biāo)準(zhǔn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到需求目標(biāo),我們必須結(jié)合其他的國(guó)家以及行業(yè)規(guī)范提供的技術(shù)指標(biāo)說(shuō)明來(lái)展開驗(yàn)核,這樣才能得到更合理更具說(shuō)服力的結(jié)論。
2、環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)論使用辦法分析
2.1 一些術(shù)語(yǔ)的描述和定義
2.1.1溫度波動(dòng)度
根據(jù)JJF 1101―2003里的定義,溫度波動(dòng)度表示要進(jìn)行試驗(yàn)的裝置其空間上的工作中心上的溫度值隨著時(shí)間變化的變化值。按照GB/ T 5170―1995則不是工作中心而是任一點(diǎn)。
在實(shí)踐檢測(cè)時(shí),按照規(guī)范說(shuō)明,在設(shè)備的工作空間設(shè)置數(shù)目超過(guò)9個(gè)的溫度傳感器來(lái)測(cè)量。
2.1.2 改良措施
在測(cè)量時(shí)應(yīng)當(dāng)取整個(gè)工作空間里的點(diǎn),中心點(diǎn)通常不會(huì)有太大的波動(dòng)。而且用戶在使用過(guò)程中也不是單單在其中心位置上操作,因此檢測(cè)的波動(dòng)度應(yīng)該更加符合實(shí)際情況,提供更為合理有依據(jù)的結(jié)論,所以在測(cè)量時(shí)要對(duì)整個(gè)空間上的點(diǎn)都進(jìn)行檢測(cè),找出整個(gè)空間里的最大溫度波動(dòng)值,這樣用戶就能有一個(gè)更為全面的了解。
2.1.3處理相關(guān)數(shù)據(jù)以及得出結(jié)論
(1) 計(jì)算偏差溫度
按照J(rèn)JF 1101―2003 ,偏差溫度也就是設(shè)備上所表述的工作空間里的平均溫度大小同實(shí)際測(cè)量的工中心位置上的平均溫度大小之差。而GB/ T 5170―1995里的計(jì)算方法則不同,其提出了上下偏差的理念, 各自對(duì)應(yīng)著實(shí)際測(cè)量時(shí)工作空間里所有點(diǎn)中最大與最小溫度和標(biāo)稱溫度(通常就是設(shè)備屏幕上的溫度值。)之間的差值大小。
采取上下偏差的辦法能相對(duì)全面地體現(xiàn)出受檢裝置內(nèi)部的實(shí)際溫度分布。而把中心位置溫度當(dāng)做設(shè)備偏差稍顯說(shuō)服力不足,并不能全面的反應(yīng)裝置的實(shí)際情況。
(2) 改進(jìn)建議
在實(shí)際檢測(cè)時(shí),應(yīng)當(dāng)將上下偏差值作為必要的參考指標(biāo),然后結(jié)合實(shí)際的檢測(cè)值來(lái)進(jìn)行比對(duì)調(diào)整。倘若上下偏差值都是大于0的,這表示設(shè)備的內(nèi)部實(shí)際溫度全都大于設(shè)備屏幕的表述溫度值,那么就要按照下偏差值的大小來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行修正;若上下偏差值大小都比0小,則設(shè)備的實(shí)際內(nèi)部溫度大小比設(shè)備屏幕表述的溫度值要小,那么就按照上偏差值的大小來(lái)進(jìn)行比對(duì)修正。若一個(gè)值比0大,一個(gè)比0小,那么還要結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)來(lái)修正。
實(shí)際上,一般的日常校核都遵照J(rèn)JF 1101―2003,而進(jìn)行結(jié)果的分析時(shí),如計(jì)算均勻度或者波動(dòng)度等都遵照GB 5170―1995。
3、結(jié)束語(yǔ)
作為實(shí)際檢測(cè)溫度或者濕度等環(huán)境指數(shù)的設(shè)備,環(huán)境試驗(yàn)裝備的運(yùn)用非常普遍,因而,不準(zhǔn)確不合理的校核或者計(jì)算都不能給出有說(shuō)服力合理的檢測(cè)結(jié)論,也會(huì)直接的對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生重大的影響,特別對(duì)于農(nóng)業(yè)以及醫(yī)藥等對(duì)于裝備內(nèi)部的波動(dòng)溫度值有著嚴(yán)格規(guī)定的領(lǐng)域,不準(zhǔn)確的結(jié)果會(huì)對(duì)產(chǎn)品的形象產(chǎn)生很大的負(fù)面效果。
一、前言
作為一種實(shí)際運(yùn)用效果良好的傳感器,光纖溫度傳感器在近期得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步。研究其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀,能夠更好地提升光纖溫度傳感器的實(shí)際運(yùn)用效果,從而保證電力系統(tǒng)的可靠性。
二、概述
光纖溫度傳感器是一種我們經(jīng)常運(yùn)用的可以進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量?jī)x器,它的應(yīng)用范圍可以說(shuō)十分廣泛。光纖溫度傳感器就是運(yùn)用高分子溫敏材料覆蓋在我們的光纖外面,但是這個(gè)高分子溫敏材料必須要與我們光纖的折射率有關(guān)。這種材料覆蓋在光纖外面后,就將我們的光從一根光纖輸入另一根光纖輸出,這種溫敏材料往往會(huì)受到溫度的影響,如果收到了不同的溫度其折射率也將會(huì)發(fā)生不同的變化,所以其輸出的光功率與我們的溫度存在著一個(gè)函數(shù)關(guān)系。它最基本的本質(zhì)就是運(yùn)用我們光纖中傳輸光波的振幅、相位、波長(zhǎng)等特征對(duì)外界的環(huán)境因素的敏感特性。光纖溫度傳感器原理主要有物性型光纖傳感器原理和結(jié)構(gòu)型光纖傳感器原理。其物性型光纖傳感器原理就是運(yùn)用我們的光纖對(duì)當(dāng)前環(huán)境的感性變化進(jìn)行輸入,并且將我們輸入后的物理量等變?yōu)槲覀兊墓庑盘?hào),它的工作原理是基于我們的光纖光調(diào)制效應(yīng),它是利用的外界因素改變時(shí),其傳光的特性發(fā)生變化。因此,如果能測(cè)出通過(guò)光纖的光相位、光強(qiáng)變化,就可以知道被測(cè)物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì),所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。
三、不同光纖溫度傳感器的原理和研究現(xiàn)狀
1.分布式光纖溫度傳感器
分布式光纖溫度傳感器,通常用在檢測(cè)空間溫度分布的系統(tǒng),其原理最早于1981年提出,后隨著科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)研究,最終研制出了此項(xiàng)技術(shù)。這種傳感器原理發(fā)展是基于三種傳感器的研究,分別是瑞利散射、布里淵散射、喇曼散射。在瑞利散射和布里淵散射的研究已取得了很大的進(jìn)展,因此未來(lái)的傳感器研究熱點(diǎn),將放在對(duì)基于喇曼散射的新分布式光纖傳感器的研究上。在我國(guó)也有很多大學(xué)展開了對(duì)分布式光纖溫度傳感器的研究。
2.光纖熒光溫度傳感器
當(dāng)前最熱門的研究,就是針對(duì)光纖熒光溫度傳感器,其是利用熒光的材料會(huì)發(fā)光的特性,來(lái)檢測(cè)發(fā)光區(qū)域的溫度。這種熒光的材料通常在受到紫外線或紅外線的刺激時(shí),就會(huì)出現(xiàn)發(fā)光的情況,發(fā)射出的光參數(shù)和溫度是有著必然聯(lián)系的,因此可以通過(guò)檢測(cè)熒光強(qiáng)度來(lái)測(cè)試溫度。
四、電力系統(tǒng)中常用的幾種光纖溫度傳感器
1.熱輻射光纖高溫傳感器
它的原理是黑體輻射定律,物質(zhì)受熱時(shí)會(huì)發(fā)出一定的熱輻射,輻射量的大小取決于該物質(zhì)的溫度和材料的輻射系數(shù)。當(dāng)溫度為230℃時(shí),理想黑體開始出現(xiàn)暗紅色輻射,亮度隨著溫度的增加而增強(qiáng)。光纖熱輻射高溫傳感器由高溫探頭,高低溫光纖耦合器,信號(hào)檢測(cè)和處理系統(tǒng)組成。當(dāng)它被放于被測(cè)溫度場(chǎng)中,黑體腔通過(guò)開口處向外輻射能量,輻射能量經(jīng)過(guò)高低溫光纖耦合器后,由低溫低損耗光纖傳輸?shù)叫盘?hào)檢測(cè)系統(tǒng)和處理系統(tǒng)。
2.半導(dǎo)體吸收式溫度傳感器
這種傳感器的基本原理是利用有些半導(dǎo)體物質(zhì)(如GaAs)具有極陡的吸收光譜,波長(zhǎng)與吸收端長(zhǎng)的光可透過(guò)半導(dǎo)體,短的則被吸收。當(dāng)溫度升高時(shí),本征吸收波長(zhǎng)變大,透射率曲線向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng),但形狀不變;反之,當(dāng)溫度降低時(shí),本征吸收波長(zhǎng)變小,透射率曲線保持形狀不變而向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。當(dāng)光源的光譜輻射強(qiáng)度不變時(shí),GaAs總透射率就隨其溫度發(fā)生變化,溫度越高,總透射率越低。通過(guò)測(cè)量透過(guò)GaAs的光的強(qiáng)弱即可達(dá)到測(cè)溫的目的。通過(guò)研磨拋光將GaAs加工成很薄的薄片,其入射光和出射光用光纖耦合,這就是半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器的基本原理。
3.光纖熒光溫度傳感器
當(dāng)物體受到光或放射線照射時(shí),其原子便處于受激狀態(tài)。當(dāng)原子回復(fù)至初始狀態(tài)時(shí)隨機(jī)發(fā)出熒光,且熒光的強(qiáng)度和輻射光的能量成正比,根據(jù)熒光的強(qiáng)度可以檢測(cè)溫度。而激勵(lì)撤消后,熒光余暉的持續(xù)性取決于熒光物質(zhì)特性、環(huán)境溫度等因素,這種受激發(fā)熒光通常是按指數(shù)方式衰減的,我們稱衰減的時(shí)間常數(shù)為熒光壽命或熒光余暉時(shí)間。我們發(fā)現(xiàn),在不同的環(huán)境溫度下,熒光余暉衰減也不同。因此也通過(guò)測(cè)量熒光余暉壽命的長(zhǎng)短,來(lái)檢測(cè)當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度。
五、光纖溫度傳感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
1.利用法拉第效應(yīng)的光纖電流(磁場(chǎng))傳感器
根據(jù)法拉第效應(yīng),由電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)引起在該磁場(chǎng)中的光纖(或法拉第晶體)中線偏振光的旋轉(zhuǎn),監(jiān)測(cè)偏轉(zhuǎn)角的大小可以得到對(duì)應(yīng)的電流(磁場(chǎng))數(shù)值。而利用法拉第效應(yīng)的光纖電流(磁場(chǎng))傳感器,其使得信息在傳輸過(guò)程中,光從激光器發(fā)出的激光束經(jīng)起偏器變成線偏振光,再經(jīng)顯微物鏡聚焦耦合到單模光纖中。單模光纖繞在高壓載流導(dǎo)體(或套在等離子束流)上。經(jīng)信號(hào)處理系統(tǒng)處理,得到與被電流(磁場(chǎng))有關(guān)的信號(hào)。相對(duì)于傳統(tǒng)的傳輸方式而言,光纖電流(磁場(chǎng))傳感器其無(wú)疑大大提升了信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性與安全性,并且借助于光纖技術(shù)本身的測(cè)量范圍大以及響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì),使得本身的使用效率以及監(jiān)測(cè)結(jié)果得到了顯著地提升。
2.光纖傳感器在我國(guó)電力系統(tǒng)光纜監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
電力系統(tǒng)光纜種類繁多,加之我國(guó)地域廣闊,各地環(huán)境差異很大,不同的地貌因素以及天氣自然狀況對(duì)于光纜本身的要求也存在一定的差異性。并且部分高山地區(qū)或是雷電多發(fā)地區(qū),其本身的強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)無(wú)疑會(huì)感染到信息的傳輸以及傳感器本身對(duì)于電纜的監(jiān)測(cè)狀況。其雖然能夠取代傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)所帶來(lái)成本負(fù)擔(dān),提升了傳統(tǒng)光纜監(jiān)測(cè)效率,但是其本身對(duì)于環(huán)境要求較高,特別是瑞利散射光基本不受溫度和應(yīng)力等外界條件的影響,由此也降低了在實(shí)際應(yīng)用的效果。
3.光纖傳感器在高壓電纜溫度和應(yīng)變測(cè)量中的應(yīng)用
在我國(guó)由于整體技術(shù)上不太成熟,僅僅是小范圍的使用,并沒(méi)有充分在全國(guó)各個(gè)區(qū)域充分實(shí)施與鋪開。聯(lián)系到我國(guó)南方地區(qū)所遭受到的雪災(zāi)來(lái)考慮,若能夠在當(dāng)時(shí)就應(yīng)用現(xiàn)有的分布式光纖傳感技術(shù)無(wú)疑能夠在如此惡劣的條件下,對(duì)于電纜系統(tǒng)進(jìn)行切實(shí)有效的監(jiān)測(cè),從而能夠?qū)Υ嬖诠收系碾娎|在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)以及維修,從而第一時(shí)間避免了故障所帶來(lái)的后續(xù)危害性,更好的保證了整體電纜系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和有效性,由此可見光纖傳感器在電力系統(tǒng)將具有廣泛的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。
六、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)光纖溫度傳感器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)狀的相關(guān)研究,我們可以發(fā)現(xiàn),得益于光纖溫度傳感器的多重優(yōu)勢(shì)特點(diǎn),其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用還是較為深刻的,有關(guān)人員應(yīng)該從電力系統(tǒng)的客觀實(shí)際出發(fā),制定最為優(yōu)化的運(yùn)用方案。
參考文獻(xiàn)
中圖分類號(hào):TN918.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2017)01-0036-02
信息科技的發(fā)展為人類帶來(lái)無(wú)限機(jī)遇的同時(shí),隱患也隨之而來(lái),且諸多企業(yè)的通信與信息機(jī)房共用,對(duì)固有的信息與通信設(shè)備,原有的普通柜子不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)狀況,亦不能監(jiān)控溫度。因此本次研究?jī)?nèi)容包括以實(shí)現(xiàn)有軌平臺(tái)操作為目標(biāo)的柜內(nèi)視頻監(jiān)控、帶有自動(dòng)微電子空調(diào)與新風(fēng)系統(tǒng),當(dāng)柜內(nèi)空調(diào)停止運(yùn)行時(shí),自動(dòng)啟動(dòng)新風(fēng)系統(tǒng)、對(duì)柜內(nèi)電源進(jìn)行電壓、電流、負(fù)載等的智能控制、防止非法入侵的智能門禁控制等。
1 信息通信綜合智能柜的功能
通過(guò)智能軟件實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、環(huán)境溫濕度采集、報(bào)警信號(hào)接入、空調(diào)、門禁等電控設(shè)備,可以順利實(shí)現(xiàn)視頻、智能識(shí)別和監(jiān)視目標(biāo)的行為分析功能。
針對(duì)信息通信綜合智能柜,擬通過(guò)對(duì)柜內(nèi)的部分開關(guān)進(jìn)行改造,以滿足信息、通信自動(dòng)化的要求,提高了供電可靠性;實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)信息可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);并可進(jìn)行視頻功能實(shí)時(shí)視頻、監(jiān)控;配置門池報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)有效防盜;柜內(nèi)小空調(diào)內(nèi)置環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊柜體易維護(hù)、易操作;柜內(nèi)環(huán)境恒溫設(shè)計(jì)有效提高柜內(nèi)設(shè)備使用壽命。
2 信息通信綜合智能柜的優(yōu)勢(shì)
2.1 正確的故障判斷與信息采集
信息通信綜合智能柜對(duì)于故障判斷和信息的采集具有十分敏銳的優(yōu)勢(shì),究其原因,在于其具備以下優(yōu)勢(shì)。
首先,信息通信綜合智能柜可通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)及柜內(nèi)開關(guān)控制,實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)視頻監(jiān)控有軌平臺(tái)操作。相較于硬盤的錄像技術(shù),該智能柜采用了視頻組態(tài)的新技術(shù),各個(gè)通道的圖像能夠以控件的形式插入隨意的某個(gè)界面,這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于大型的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō),最終是以電子地圖的形式來(lái)加以呈現(xiàn),能夠方便工作人員對(duì)柜內(nèi)的數(shù)據(jù)與圖像進(jìn)行集中管理。此外,新技術(shù)將閉路監(jiān)控與動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控合二為一,因此圖像和動(dòng)力環(huán)境的聯(lián)動(dòng)控制也能夠順利實(shí)現(xiàn)。
其次,信息通信綜合智能柜可通過(guò)在柜內(nèi)內(nèi)置環(huán)境檢測(cè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)電源智能控制,有效檢測(cè)系統(tǒng)的短路故障,可采集柜內(nèi)的電壓、電流等變量、環(huán)境溫濕度、報(bào)警信號(hào)接入、空調(diào)、門禁柜內(nèi)環(huán)境信息等,實(shí)現(xiàn)故障自管理功能,包括電壓、電流、溫度、風(fēng)機(jī)、模塊、高低溫功能,同時(shí)檢測(cè)模塊將環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至中心站,供監(jiān)控用,使工作人員的效率得以提高。
第三,信息通信綜合智能柜可通過(guò)軟、硬件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng),當(dāng)柜內(nèi)空調(diào)出現(xiàn)故障時(shí),柜內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)新風(fēng)系統(tǒng),以保證柜內(nèi)設(shè)備正常運(yùn)行,更進(jìn)一步保障了柜內(nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行,提高了柜內(nèi)的使用壽命。
第四,信息通信綜合智能柜可通過(guò)在屏柜內(nèi)置直流驅(qū)動(dòng)精密半導(dǎo)體空調(diào),實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)自動(dòng)微電子空調(diào)控制,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)的溫濕度調(diào)節(jié)和微電子空調(diào)控制,保證柜內(nèi)環(huán)境恒溫恒濕,減少了柜內(nèi)故障。
最后,信息通信綜合智能柜通過(guò)對(duì)柜門改造,實(shí)現(xiàn)柜門聯(lián)動(dòng)門池報(bào)警功能,進(jìn)行有效防盜。
2.2 環(huán)境檢測(cè)模塊
屏柜內(nèi)置直流驅(qū)動(dòng)精密半導(dǎo)體空調(diào),可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)的溫濕度調(diào)節(jié),保證柜內(nèi)環(huán)境恒溫恒濕。環(huán)境檢測(cè)模塊集成于半導(dǎo)體空調(diào),實(shí)現(xiàn)了故障自管理功能,包括風(fēng)機(jī)、模塊、高低溫功能,同時(shí)檢測(cè)模塊將環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至中心站,供監(jiān)控用。
信息通信綜合智能柜提供標(biāo)準(zhǔn)RS232和RS485接口,可直接連接串口設(shè)備;提供功能強(qiáng)大的中心管理軟件,方便設(shè)備管理;具有短信與撥號(hào)兩種工作模式,使用更加方便,靈活;系統(tǒng)配置和維護(hù)接口,支持串口軟件升級(jí)和遠(yuǎn)程維護(hù);可擴(kuò)展視頻數(shù)據(jù)提供了簡(jiǎn)便的檢測(cè)FTU通訊口和數(shù)據(jù)檢測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)。
3 信息通信綜合智能柜的供電配件
信息通信綜合智能柜采用質(zhì)量?jī)?yōu)秀的電源配件,支撐上述諸多優(yōu)勢(shì)的長(zhǎng)時(shí)間耗電,使其順利完成通信與信息功能。
3.1 充電式模塊電源
該電源具有體積小,轉(zhuǎn)換效率高,性能穩(wěn)定,原副邊隔離,隔離強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。本產(chǎn)品電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng),220V標(biāo)稱輸入,可在較寬輸入電壓范圍內(nèi)工作。另外,本產(chǎn)品具有智能充電功能,可對(duì)外接的24V電池充電,在交流斷電時(shí)電池可不間斷的對(duì)負(fù)載供電,顯示電源狀態(tài),具有防止電池過(guò)放電的保護(hù)功能;也具備電池活化功能,手動(dòng)或通過(guò)外部信號(hào)自動(dòng)對(duì)電池進(jìn)行活化維護(hù)。
3.2 蓄電池
根據(jù)浙電生字[2012]20號(hào)文 浙江省電力公司配電自動(dòng)化終端技術(shù)規(guī)范(試行)推薦,本項(xiàng)目選用蓄電池型號(hào)為日本湯淺電池 NP7-12,參考重量約2.55kg,使用壽命約為5年。耐過(guò)充電性好,25攝氏度,完全充電狀態(tài)的電池0.1CA充電48小時(shí),容量維持率在95%以上。耐大電流性好,完全充電狀態(tài)的電池2CA放電5分鐘或10CA放電5秒鐘。機(jī)柜內(nèi)部外部可以實(shí)現(xiàn)完全密封,達(dá)到IP56以上,確保機(jī)柜內(nèi)部電子設(shè)備得到完好保護(hù),具有故障自檢測(cè)自管理功能,低壓、過(guò)壓保護(hù)功能。通過(guò)PWM調(diào)制控制,內(nèi)部溫度可以達(dá)到±0.5℃控制精度。半導(dǎo)體制冷器不含運(yùn)動(dòng)部件,沒(méi)有壓縮機(jī)和制冷劑,環(huán)保、高效、COP效率(制熱能效比)可以達(dá)到0.8。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述,在研究信息通信綜合智能柜的過(guò)程中,部門人員始終以提高通信運(yùn)維的效率和水平為目標(biāo),擬通過(guò)對(duì)柜內(nèi)的部分開關(guān)進(jìn)行改造,以滿足信息、通信自動(dòng)化的要求,提高供電可靠性;實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)信息可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并可進(jìn)行視頻功能實(shí)時(shí)監(jiān)控;配置門池報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)有效防操作,柜內(nèi)小空調(diào)內(nèi)置環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊,柜內(nèi)環(huán)境恒溫設(shè)計(jì)有效提高柜內(nèi)設(shè)備使用壽命,雙網(wǎng)絡(luò)切換平臺(tái)功能的增設(shè)更是大大增加了其功能性。
參考文獻(xiàn):
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中圖分類號(hào): TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-0432(2011)-04-0278-2
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,現(xiàn)代化養(yǎng)雞對(duì)溫度控制要求也越來(lái)越高。而傳統(tǒng)的測(cè)溫電路,其精度比較低,電路也比較復(fù)雜,要求工人工作主動(dòng)性比較高,智能性較差,同時(shí)需要進(jìn)行溫度的校準(zhǔn)、補(bǔ)償,并且體積較大,使用不方便,在很大程度上影響了現(xiàn)代化養(yǎng)雞現(xiàn)場(chǎng)溫度控制的實(shí)際需要。為滿足現(xiàn)代化養(yǎng)雞的需要,設(shè)計(jì)出數(shù)字溫度測(cè)量、保存、控制溫度系統(tǒng)已經(jīng)是很迫切的問(wèn)題之一。
1 總體方案設(shè)計(jì)
溫度檢測(cè)系統(tǒng)有其共同的特點(diǎn):環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室較遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集信號(hào),則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路,才能把傳感器輸出模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。然而,由于雞舍環(huán)境比較復(fù)雜,各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差;信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾影響,會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。那么如何解決現(xiàn)代化養(yǎng)雞舍的這些問(wèn)題,就成為了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
1.1 方案選擇
設(shè)計(jì)方案一:利用DS18B20和單片機(jī)完成實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
DS18B20是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字式溫度計(jì)芯片,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不需外接元件,采用一根I/O數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可由用戶設(shè)置溫度報(bào)警界限等特點(diǎn),可廣泛用于食品庫(kù)、冷庫(kù)、糧庫(kù)等需要控制溫度的地方。但是在惡劣的環(huán)境下其受到的影響較大,出現(xiàn)檢測(cè)精度不高,容易受到干擾的毛病。
設(shè)計(jì)方案二:利用AD7416和單片機(jī)完成實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
在溫度測(cè)量系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,而為了獲得較高的測(cè)溫精度,就必須采取措施解決由長(zhǎng)線傳輸,多點(diǎn)測(cè)量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問(wèn)題。采用數(shù)字溫度芯片AD7416進(jìn)行溫度測(cè)量,輸出信號(hào)全數(shù)字化,便于單片機(jī)處理及控制,省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多電路。切該芯片的物理化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,能用作工業(yè)測(cè)溫元件。AD7416的最大特點(diǎn)之一,就是采用了I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,由數(shù)字溫度測(cè)量芯片AD7416和AT89C51構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,直接輸出數(shù)字信號(hào)。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單,輕松組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。
綜上所述,選擇設(shè)計(jì)方案二。
2 溫度控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1 AD7416的概述及應(yīng)用
AD7416是美國(guó)模擬器件公司(ADI)出品的單機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)集成電路,其內(nèi)部包括溫度傳感器和10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,可將感應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換為0.25℃,量化間隔的數(shù)字信號(hào)。用數(shù)字溫度傳感器AD7416設(shè)計(jì)各種控制系統(tǒng),體積小、功耗低、編程簡(jiǎn)單操作方便。芯片帶有自動(dòng)比較、可編程控制輸出端OTI,另外,AD7416功耗低,可以編程控制工作與休眠狀態(tài)的切換,在低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也有廣泛應(yīng)用。
該設(shè)計(jì)用到的溫堪檢測(cè)芯片為 AD7416。AD7416是美國(guó)模擬器件公司(ADI)出品的單機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)集成電路,其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和10位模數(shù)傳感器,具有8引腳SO-8和RM-8封裝形式。測(cè)溫分辨率可達(dá)0.25℃可以進(jìn)行高/低溫度門限的設(shè)置,具有l(wèi)2C總線接口等特點(diǎn),是LM75的升級(jí)替代產(chǎn)品。
AD7416 可進(jìn)行該多級(jí)聯(lián)8片芯片,組成多回路溫度檢測(cè)系統(tǒng)。測(cè)量溫度范圍為-55℃~+125℃。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量,如:環(huán)境控制、設(shè)備過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。
2.2 AD7416接口應(yīng)用
系統(tǒng)中AD7416部分硬件原理圖如圖1所示,A2、A1、A0接低電平,在八位地址中,高四位為1001表示選中7416,次三位為A2、A1、A0表示的地址,最低位表示讀寫,所以應(yīng)用中AD7416 的寫地址為10010010B,讀地址為10010011B。本例中僅使用AD7416進(jìn)行測(cè)量溫度,OTI懸空,沒(méi)有利用。串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)總線對(duì)應(yīng)連接處理器的時(shí)鐘、數(shù)據(jù)總線端口。
2.3 主控電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)選用STC89C51,可以代替AT89C51,功能更強(qiáng),速度更快,壽命更長(zhǎng),價(jià)格更低。外型:40個(gè)引腳,雙列直插DIP-40。STC89C51可以完成ISP在線編程功能,而AT89C51則不能。STC推出的系列51單片機(jī)芯片是全面兼容其他51單片機(jī)的,而51單片機(jī)是主流大軍,每一個(gè)高等院校、普通學(xué)校、網(wǎng)站、業(yè)余單片機(jī)培訓(xùn)都是以51單片機(jī)為入門教材的,所以,教材最多,例子最多。STC89C51內(nèi)部有EEPROM,可以在程序中修改,斷電不丟失。還增加了兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí),等等。
2.4 報(bào)警硬件電路設(shè)計(jì)
任何系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí),都必須考慮到系統(tǒng)不能按照人們預(yù)期的模式工作時(shí),怎樣才能提醒操作人員。通常情況下設(shè)計(jì)者會(huì)考慮使用蜂鳴器或者發(fā)光二極管,該設(shè)計(jì)采用發(fā)光二極管來(lái)提示操作人員,系統(tǒng)采集到的實(shí)時(shí)溫度已超出所設(shè)定的高低溫門限值系統(tǒng)報(bào)警電路圖。
當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí),LED3被點(diǎn)亮,說(shuō)明AD716采集到的實(shí)時(shí)溫度在高低門限值之間。
當(dāng)溫度采集芯片AD7416采集到的實(shí)時(shí)溫度超出程序所設(shè)定的高溫門限時(shí),LEDI被點(diǎn)亮,蜂鳴器響起,提醒雞舍工作人員超出設(shè)定溫度,需要開啟風(fēng)機(jī)。
當(dāng)溫度采集芯片AD7416采集到的實(shí)時(shí)度超出程序所設(shè)的低門限值時(shí),LED2被點(diǎn)亮,蜂鳴器響起,提醒雞舍工作人員超出設(shè)定溫度,需要給爐子加煤提高雞舍內(nèi)溫度。
3 溫度控制器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn).。在單片機(jī)系統(tǒng)中,硬件與軟件緊密結(jié)合,由于硬件電路的設(shè)計(jì)不具有通用性,所以必須根據(jù)具體的硬件電路來(lái)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的軟件,硬件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計(jì)的難易,軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣又直接影響到硬件的發(fā)揮。在很多時(shí)候,軟件可以替代硬件的功能,當(dāng)然,需要付出額外占用CPU時(shí)間的代價(jià)。
軟件程序的設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件電路圈的連接和各個(gè)元器件的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。編寫軟件時(shí),可以根據(jù)各個(gè)程序的功能將軟件細(xì)分為各個(gè)功能模塊,再通過(guò)主程序的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)按整體功能可分成多個(gè)不同的模塊,有主程序、定時(shí)器中斷服務(wù)子程序、溫度采樣子程序、顯示子程序等模塊。然后將各個(gè)模塊裝配聯(lián)調(diào),組成完整的軟件。
3.1 主程序部分
該軟件設(shè)計(jì)的主要思想是首先把溫度傳感器采集出來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),然后再將該數(shù)信號(hào)送往8位7段LED 進(jìn)行顯示。根據(jù)硬件電路圖的連接和各個(gè)元器件的功能進(jìn)行系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì),首先我們要解決的是系統(tǒng)主流程圖的設(shè)計(jì),下面就對(duì)系統(tǒng)主程序進(jìn)行詳細(xì)介紹。系統(tǒng)主流程圖如圖1所示:
圖1
3.2 定時(shí)器設(shè)計(jì)
單片機(jī)上電復(fù)位后,首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化,如對(duì)定時(shí)器T0、數(shù)字溫度芯片AD741進(jìn)行初始化。初始化完成后,調(diào)用顯示子程序進(jìn)行顯示;調(diào)用鍵盤掃描子程序判斷是否有按鍵按下;判斷10秒定時(shí)標(biāo)志位是否置位,未置位則繼續(xù)顯示當(dāng)前溫度值;置位則調(diào)用溫度采樣子程序進(jìn)行溫段采集和數(shù)據(jù)處理,同時(shí)將10秒定時(shí)標(biāo)志位清零。
STC89S51芯片內(nèi)含有兩個(gè)可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,分別稱為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1。它們都是16位加法計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu),分別由THo(地址8CH)和TLo (8AH)及THI(8DH)和TLI(8DH)兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器組成。這四個(gè)計(jì)數(shù)器屬專業(yè)計(jì)數(shù)器之列。
定時(shí)功能是通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自單片機(jī)的內(nèi)部,即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖,也就是每個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器加1,而一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩脈沖周期。所以,定時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12。以l2MHz為例,計(jì)數(shù)頻率為lMHz, 即每微秒計(jì)數(shù)器加1。
程序如下:
void t0_int() interrupt 1 using 1
{ TH0 = def_th0;
TL0 = def_tl0;
t1ms_cnt1++;
dis_cnt++;
readdata_time++;
………………………….
3.3 用戶使用
根據(jù)雞舍溫度的環(huán)境需要,用戶可以通過(guò)控制器的按鍵對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),如采樣時(shí)間,高低溫報(bào)警溫度等。雞舍溫度控制器通過(guò)設(shè)置好的參數(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采集溫度,保存溫度實(shí)現(xiàn)了對(duì)雞舍溫度的監(jiān)測(cè),控制。如圖2所示。
圖2
4 結(jié)束語(yǔ)
本課題研究的根本思想是硬件電路的搭建和軟件的編程思想,由理論來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐.并從實(shí)踐中完善理論。本次設(shè)計(jì)以數(shù)字溫度芯片AD7416和單片機(jī)STC89C51構(gòu)成數(shù)字溫度測(cè)量系統(tǒng),以數(shù)字溫度芯片的高集成化來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜性;以單片機(jī)較強(qiáng)的處理問(wèn)題的能力來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的快速性,從而使得其應(yīng)用領(lǐng)域也在迅速擴(kuò)大。
通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的深入認(rèn)識(shí)后,可以知道溫度測(cè)量裝置性能的優(yōu)劣 要取決于采用的傳感器元件和處理電路的性能。過(guò)去多采用單片的溫度傳感器,例如Pt100、AD590,這些芯片不僅體積大,而且輸出的信號(hào)都是模擬信號(hào),必須要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才可以被處理器識(shí)別。而且沒(méi)有數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)功能。這使得溫度測(cè)量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。而AD7416智能數(shù)字溫度傳感器稱積小、數(shù)字化、精度高、接線簡(jiǎn)單,可以在多種溫度測(cè)量場(chǎng)合代替?zhèn)鹘y(tǒng)的溫度傳感器,因此采用數(shù)字溫度傳感器AD7416和處理芯片STC89S51具有良好的技術(shù)指標(biāo),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雞舍溫度的采樣、處理及控制。
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中圖分類號(hào):TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2014)07(b)-0031-01
KDF2搭口膠原機(jī)采用熱溶膠,冷卻搭口。根據(jù)用戶及市場(chǎng)調(diào)研情況了解到,由于環(huán)境溫度、濕度等因素影響,生產(chǎn)的濾嘴棒如果長(zhǎng)期存放,容易出現(xiàn)搭口暴口,粘接不牢等現(xiàn)象。另外就是在生產(chǎn)特殊濾棒時(shí)熱溶膠粘接不牢也會(huì)出現(xiàn)暴口現(xiàn)象。針對(duì)這種情況,結(jié)合卷煙機(jī)卷煙的搭口用膠情況,特開發(fā)了一種KDF2熱熔膠改冷膠(白乳膠)的電控系統(tǒng),該系統(tǒng)具有較高的靈活性與通用性,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便,可以廣泛應(yīng)用于目前主流的KDF2濾嘴成型機(jī)(見圖1、圖2)。
1 系統(tǒng)機(jī)械部分的實(shí)現(xiàn)
(1)保留KDF2熱膠煙槍成型部分,改造冷卻壓條機(jī)構(gòu)。如圖1:將原冷卻壓條減短后改成低溫弧型烙鐵。同時(shí)安裝支架也減短,并延用原結(jié)構(gòu)形式,仍采用原叉架結(jié)構(gòu),向右側(cè)平移一段距離安裝。同時(shí)保證原機(jī)直徑控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),即保留濾嘴棒直徑控制功能。(2)增加第二烙鐵總成,其功能是對(duì)濾嘴棒封口膠進(jìn)行快速烘干定型。第二烙鐵采用PROTOS70卷煙機(jī)的結(jié)構(gòu)模式,安裝在成型煙熗的后段,并采用氣動(dòng)自動(dòng)升降控制。(3)去掉原機(jī)的熱膠箱、熱膠泵總成,及加熱控制功能,在此位置增加一套冷膠箱、冷膠泵總成。即YL22-149部分。傳動(dòng)不變。(4)噴膠嘴組件采用KDF4的冷卻噴膠嘴組件,安裝在原機(jī)熱熔膠噴膠嘴位置。為卷包紙搭口供膠。(5)為保證搭口可靠,在供低系統(tǒng)供膠前增加一套膠前加熱裝置,對(duì)卷包紙進(jìn)行膠前預(yù)加熱。結(jié)構(gòu)采用PASSIM卷煙機(jī)水松紙膠前加熱機(jī)構(gòu)。便于更快的吸收膠中水分,易粘接牢靠。
2 系統(tǒng)電氣部分的實(shí)現(xiàn)
取消原熱溶膠加熱控制部分,及冷卻壓條的冷卻水循環(huán)系統(tǒng),增加一套獨(dú)立的電控系統(tǒng)。改電控控制功能為:精確的控制第二烙鐵(高溫烙鐵),直徑控制烙鐵(低溫烙鐵)的溫度;控制膠前加熱器的溫度,同時(shí)根據(jù)實(shí)際溫度及設(shè)定的溫度給出是否允許開機(jī)的信號(hào),實(shí)現(xiàn)烙鐵的動(dòng)作控制。
系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成:
(1)高溫烙鐵(功率600瓦帶PT100電阻);(2)低溫烙鐵(功率600瓦帶PT100電阻);(3)膠前烙鐵(功率2×220瓦帶PT100電阻);(4)高溫烙鐵動(dòng)作的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器件(固態(tài)繼電器等);(5)低溫烙鐵到位傳感器;(6)PLC控制系統(tǒng)(4路模擬量輸入、10路輸出、4路輸入);(7)人機(jī)交互界面(設(shè)定烙鐵的溫度等參數(shù))。
3 系統(tǒng)的工作原理
溫度控制工作過(guò)程:上電后,PLC根據(jù)人機(jī)交互界面設(shè)定的溫度,將各個(gè)烙鐵加熱到設(shè)定溫度。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí),輸出開機(jī)允許信號(hào)高電平給KDF2,此時(shí)允許KDF2開機(jī)。若是溫度達(dá)不到設(shè)定溫度,則開機(jī)允許信號(hào)輸出低電平給KDF2,此時(shí)不允許開機(jī)。
高低溫烙鐵的控制工作過(guò)程:KDF2開機(jī)后,手動(dòng)按下低溫烙鐵,此時(shí)低溫烙鐵檢測(cè)到位。若是PLC同時(shí)檢測(cè)到低溫烙鐵到位且煙條信號(hào)B4有信號(hào),則根據(jù)設(shè)定的時(shí)間延時(shí)放下高溫烙鐵。工作中若是檢測(cè)不到低溫烙鐵到位且煙條有信號(hào),則控制抬起高溫烙鐵。
4 結(jié)語(yǔ)
中圖分類號(hào)TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2013)83-0210-02
1 HALT技術(shù)介紹
HALT的工作原理是按照一定的規(guī)范程序?qū)Ξa(chǎn)品逐漸的施加應(yīng)力,直到產(chǎn)品應(yīng)力超過(guò)了其承受極限從而暴露出相應(yīng)的故障。HALT主要是運(yùn)用故障物理學(xué)來(lái)作為一種激發(fā)出產(chǎn)品故障的模式,它是將產(chǎn)品在超過(guò)了其承受的應(yīng)力極限時(shí)失效作為主要的研究對(duì)象,從而找出它的缺陷來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的整改,提高產(chǎn)品的質(zhì)量。另外在進(jìn)行HALT實(shí)驗(yàn)時(shí),還可以還可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試,從而提高產(chǎn)品的測(cè)試性
2 HALT的原理特點(diǎn)
2.1 HALT技術(shù)原理
HALT技術(shù)主要原理是通過(guò)步進(jìn)(或叫階梯)增加應(yīng)力的方式來(lái)找出或者說(shuō)確定所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的“工作極限”和“破壞極限”,這里所說(shuō)的應(yīng)力包括環(huán)境應(yīng)力(如高低溫、振動(dòng)、溫度循環(huán)以及溫度和振動(dòng)綜合)和工作應(yīng)力(如電源通斷、電壓拉偏、非正常負(fù)荷以及電壓和頻率邊際測(cè)試等)。
如上圖所示,產(chǎn)品的工作極限指的是在HALT加速試驗(yàn)中,施加的環(huán)境應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了該產(chǎn)品能承受的最大應(yīng)力,從而使產(chǎn)品發(fā)生了故障,不能進(jìn)行正常的工作,但是一旦將實(shí)驗(yàn)停止環(huán)境應(yīng)力恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)值以后,產(chǎn)品又能進(jìn)行正常工作的情況。而產(chǎn)品還有破壞極限,顧名思義,就是在環(huán)境應(yīng)力大大超過(guò)豈能承受的最大范圍時(shí),產(chǎn)品遭到了破壞,停止工作,就算應(yīng)力恢復(fù)到正常值一樣不能工作,受到了徹底的破壞。
在HALT中對(duì)產(chǎn)品施加環(huán)境應(yīng)力時(shí)還可以通過(guò)溫度來(lái)進(jìn)行,它的工作原理主要是運(yùn)用高熱應(yīng)力和熱疲勞輪流施加在產(chǎn)品上,使產(chǎn)品的物理性質(zhì)受到破壞。特別是在電子產(chǎn)品中,因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品種類繁多,其制造的材料也都大不相同,所在產(chǎn)品在進(jìn)行HALT時(shí)承受了高低溫從不同方向襲來(lái)的熱應(yīng)力,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,從而暴露出產(chǎn)品的缺陷。
2.2 HALT技術(shù)特點(diǎn)
HALT是以逐漸遞增的形式來(lái)對(duì)產(chǎn)品施加環(huán)境應(yīng)力以及工作應(yīng)力的,并在在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)要不斷對(duì)施加的的應(yīng)力進(jìn)行提高,從而使產(chǎn)品發(fā)生故障蠻好從故障中找出產(chǎn)品的缺陷。而HALT中對(duì)產(chǎn)品施加應(yīng)力后產(chǎn)品出現(xiàn)的失效情況是通過(guò)超過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的最大環(huán)境應(yīng)力承受度來(lái)激發(fā)出來(lái)的,并且這些是小的情況都是產(chǎn)品在實(shí)際的使用過(guò)程之中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題,如果不然,那么HALT試驗(yàn)就沒(méi)有多大的意義。
3 HALT以及測(cè)試性驗(yàn)證
HALT不僅試驗(yàn)時(shí)間(或周期)短,而且暴露的故障也很全面,并且在進(jìn)行HALT試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)品可能會(huì)出現(xiàn)的失效故障在實(shí)際使用過(guò)程中也會(huì)可能會(huì)出現(xiàn)的類似情況,這是因?yàn)镠ALT的工作原理就是將產(chǎn)品的故障暴露在人們的眼前,并且對(duì)這些故障進(jìn)行相關(guān)的解決與改善。因而,HALT和測(cè)試性驗(yàn)證是密不可分的。HALT現(xiàn)今適合于各種不同層級(jí)的帶有PCB控制板的電子產(chǎn)品中,一方面來(lái)說(shuō)HALT試驗(yàn)可以將產(chǎn)品的缺點(diǎn)有效地暴露,同時(shí)還能對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部的的BIT系統(tǒng)(內(nèi)部自檢)的故障有效地暴露,從而從根本上對(duì)產(chǎn)品的可靠性以及相關(guān)的測(cè)試性進(jìn)行提高。那么這樣一來(lái),在產(chǎn)品還處于設(shè)計(jì)階段時(shí),HALT就可以將BIT設(shè)計(jì)中所存在的一些問(wèn)題及時(shí)的發(fā)現(xiàn),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)工藝以及施工工藝的改進(jìn)。
3.1 HALT試驗(yàn)的同時(shí)必須對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行測(cè)試
當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)行HALT試驗(yàn)時(shí),就需要設(shè)定一個(gè)相對(duì)完善、健全的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)作為整個(gè)試驗(yàn)的技術(shù)支持。HALT試驗(yàn)與普通的鑒定試驗(yàn)有著極大的不同,所以當(dāng)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中就必須進(jìn)行相應(yīng)的性能測(cè)試以及功能測(cè)試,,并且對(duì)實(shí)件的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè),這個(gè)過(guò)程是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程,所以只有當(dāng)試驗(yàn)室有效地進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,才能對(duì)故障發(fā)生時(shí)的盈利水平及時(shí)準(zhǔn)確的獲取。
進(jìn)行實(shí)時(shí)的功能檢測(cè)一方面可以知道產(chǎn)品發(fā)生故障時(shí)的應(yīng)力水平,就可以對(duì)發(fā)生故障時(shí)具體的產(chǎn)品狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的掌握,其次再通過(guò)科學(xué)的分析,得到相關(guān)的改進(jìn)方案。另一方面來(lái)講,進(jìn)行實(shí)時(shí)的功能檢測(cè)還可以在試驗(yàn)的時(shí)間上一定程度的所見。如果試驗(yàn)結(jié)束以后才進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè),就很有可能出現(xiàn)整個(gè)HALT試驗(yàn)結(jié)束了而試驗(yàn)樣品還沒(méi)有發(fā)生故障,或是試驗(yàn)還沒(méi)有結(jié)束,試驗(yàn)樣品就因已經(jīng)發(fā)生故障而停止結(jié)束的情況。
但是,我們知道HALT方法并不能夠進(jìn)行提前的預(yù)知,因此,當(dāng)實(shí)際發(fā)生的故障數(shù)目無(wú)法被確定的時(shí)候。就可以通過(guò)等比例法對(duì)其進(jìn)行一定程度的壓縮,將HALT試驗(yàn)中實(shí)際發(fā)生的故障數(shù)轉(zhuǎn)化成測(cè)試性驗(yàn)證試驗(yàn)方案中要求的故障數(shù)。
若是故障數(shù)目沒(méi)有要求的多,這是不能按等比列來(lái)擴(kuò)大故障數(shù)的,因?yàn)楣收蠑?shù)太少就會(huì)帶來(lái)很大的波動(dòng)性。
5 結(jié)論
在對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行可靠性驗(yàn)證相關(guān)測(cè)試過(guò)程中,對(duì)于硬件本身的故障所引發(fā)的問(wèn)題,應(yīng)用HALT進(jìn)行試驗(yàn),無(wú)疑是最直接、最高效的試驗(yàn)方法之一。
隨著科技的發(fā)展以及人們對(duì)HALT技術(shù)的不斷探索研究,HALT技術(shù)將會(huì)更加成熟、更加廣泛地應(yīng)用于電子產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)乃至定型試驗(yàn)過(guò)程中,HALT試驗(yàn)最終將極大地提高電子產(chǎn)品整體的可靠性水平。
參考文獻(xiàn)
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