基于LABVIEW分布式温度监测软件的设计【文献综述】

毕业设计开题报告 测控技术与仪器 基于LABVIEW分布式温度监测软件的设计

1课题背景与意义 温度是个基本的物理量，它是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一，随着工业的不断发展，对温度测量的要求越来越高，而且测量范围也越来越广，合理的温度范围和准确的温度测量对提高产品的质量，产量，降低消耗，实现工业生产的自动化，均有积极的作用，因此温度的监测技术的研究具有重要的意义，目前的测温控制系统大都使用传统温度测量仪器，其功能大多都是由硬件或固化的软件来实现，而且只能通过厂家定义，设置，其功能和规格一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能，因此已不能适应现代化监测系统的要求，随新旧计算机技术的飞速发展，近几年美国国家仪器公司率先提出了虚拟仪器的概念，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改的模式，使测控仪器发生了巨大的变革，虚拟仪器技术提出了“软件即仪器”的仪器设计思想，是目前最为成功应用最广泛的虚拟仪器软件开发系统，它是一种基于G语言的32位编译型图形化编程语言，其图形化界面可以方便的进行虚拟仪器的开发，它可将计算机资源与仪器硬件，DSP技术结合，在系统内共享软硬件资源，用户可根据测试功能的需要，自己设计所需要的系统。

2温度检测方法和发展 Fahrenheit在1706年制造的水银温度计是温度测量的一个重要的里程碑，他在温度计上使用了三个温度固定点：水和氯化铵的混合物的温度为0华氏度，冰和水的混和物的温度为32华氏度，人体的温度为96华氏度，1742年，瑞典的A。Celius发明了一种新的水银玻璃温度计，他规定水的沸点为100摄氏度，冰的融化点是0摄氏度，在这两个固定点间，将温度计等分为100分，每份1摄氏度。

目前常用温度检测的方法有以下几种：平均升温法。工业上普遍采用的一种测量电抗器温度的方法，是平均升温法。该方法主要是利用电抗器断电后的绕阻电阻随时间的变化曲线，再外推求出断电瞬间的电阻值，然后利用平均升温计算公式进行计算，可以看出，此方法也只能测量电抗器的平均温升，而电抗器内部各点温升是不同的。

红外测温技术。红外温度连续监测系统是将一种非接触无源高精度红外温度传感器，安装在关心区域处的温度测量方法，采用红外线进行温度测量的关键器件是红外传感器，红外线传感器系统的组成，主要是由光学系统和辅助光学系统，光电转换器件，电信号入大处理和模数转换等部分组成，红外传感器工作原理，是通过接收目标物体发射，反射和传导的能量来测量其表面温度，探测元件将采集的能量信息输送到微处理器中进行处理，然后转换成温度读数输出。测温必须经过标定才能使它正确地显示出被测目标的温度，如果在使用中出现测温超差，则需要进行重新标定，由于传感器已将温度数据确定，若出现偏差，只能由单片机进行数据处理加以修正，给出正确的测量温度，红外测温装置具有故障率低，精确可靠的特点，这种温度测量方式也是一个趋势，目标和测温仪所在的环境条件如温度，污染等因素对测温的准确性产生影响。

利用变色测温贴片进行测量。这种测量方法是近几年才兴起的测温方法，变色测温贴片是一种能够随物体的变化而改变颜色并由此可以掌握物体温度变化的产品，在变压器测温中有所应用，这种产品的优点是：特别适合于普通温度计无法或难以测量的部件，外表面以及危及生命的环境中的物体，如晶体管，集成电路，化工反应罐，发动机轴承，导电母线，开关，接头，变压器等的温度测量，它具有如下优点：便于巡视检查，温度发生变化，就引起颜色变化，人们即可采取措施，避免事故的发生，产品轻巧，便于携带，安装简便，如带有不干胶的测温变色贴片，用时很方便，比较经济，在测量相同数目的测温点时，比其它测温工具节省费用，不过目前并不广泛。

采用光纤温度传感器进行测量。光纤传感器技术自从七十年代一出现，就在世界范围内得到迅猛发展，光纤传感技术具有光学敏感测量和光纤传输的许多优点，诸如，灵敏度高，无辐射干扰，电绝缘和抗电磁干扰性好，化学稳定性好，安全防爆以及重量轻，体积小，便于复用成网，易于实现远距离多通道的遥测与控制等，现在许多种类型的光纤传感器都已商业化并在生活，生产等各个领域得到大量应用。对电抗器在线温度的测量采用光纤温度传感器多采用分布式光纤温度传感器，现在，分布式光纤温度传感器在国外已广泛应用于实践。在国内，重庆大学，中国计量学院，浙江大学，北京理工大学，华中科技大学，北京航空航天大学等单位根据应用的需要，先后开展了分布式光纤温度传感器的研究，并且已有少量产品问世，但是，到目前为止，我国的光纤传感器研究仍然未完成由实验向产品化的过渡，很少有分布戒光纤温度传感器产品应用到实际生产和生活中。

3国内外发展状况

随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步，温度检测使

用的温度计或传感器种类繁多，应用范围也较广泛，在高科技领域，国内外专家都在有针对性的竞相开发各种新型温度传感器及特殊测量环境的测量技术。国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。

目前，国内对于温度监测系统的设计比较多，其中大致可分为基于单片机，光纤，虚拟仪器和PID控制器的，下面简单介绍下两个比较典型的温度监测系统的原理和功能。

1.基于LABVIEW的多点温度监测系统 基于LabVIEW开发平台设计的多点温度检测及控制系统的结构如图所示.系统采用多个 12wire 数字温度传感器DS18B20 测量系统的多点温度值 ,由 A T90S8515 单片机将检测信号传输到计算

机 ,通过计算机的 I/ O 接口与外部数据连接.当数据进入计算机后 ,在LabVIEW平台上 ,经数据处理子程序、 温度控制子程序输出系统控制信号 ,并通过计算机 I/ O 接口输出.输出信号驱动相应的驱动电路 ,分别控制加热电路及风扇电路 ,实现温度的实时监测和控制 ,同时在前面板实时输出温度和湿度控制曲线.通过前面板的温度设定窗口,可以实时改变系统温度的设定值 ,当温度和湿度超出上限或下限时 ,软件发出语音及光报警信号;当温度超出上限时,自动停止加热.此外 ,系统设有故障自动报警功能 ,如数据传输错误报警、 电源掉电报警、 传感器故障报警等报警机制.同时 ,系统提供历史数据回读、 历史数据打印功能 ,以便用户查看系统的历史状态.

2.基于光纤测温在线监测及预警系统 光纤温度测量的基本原理是： 利用一根光纤作为温度信息传导介质 ， 向光纤中发射一个光脉冲后，光纤中的每一个单 独的点都将后 向散 射一小部分 光，这一后向散射光包含有斯托克斯光 ( Stokes ) 和反斯托克斯光 ( An t i S tokes) 。其中，斯托克斯光与温度无关 ， 而反斯托克斯光的强度随温度的变化而变化.由反斯托克斯光与斯托克斯光之比和温度的定量关系,可得温度值T： 100)]ln(4)[ln(ffffIIk

fhT

Ass;式中：h为普朗克常数，K为玻尔兹曼常数，

sI为斯托克斯光强度；ASI为反斯托克斯光强度，0f为伴随光的频率；f为拉曼

光频率增量。 利用人射光和后向散射光之间的时间差it和光纤内的光传播速度kc， 可计算不同散射点距入射端的距离iX， 因而可以得到光纤沿程几乎连续的分布。iX 可按下式计算 ：2ikitcX；式中：kc为光纤中的光传播速度，it为后向散射延迟时间。 ESTMS（预警系统）是利用光纤测温原理针对电缆安全监控要求开发而成 的。ESTMS结构如图所示。

系统的工作机理是 ： 当电缆温度变化时， 紧贴在 电缆上的传感光缆的温度也相应变化。光缆 中光纤 所处空间各点的温度场调制了光纤 中后向散射光的强度， 经波分复用器将后 向散射光 中的斯托克斯光 和反斯托克斯光分离开 ，再由光电雪崩二极管和放大器分别对这两种光进行接 收放大处理， 然后经信号采集处理卡后，由DTS主计算机进行解调和数据 处理 ，将光缆各点温度信息实时地提取出来并存储 。由工控机对这些数据进 行管理 ， 以实现分析 、报警 、实时显示和查询等功能。

4总结以及发展方向

随着对生产效率的要求不断提高，对温度的监测要求也越来越高，融合现代

检测技术和控制理论的智能监测是当今温度监测的一大趋势，研究和开发适合场合多样化，测温对象多样化，监测设备数字化以及检测元件新型化是国内外研究的重点，根据上述要求，国内外温度的监测将向以下几个方面发展：

1 继续生产应用于广泛的传统温度检测元件，如：热电偶，热敏电阻等。 2 加强新原理，新材料，新工艺的开发，如近年来已开发的炭化硅薄膜热敏电阻温度检测器，厚膜，薄膜铂电阻温度检测器，硅单晶热敏电阻温度检测器等。

3 向智能化，集成化方向发展，不仅仅要具有检测功能，又要具有判断和指令等多功能，采用微机向智能化方向发展。

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