北京红外水分仪 非接触土壤湿度仪

【产品介绍】

1
第一章、概述

2
本水分仪为专业型红外水分仪。能为用户提供完整的配置方案。在本产品
中，我们使用了多项新技术、新工艺、以及在使用过程的易用及方便性方面
有了较大的提高，如：
■ 头部电路使用进口高速处理芯片及数字增益控制
■ 头部程序更智能化，并有状态指示灯
■ 全铸铝外壳，并可加装气冷装置
■ 控制器与上位机有更长的连接距离，更多通讯协议
■ 更多的配置方案
一、使用手册导读
对于到货还未安装的用户请先阅读第二章《安装手册》；第四章、一、结构配置以及
第五章、四、名词解释部分。
对于已经安装好，需要增加新测量对象的用户可阅读第三章《操作手册》；第四章、
四、11、通道复制、第四章、四、9、斜率、截距等相关内容
对于仪器出现故障请参考第四章、三、2、控制箱工作原理以及第四章、四、参数功
能介绍的相关内容。
对于水分仪维护人员要详细阅读第三章《操作手册》；第四章《技术手册》；第五章《附
录》的所有内容。

3
第二章、安装手册

4
一、 简要说明
在一般标准配置中，一个标准泡沫箱装2 个主要部件，它们分别是控制箱、探头；
以及一些附件，包括：说明书、合格证、头部与控制箱之间连线，以及头部吊装用的连接
件等，而控制箱与上位机之间的电缆，一般需根据实际需要用户自行配置。
1、 电磁兼容性
以下是EMC（电磁兼容性）性能安装的简要指南：
① 确保为系统提供“清洁”电源（仪器电源）；
② 把信号电缆安装在小电信号导线管中，总电源线安装在弱电电源导线管中；
③ 确保探头或系统的各个部分不靠近强电磁干扰源（EMI），例如：
A、 大马力电动机
B、 焊接设备
C、 强静电放电
D、 红外线炉
E、 微波炉
F、 大型变压器
G、 输送设备
H、 大功率控制电路
2、 开箱程序
该设备包装在特制的包装箱中。应保存此包装箱，如果需要把设备运送别处，用此
包装箱将能保障设备安全。
小心开箱并取出每一个部件。把每个部件放到一个干净的地方以备检查。检查各个
部件外部是否受损；插座是否干净；电缆是否破损或打结。
检查零件是否与装箱单所列项目一致，运输过程中是否有明显的外部损坏。如有遗
失或受损，请与公司联系。
3、 贮存
安装之前，把探头放在0℃～35℃的环境中并保持干燥。如有冷凝物产生，要配备干
燥剂。贮存过的设备，在安装之前应使其温度与环境温度一致。

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4、 安装注意事项
① 探头
探头的固定支架（用户自备，一般用门字型或 ┓型）或与固定支架连接的物
体不能受到明显振动并且良好的接地，否则会导致探头中的光源灯泡过早损坏。探
头必须安装在易于接近、便于维护的位置。
只有正确地安装设备并在适当的环境中使用，探头才能进行精确的测量。在检测过
程中，应确保探头平衡稳定才能连续测试有代表性的物料。
② 环境光
由于强自然光的照射会使探头的灵敏度降低，为此探头应避免强自然光照射。
由照明线路供电的人造光源，比如白炽灯和目光灯等的光线，不会对探头的检测产
生影响，因此允许正常照明。但是，光源不能直接照射到探头的玻璃窗口上。
③ 温度
使用温度为0℃～60℃，无强迫冷却时，探头能正常工作；当加水降温时，上限
工作温度可以提高。
④ 压缩空气
如果探头周围环境有灰尘和污物，须加压缩空气清洁，以防止污物、灰尘或其
它空气中的杂质污染窗口，影响测试的准确性。
进入清洁窗的空气必须保持干燥、清洁。否则，这会影响探头的测试精度。建
议气压保持在30p.s.i 流量为每分钟有2 升。
二、 头部安装
探头用于安装在被测量物料上方，安装高度是探头底边（不包括遮光筒）到物料距
离是250mm。
探头顶部的安装结构允许用户按实际情况在多个方向上进行安装。探头与控制箱之
间电缆标准配置为2.5 米/5 米两种规格。
1、 机械安装
安装于测量现场，要求探头到被测物料表面距离为250mm，物料的波动幅度小于±

6
50mm，物料波动大于±50mm 显示值将产生较大的波动。
对于蒸汽较大的工位需要加装空压器，空压器须经过减压及油气分离，气压为0.1～0.2MP。
对于非反射性产品（如混凝土）的测量，测试头的测量光束必须垂直的射向物品，以
使反射能量最大的返回到探测器。
直径34-42mm
图1、探头与遮光罩外观尺寸
图2、水分仪安装样例
用户自制、非必须

7
对于反射性较强的物品（如化工原料、药粉、纸张）的测量，测试头必须安装在与测
量物品成一个角度的位置，最适中的角度为17 度。如果测试点的下方为在无物料时反射
较强（如不锈钢板），则探头也需要调整角度已避免出现无料时有水分值显示的情况。
由于探头采用的是吊装方式，且吊装模块的方向可变，因此我们可以很方便的将水分
仪头部调整到需要的角度。
2、 电气连接
只需要将控制箱配好的一根2.5 米长的电缆1（有一个20 芯的插头）连接到水分仪的
头部即可。一般不允许随意改变电缆长度及电缆类型。如有特殊要求，需要单独定制。
水分仪头部电缆连接线可分为4 类，分别为灯电源、电机电源、电路电源、数字信号。
表格1：水分仪头部电缆接口定义
编号 内容
灯电源 1
2
2 芯白色对接插头，电压一般在5.8V 左右
电机电源 1
2
黑色对接插头，连接电机端为3 芯，电压一
般在110V 左右
1 数字电源（8V）
2 数字地（0V）
3 模拟正电源（+15V）
4 模拟地（0V）
头部电路电源（控制板P1）
5 模拟负电源（-15V）
1 头部串行口信号输出（TXD）
2 头部串行口信号输入（RXD）
3 头部串行口信号地（GND）
4 状态指示灯0
5 状态指示灯1
6 状态指示灯2
头部电路数字接口2
（控制板P2）
7 状态指示灯3
1
该电缆为一15 芯专用屏蔽电缆。
2
在控制箱内有该指示灯显示，其作用可参考附录中的相关介绍。

8
三、 控制箱安装
1、机械安装
控制箱应方便平时的观察
控制箱应方便平时的操作，如采样工作
控制箱为整个系统中的人机交换界面。头部的工作状态、信号的输出及控制箱本身
的显示3 均由控制箱内的CPU 处理。
由于控制箱与头部连线的标准配置为2.5 米或5 米，因此一般控制箱安装的位置
以方便观察及操作为宜。控制箱的安装方法：将控制箱放置在平稳的桌面上（需接地），
（确保机壳可靠接地，否则产生静电烧毁机器）。
2、 电气连接
在控制箱的后部，有一排接线孔，其中有些已经接好，有些需要在现场连接、有些
是预留的，用金属螺母密封。有下列连接线需要连接：
头部连接线（已配一15 芯专用电缆）
电源线（已配一3 芯电缆）
300
图3、控制箱外观尺寸
3
探制箱为数码管显示，对于数码管显示，需要进行显示扫描。

9
模拟信号线（现场连接）--黑色线：（-），红色线：（+）
上位机通讯线（现场连接）
控制箱内部的连接用户自行安装。需要注意的是：上位机（非标）的连接方式有多种，
“控制箱底板”上配有RS232 和RS422 选择跳线，用户可以根据实际情况选择合适的通讯
接口。
3、 通电调试
开机通电前先要检查输入电源是否合乎要求，开机后应显示“9999”“8888”----“1111”
然后显示测量水分。
一般情况下，在测量位置有物料的时候显示水分值，如果显示为一固定水分（上限或
下限）则可先观察探头是否有电压输出（在通讯正常的情况下），且输出值是否正常。
控制箱内有4 个头部状态指示发光二极管，用户可以通过观察其亮、灭情况判断是否
有故障。另有4 个电源状态指示灯表示控制箱的电源情况。具体情况分析可参考有关章节。
图4、控制箱连接示意图

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四、 上位机安装调试（选装、非标配）
上位机一般我们不推荐安装在现场。因为现场的粉尘将会影响操作；另外显示使用
液晶也比较娇嫩，同时，由于现场已有控制箱显示水分，并提供参数修改的操作，同时使
用上位机有一点多余。如果现场条件允许 ，用户也可选择类似“一机一头（图2）”的配
置方案。
上位机是用来远程监控水分仪的工作情况。上位机由用户自已配备，只要用户上位
机具有下列通讯接口之一：
● RS232 接口
● RS422 接口
● RS485 接口
同时上位机也具备数据输出功能，用户可使用下列接口从上位机读取信息。
● RS232 接口
● RS422 接口
● RS485 接口
● PROFIBUS 接口
● 以太网接口4
● 其它工业总线接口5
如果用户仅需要在远程观察水分的变化情况，可选用2 次仪表连接到控制箱上的模
拟信号输出。如果使用RS232 接口则控制箱与上位机之间的线长不应超过50 米，如使
用RS422 接口线长最大可达1500 米。
上位机的机箱尺寸及安装位置与控制箱相同因此不单独绘出。需要注意的是：在一
个串口接2 台以上时，通讯信号必须为RS422 格式，在上位机的接收端须加配RS232
转RS422 适配器，通讯线必须以串行方式连接，即水分仪1 连水分仪2 再连下一台水
分仪，最后连上位机的串口，可参考图8、一机多头。
4
该接口仅在使用增强配置的情况下才有。
5
需要配置专用模块。

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第三章、操作手册

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一、数码管控制箱键盘操作
1、综述
红外水分仪平时的运行状态可以分为以下两种：动态、静态。所谓“动态”是指水
分仪实时显示水分或控测器电压等信息的状态；所谓“静态”是指水分仪处于等待“键
盘”或“上位机”的指令的状态。
⑴ 动态：
在水分仪开机，经“初始化”
6
后即进入“动态”工作状态。此时：水分仪头部采集
物料的红外波段的信号，根据已选择的通道参数进行计算，并将信息传送到控制箱中：控
制箱接收头部的动态信息，并将其显示在数码管上，同时，如果上位机有要求，控制箱还
将信息向上位机传送。
对于数码管型的控制箱，其动态显示的内容是根据子方式字来对应的。我们可以通过
[增加]、[减少]键来改变子状态字，按[确定]键回到水分显示状态。如果忘记当前的子状
态可按[斜率]、[截距]、[阻尼]键来确认。
图5、数码管控制箱界面
6
开机初始化时，数码管显示“9999”、“8888”、---“1111”然后进入“动态”工作方式，显示水分。

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表格2：动态子方式对照表
动态参数编号 内容
0 阻尼水分
1 内1 外1
2 内2 外2
3 内3 外3
4 内4 外4
5 地
6 比1
7 比2
8 比3
9 比4
10 实际水分
在“动态”方式下还有一采样功能。按[采样]键即进入采样状态，再按[采样]键即可
进行下一次采样退出。
⑵ 静态：
“静态”时水分仪处于输入各种命令及参数的状态
7
：用户可通过“控制箱”面板上的
键盘对水分仪的各项参数进行修改，并含有一些特殊功能（如：标准4-20mA 电流输出等）。
两种状态的切换通过面板上的[设置]按键来切换。
2、 动态显示键盘操作
⑴ 采样
该功能主要在需对水分仪进行调整时使用。在水分仪运行于工作状态时，按[采样]键
可使水分仪进行采样操作。其具体运行步骤如下：
● 按下[采样]键，进入采样功能（注意：一旦进入该功能，只有按[确定]键退出）。
● 显示一倒计数状态
8
NN，提示进行取样操作。
● 完成取样操作后，（倒计数到0）显示一闪烁的水分数字，表示该段时间内样品的
平均水分。记录下该数字，以便在获得样品的实际含水率后对水分仪进行调整。
● 再按一下[采样]键进行下一次采样或按[确定]键，退出采样功能，水分仪回到水
7
处于命令状态时控制箱与头部的通讯联系中断，我们可以通过观察通讯指示灯了解实际情况。
8
用户可在《命令状态》修改计数长度；允许的计数长度为10-100 次（不必以10 为单位）

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分显示状态。
⑵ 观察其它动态参数
● 在“动态”状态下按[增加]、[减少]键可改变动态显示内容子状态字，按表格2：
动态子方式字对照表中的对应内容显示，该内容在平时不用，当发现仪器有异常情况时，
维修人员一般会要求记录表中编号1 以后的数据，用来分析情况。
● 如在按[增加]、[减少]键的过程中忘记对应编号时，按住[斜率]、[截距]、[阻尼]
键中的任一键不放，可显示参数编号。
● 在显示任何编号数据时按[确定]键回到水分显示状态。
3、 基本参数修改操作
任何参数修改操作都需要使水分仪进入静态工作状态。即需要按[设置]键进入。所
谓“基本参数”是指无需输入密码，一般人员均可修改的参数。包括“当前通道”、“斜
率”、“截距”、“阻尼”等。下面分别就其作用及其修改方法加以说明。
⑴、 通道切换
如果安装工位的物料质地有较大的变化（如更换牌号），就需要对不同的物料使用
不同的定标参数（存放在不同的通道号内），在测量该物料时将“当前通道”切换到相
对应的通道号。切换的过程如下：
● 按[设置]键，使水分仪处于通道切换状态，此时显示“-NN-”（NN）表示当前使
用的通道号。
按[增加]、[减少]键可改变其大小。改变后的通道号呈闪烁状（如果换回原来通
道号闪烁消失）。
● 按下[确定]键确定修改，此时通道号呈不闪烁状态，再按[设置]键回到水分显示
状态。
● 如果放弃本次修改，直接按[设置]键回到水分显示状态即可。
⑵、 修改截距、斜率
如果水分仪的含水率显示发生了偏差，就需要对水分仪的定标参数进行调整。调整
的步骤如下：
● 按[设置]键，使水分仪处于通道切换状态，此时显示“-NN-”（NN）表示当前使用
的通道号。

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按需要按[斜率]或[截距]键显示对应参数。
● 按[增加]、[减少]键可改变其大小，如需改动的量较大，可按住[增加]或[减少]
键不放，其变化速度会逐渐加快
9
。[采样]键回到原来显示数据。
● 按下[确定]键确定本次修改，回到显示通道号状态，“-NN-”；
● 如果放弃本次的修改，按[设置]键回到显示通道号状态，“-NN-”；
⑶、 修改阻尼
阻尼参数的意义是：水分仪的显示水分，为在该阻尼时间内水分仪探测到的水分变
化的平均值。修改方法如下：
● 按[设置]键，使水分仪处于通道切换状态，此时显示“-NN-”（NN）表示当前使用
的通道号。
● [阻尼]键，显示“ NN”，其中“NN”表示当前的阻尼。
● 按[增加]、[减少]键可改变其大小，其范围为1-99（秒）。按[采样]键回到显示原
来阻尼数据。
● 按下[确定]键确定本次修改，回到显示通道号状态，“-NN-”；
● 如果放弃本次的修改，按[设置]键回到显示通道号状态，“-NN-”；
4、 其它功能操作
系统内部的所有参数都可按参数编号的定义对应位置进行修改，包括上述“斜率”、
“截距”、“阻尼”等参数，其修改方法基本类似。现将其通用部分列出如下：
● 按[设置]键，“- -NN”状态再按[设置]键回到水分显示状态；按[采样]键回到显示
当前通道“-NN-”状态。
5、 特殊功能操作
在参数编号为23 时，如果我们按[确定]键可进入“特殊功能”状态。此时显示一
功能编号。
● 按[增加]、[减少]键可以修改特殊功能编号。
● 按[确定]键进入对应的特殊功能，如下表所示。
表格3：特殊功能对照表
功能号 用途 返回内容
1 背景学习 返回一背景特征数据
2 物料学习 返回一物料特征数据
9
如果用户需要加减的数据较大，可以一直按着按键，按键有加速功能。

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3 同步延时学习 返回从1-31 的学习过程信息
4 用户密码设置 进入修改用户密码状态，与输入密码类似
5 参数初始化 无
6 参数备份 无
7 参数恢复 无
各参数的作用及调整方案有专门章节论述，在此不一一列举。
表格4：红外水分仪参数表
编号 名称 说明 可调范围
0 增益1 第一路探测器的可调增益 0~99
1 增益2 第二路探测器的可调增益（非标） 0~99
2 显示精度 显示水分的精确度：0~2 表示小数点后的显
示位数
0~2
3 标准电流输出 设定输出标准的4~20mA 模拟信号 4~20
4 水分下限 设定的水分显示下限对应模拟输出的下限
（电流信号：4mA）
0~99
5 水分上限 设定的水分显示上限对应模拟输出的上限
（电流信号：20mA）
0~99
6* 参数RX10 0~199
7 参数A
8 参数B
9 参数C
-99.9~99.9
10 参数N1
11 参数N2
12 参数N3
0.0~1.0
13 公式号
系统预标定的参数，一般情况下不允许修
改。
0~4
14 机器号 0~255
15 斜率 一般情况下出厂默认值是1.00 0.10~9.99
16 截距 出厂默认值是零， -99.9~99.9
17 阻尼 一般情况下是10-50 1~199
18 通道复制 将当前通道复制到指定通道 1~18
19 采样次数 采样时取的采样点的数量 1~255
20 模拟下限 第一路4~20mA 输出的4mA 对应数值 1~512
21 模拟上限 第一路4~20mA 输出的20mA 对应数值 512~1023
22 版本号 控制箱版本号 不可修改
0 保留
1 背景学习
2 物料学习
23 特殊功能
3 同步延时学习
不可修改

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4 用户密码设置
5 参数初始化
6 参数备份
7 参数恢复
24 版本号 头部程序版本 不可修改
25 模拟下限 第二路4~20mA 输出的4mA 对应数值 1~512
26 模拟上限 第二路4~20mA 输出的20mA 对应数值 512~1023
27 报警下限 当前水分低于设定值即输出下溢报警信号 水分下限
28 报警上限 当前水分高于设定值即输出上溢报警信号 水分上限
29 同步延时1 头部光耦采集外光路时的延时时间 0x0E0~0x0FF
30 同步延时2 头部光耦采集内光路时的延时时间 0x0E0~0x0FF
*参数Rx 小于99 时用于水分阶跃值判断，大于100 时其大于部分用于背景延时设置，即
Rx=102 时在有背静信号2 秒后水分显示下限。
第2 路为非标

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第四章、技术手册

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一、结构配置
一套在线测量用红外水分仪至少需要“探头”和“控制箱”两部分组成。其中“探头”
用来测量水分信号，“控制箱”用来提供头部所需的电源及提供基本的人机交互界面。
图6、水分仪连接结构图
图7、一机一头配置
图8、一机多头

20
在一机多头的配置中，我们需要在每个探头对应的控制箱内输入探头编号，输入方法
可参考前面控制箱操作相关章节。
二、 电路板配置
三、 工作原理
红外水分仪是利用水分子对红外光谱的吸收特性，来测量被测对象的含水率。我们知
道在红外波段（波长在0.78～2.5μm 范围内的电磁波）水分子的吸收率不是平均的，在
某一波段强而在其他波段弱。利用这一特性，红外水分仪发射出不同波长的红外光（4 光
束、6 光束、8 光束、10 光束），并接收被测物料的反射信号，从而计算出被测物的含水率。
1、头部工作原理
头部使用的电源由控制箱提供。安装在需要探测的工位，将测量到的信息传给控制箱。
头部的工作原理可分为光学和电子学两部分：
⑴ 光学工作原理
头部光学工作结构如下图：
水分仪
头部
头部主控板
前放板
光耦板
数码管
控制箱
电源板
主控显示板
滤波器板
通讯扩展板
电流输出扩展板
报警输出扩展板

21
外光路聚光镜
内光路反射
内光路反射镜
基板
灯泡聚光镜
卤素灯泡
电机
调制盘
内光路
外光路
红外探测器
被测物料
图9、水分仪头部光路结构
光学工作过程如下：
先由光源（卤素灯泡）发出含有红外光谱的光线，分为内、外两路光路：外光路经由
调制盘将由光源发出的连续光谱信号分割成特定波段的串行信号投射到被测物体表面，再
经由“外光路聚光镜”将物料反射的信号收集到红外探测器上；内光路经反射镜及调制盘
直接将信号投射到红外探测器上。红外探测器将接收到的光信号转换为电信号。
⑵电路工作原理
“探头”的电路部分由下图构成：
红外探测器将接收到的红外光信号转换为电信号，传送到“前放板”上；“前放板”
图10、水分仪头部电路结构
前
放
板
探
测
器
光耦板
主
控
板
20mV 模拟信号
2.5V 模拟信号
数字信号
红外信号
调制盘信号
送到控制箱
同步信号

22
将信号进行放大整理后送到“主控板”上；“主控板”根据同步信号获得各波段的电压数
字信号，再根据定标公式计算出被测物体的水分含量，最后将信息通过标准RS232 接口送
往“控制箱”。
2、控制箱工作原理
“控制箱”除了提供用户人机交互的功能外，还提供“探头”的电源。平时，控制
箱显示的是经过阻尼的水分值，而在执行采样功能后显示的是在采样期间的水分平均值，
用户不用担心阻尼的设置会影响测量精度。同时“控制箱”也提供4~20mA 的模拟信号输
出及RS232 及RS422 数字信号接口。
控制箱为数码显示，以MCT-03/04 通用控制板为基础，在用于数码显示的控制板上有
一地址开关。其用途如下：
表格 5：控制箱内主控板地址开关功能表
S0 ON：使用带CRC 校验的上位机通讯编码
OFF：使用普通上位机通讯编码
S1 ON：使用MCT-03 控制板
OFF：使用MCT-04 控制板
S2 ON：使用报警输出
OFF：不使用报警功能
S3 备用
在控制箱底边有一7 芯弹簧插座，用来输出信息。定义如下：
表格 6：控制箱信号输出接口定义表
编号 内容
1 第一路4~20mA 电流（+）
2 第二路4~20mA 电流（+）（非标）
3 空
4 公共4~20mA 电流电流回路（-）
5 控制箱串行口发
6 控制箱串行口收
7 控制箱串行口地

23
1 2 3 4
A
B
C
D
1 2 3 4
D
C
B
A Title
Size Number Revision
A4
Date: 5-Jan-2005 Sheet of
File: E:\NMD\SysCtrl\pcb\IMS\IMS.ddb Drawn By: 何震凯
3
3.04
上海英雷科技有限公司
6
控制箱底板
P8C接线图
L+
L-
9V
GND
TXD
RXD
110+
110-
+15V
AGND 黑
棕
墨绿
绿
粉红
红
淡蓝
粗红
粗黑
细红
细黑
屏蔽
紫
黄
白
蓝CHECK1
CHECK2
CHECK3
CHECK4
红(red)
绿(green)
大地（接外壳）
220V（L）
220V（N）
蓝（blue)
P1.1
P1.2
P1.3
P2.1
P2.2
P2.3
P3.1
P3.2
滤波器板
P8C-02
220A
220B
110A
110B
15VA
15VB
15VC
5VA
5VB
24VB
220C
LightA
LightB
24VA
变压器
黄
黄
绿
绿
白
白
红
红
黄绿
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P2.1
P2.2
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
焊盘
P4.1
P4.2
P4.5
P4.4
P6.1
P6.2
P5.4
P5.3
P5.2
P5.1
P10.1
P10.2
P10.3
P11.1
P11.2
P13.1~20
P8,P9
P0.1
P0.3
P1.7 P4.3
P7.1
P7.2
P7.3
底板
P8C-01
橘红
橘红
头部15芯专用电缆
屏蔽层
AIO.0
AGND
AIO.1
AIO.2
AGND
1号模拟通道
2号模拟通道
3号模拟通道
P1.1~20
显示控制板
P8C-04
电源进线
通讯接口：
可以根据底板上J1~J5的
跳线来设置输出是RS232
还是RS422等。
------------------------------------
P8/P9 232 422
1 TXD A
2 NULL B
3 RXD X
4 GND Y
------------------------------------
显示控制板：
根据不同的要求及配置情况，有不同的接法。
1：一机一头简配
数码管显示、控制板上无PSD芯片、CPU直接与头部通讯
进行读写及水份显示操作。
2：一机一头标配
数码管显示、控制板上有PSD芯片、板上存有水份变化记录。
可接PROFIBUS
3：一机一头增配
小液晶屏显示，其余与标配一样。
4：一机双头标配
小液晶屏显示，现场数码管显示（与一机一头简配类似）。
模拟输出板
P8C-03 VER1.03
P1.1~26 P14.1~26~P16.1~26
底板上P9~P10为电流输出接口，
一个接口输出一路电流信号，
可更据用户需求引出1~4路电流信号，
电流板上跳线说明：
J1 使用1号模拟通道
J2 使用2号模拟通道
J3 使用3号模拟通道
J4 使用4号模拟通道
J5 使用第1路数字控制信号
J6 使用第2路数字控制信号
J7 使用第3路数字控制信号
J8 使用第4路数字控制信号
*每块板仅可驱动1路模拟通道
*数字控制信号与模拟通路的编号不必对应。
K
SW-SPST
keylight
LAMP
棕
棕
黑
-15V
1234567
7芯弹簧插座
7PIN
图11、控制箱接线图
图12、显示控制箱内部结构图
变压器
滤波器
电源板头
部
接
口
扩
展
接
口
显示接口
数码
管显
示
数码管显示板
接电流输出等电流信号输出

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表格 7：控制箱接线端子定义表
端口 编号 定义 说明
P2 1 110V+ 2 110V- 变压器输出110V 交流电源
1 110V-
2 110V+ 电源板输出到头部驱动电机的110V 交流电
P3 3 L+
4 L- 电源板输出到头部5.8V 直流灯电源
1 +15V
2 AGND
3 -15V
电源板输出到头部模拟电源
4 GND 数字地
P4
5 AV 8.5V 数字电源
1 LED1
2 LED2
P5 3 LED3
4 LED4
头部指示灯输出信号1、2、3、4
1 TXD 控制箱发送到头部的RS232 串行口信号
P6 2 RXD 控制箱接收头部的RS232串行口信号
3 GND RS232 串行口地线
1 TXD 控制箱发送到上位机的RS232 串行口信号
P7 2 RXD 控制箱接收上位机的RS232串行口信号
3 GND RS232 串行口地线
1 TX+/TXD
2 TX-/GND
3 RX+/RXD
4 RX-/GND
RS422/RS232 上位机接线端子，P8，P8 定义相
P8/P9 同用于多机串接。
5 GND 串行口地线
1 WarmUp+
2 WarmUp- 上限报警继电器输出
3 WarmDown+
4 WarmDown- 下限报警继电器输出
5 GND 接地
6 24V- 直流24V 回路
P12
7 24V+ 直流24V
1 AL1 第一路模拟4~20mA 输出
2 AGND 公共4~20mA 输出回路
3 AL2 第二路模拟4~20mA 输出（非标）
4 CK1 备用1
P10
5 CK2 备用2
P13 控制箱主控板接口
P14~16 控制箱I/O 扩展接口
P17/P18 控制箱通讯扩展接口

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3、上位机工作原理
上位机的配置由用户自配：
系统间的通讯采用主从结构，可最多连接2 个探头，使用RS232 或RS422 通讯协议，
最长通讯距离可达1000 米。
RS232 接口和RS422 接口接线方式如下图：
1 2 3 4
A
B
C
D
1 2 3 4
D
C
B
A Title
Size Number Revision
A4
Date: 5-Jan-2005 Sheet of
File: E:\NMD\SysCtrl\pcb\IMS\IMS.ddb Drawn By: 何震凯
0
3.03
上海英雷科技有限公司
0
RS232与PC机连接
P8C接线图
控制箱
P8/P9.1
P8/P9.2
P8/P9.3
P8/P9.4
RS232接法
162738495
J1
DB9
连接PC机
TXD（单片机发）
RXD（单片机收）
地
计算机收
计算机发
计算机地
控制箱
RS422接法
162738495
J1
DB9
连接PC机
422-A
422-B
422-Z
422-Y
计算机收
计算机发
计算机地
RS422<--->232转换器
DB9-1
DB9-2
DB9-3
DB9-4
TXDTXD+
RXDRXD+
DB9-2
DB9-3
P8/P9.1 DB9-5
P8/P9.2
P8/P9.3
P8/P9.4
图 13、RS232、422 连接方法
上位机并非必配件，但如果需要一机多头的配置，以及需要将水分信号送到其它工业
总线上，则必须配置“上位机”。作为以工业PC 为内核的“上位机”，我们留有2 个串行
口供水分仪连接使用。每个串口可连接若干台仪器，理论上每条线可接超过64 台仪器，
但由于是串行接法，过多的仪器接在一条线上使得每台仪器的数据更新速率大为降低，一
般我们推荐用户在每条线路上连结不超过4 台仪器。
四． 参数功能介绍

当仪器测量的结果小于当前设置的显示下限或大于当前设置的显示上限，则仪器只能
显示设定的上限值或下限值，并闪烁。如果我们要在仪器显示解上限值或下限值时了解实
际的水分情况，可使用采样功能，在采样结束后会显示当前水分，不受上下限限制。
例如：当前仪器测量的物品含水率为3.5%个水分，而仪器的下限设置为4%；则仪器
显示4 并闪烁，而不是显示3%。当按下“采样”键进行采样后，会显示3.5%的水分并闪
烁，直到按下“确认”键回到动态水分显示（显示4%并闪烁）。
6、 参数RX
当RX 的值小于100 时，此参数控制的是仪器对当前水分变化的阈值进行判断，当水
分变化超过阈值时仪器将快速响应。
例如：当RX=25 时，在水分变化超过2.5%时，水分显示将快速到位，而在水分变化
小于2.5%时，显示水分的变化根据阻尼参数计算。
当RX 的值大于100 时，此参数控制的是仪器对背景（即断料时仪器的测量结果）的
响应时间。该功能可用于生产线上物料流速不匀或时有断料的情况下10，阻止背景信号对
显示水分的影响。
例如：当RX=105 时，当探头光斑照射到背景上时，显示水分维持原来数值不变，在
过了5 秒时间后，如果光斑仍然照射在背景上，则显示水分变为显示水分下限；如果在5
秒时间内光斑恢复照射到物料上，则显示水分继续按原来的数值变化。
7、 参数A、B、C、N1、N2、N3、公式号
上列参数为定标参数，每一通道内存放一组。该参数的调整需要使用定标计算软件进
行，用户一般不要对其进行修改
x . f (N1, N2, N3,公式号,Vi) ..............................................................公式 1
式中
Vi：当前探头采集到的信号电压
X：由函数将信号电压根据N1、N2、N3 及公式号计算出的水分特征信息
10 此时的信号我们称作“背景信号。”

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8、 机器号
机器内部编号，在一机多头的配置中，此编号即为子站号，我们需在一条通讯总线上
的各太水分仪设置不同的子站号。
9、 斜率、截距
水分仪“显示水分”的计算公式如下：
Y '. K .Y . L .........................................................................................公式 2
式中
K：斜率
L：截距
Y：计算水分：由水分仪将当前探测器得到的信号按当前“通道号”内存放的定标参
数计算得出的数据。
Y’： 显示水分
10、 阻尼
通过调整阻尼时间可以改变水分显示波动的速率，使输出的控制信号更加平滑。可以
理解为仪器对物料含水率的响应时间。物料水分均匀度好，阻尼时间可以小些，如 设置
在5 –10 之间；物料水分均匀度差，阻尼时间可以适当大些，如设置在10-50 。
阻尼的作用是滤去由于物料中部分团粒水分的突变而引起的水分显示值跳变。阻尼时
间小，反应灵敏，但水分显示变动太快；阻尼太大，反应会有些迟滞,但有利于观察水分变
化。一般情况下为5－20 为好。
11、 通道复制
把仪器当前通道的参数复制到指定通道。由于在仪器新安装后，不可能将所有要测量
的对象进行标定。一般情况下总是标定一些最常用的或量最大的物料，当用目前的通道参
数测量一新的物料时，如果发现有一定的偏差，我们可以设立一新的通道与之相对应。此
时我们可以将一经过标定的通道参数复制到新的、未使用的通道号上，再在此基础上进行
修正，使之满足测量需要。
12、采样次数
采样时取的采样点的数量，我们可根据现场的实际情况进行调整。

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一般情况：当物料的水分波动较大时，我们可适当加大采样次数；当物料的水分波动
较小时我们可适当减少采样次数。一般采样次数在30~60 左右。
13、 模拟下限、上限
仪器内部有1 路4~20mA 的电流环输出，如需2 路可与生产商联系。
输出上限：对应20 mA（可认为是4~20mA 电流调节的满度）
输出下限：对应标准4mA（可认为是4~20mA 电流调节的零点）
具体调整时，调整输出上限的显示值，使之对应电流表显示20mA，调整输出下限的
显示值，使之对应电流表显示4mA。如：输出下限显示值为180，电流表显示为3.96 mA，
则把输出下限增大至184，电流表显示则相应调整为4mA；输出上限显示值为990，电流
表显示如为20.02，则把输出上限显示减小至988，电流显示则相应调整为20mA。
14、 版本号
参数编号22：控制箱程序版本号。参数编号24：头部程序版本号。
本功能主要用于控制软件版本的升级协调。在液晶屏控制箱上，开机时即显示控制箱
的版本号，而数码管控制箱则需进入静态方式，选择对应的参数编号方可查看。
15、 特殊功能
在数码管控制箱上有一组特殊功能，归入参数编号23，而在液晶屏控制箱上则分散到
界面5 的子页面上。下面分述各功能的用途：
（1）、背景学习
此功能的用途是提取水分仪光斑照射在背景上（皮带、振槽等）的特征信息。
（2）、物料学习
提取水分仪光斑照射在被测物料上的特征信息。本功能与上功能是相辅相成的，其作
用在参数RX 大于100 时体现（详见6、参数RX）。在此要注意的是：上述2 种学习功能
均回返回提取的特征信息，如果我们发现特征信息相当接近，则参数RX 大于100 时的功
能将不能很好体现。
（3）、同步延时学习
在头部的调制盘的一侧有一光耦板，提供光调制信号的采样同步信息。由于光路及机

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械原因，我们不可能将同步信号与光调制信号之间的关系固定下来，因此我们通过本学习
功能测出最佳的同步延时时间。参考下图可了解同步延时时间的工作原理。
光调制信号
A/D 采样信号
光耦同步信号
延时采样
图 14、同步延时工作原理图
本参数在仪器出厂时已设置，仅在更换头部电路时需要重新输入（参见17、同步延时
1、同步延时2），当进行过电机、灯泡等影响光路的元器件更换后，需要进行本功能的学
习。
在执行本功能前要保证下列条件：
. 学习环境无光干扰源
. 学习参照物在学习期间不发生变化
. 不能使用强反射或强吸收的物质做学习参照物
. 信号电压不能太小或太大（饱和）
. 如果在学习完后发现信号电压不符合要求，须调整增益后再进行一次本操作
（4）、用户密码设置
用户可原先出厂时设置的密码。在用户要对某些重要参数进行修改时，系统会提示用
户输入密码，以保护重要参数不被随意修改，在输入对一次密码后，用户可对参数进行多
次修改，直到仪器断电重新启动后，才会再次要求用户输入密码。

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（5）、参数初始化
在出仪器出厂前调试仪器时使用的参数，用户一般不要执行本功能。
（6）、参数备份
将当前标定的18 个通道的参数全部备份到仪器内的镜像缓冲区，以备恢复时使用。
注意：报警上下限及模拟上下限不会被备份。
（7）、参数恢复
与参数备份功能相对应，将原先备份的参数恢复为当前参数。注意：一旦执行恢复操
作，原先所有通道内的参数将全部被覆盖！！！如果有某通道的参数还有用，则需另外记录，
并在恢复后重新输入。
16、 报警下限、报警上限
在电源板版本在MCT-04 以上的控制箱上，可配置带继电器输出扩展板，提供水分报
警信号。当显示水分超过设定范围时继电器输出报警信号。
在MCT-04 版的电源板上P12 的1、2 脚为上限报警继电器输出；3、4 脚为下限报警
继电器输出其它引脚定义可参考表格 7：控制箱接线端子定义
17、 同步延时1、同步延时2
内、外光路的采样延时参数（参见图 14、同步延时工作原理）。一般不要修改，仅在
头部未改变光路且更换新板，需输入参数的情况下，才需要手动输入。也可通过特殊功能
中的“同步延时学习”功能自动生成。

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第五章、附录

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一、 头部故障
头部主板上有4 个指示灯，我们可以通过观察指示灯的情况了解仪器的运行状态。
表格 8：头部状态指示灯对照表
标号 名称 说明
D1 ERR/ZN 增益调整
D2 LINE SYN 光耦同步
D3 AD READY AD 采样
D4 COMM ONLINE 通信指示
1、 灯不亮
可能原因：灯泡损坏、灯电源损坏、灯电源线断开。（也有可能是电机不转，见下条）
现象：头部无光射出、控制箱“显示电压”界面内电压显示非常小。水分显示不正常。
2、 灯光不闪烁
可能原因：电机不转：电机被卡住、电机损坏、电机电源故障、电机电缆断路。
现象：无光斑射出或光斑不闪烁、头部主板频繁复位（主板4 指示灯全亮全灭）、不
通讯、控制箱及采样器无水分显示。
光耦损坏
头部主板频繁复位（主板4 指示灯全亮全灭）、不通讯、控制箱及采样器无水分显示。
二、 控制箱故障
控制箱底板上有4 个头部状态指示灯（与头部指示灯，我们可以通过观察指示灯的情
况了解仪器的运行状态。
D21：24V 电源
D20：8V 电源
D19、D18、D17、D16 对应头部的D1、D2、D3、D4。我们可以在不打开头部的情
况下了解头部的运行情况。参考表格 8：头部状态指示灯对照表。
1、 数码管不亮
可能原因：控制箱没有电源、单片机没有工作，数码管接触不良

34
2、 数码管全亮或出现奇怪字符
可能原因：CPU 工作不正常或数码管驱动电路故障，如果主控板上的指示灯在以1
秒左右的速度闪烁，则表示主控制板在工作，主控板与液晶电路连线松脱。
3、 数码管显示固定内容
可能是通信故障，如果头部工作正常（通讯灯有闪烁，则有可能是接收端故障）检查
头部、采样器或控制箱的接地，通讯电缆有无断路或短路，通讯芯片损坏。
4、 没有模拟电流输出
如果控制箱有水分显示则可能是模拟输出驱动板故障，包括接触不良及扩展板上驱动
三极管击穿。
5、 显示不跟随控制箱变化
如果控制箱有显示，而采样器的显示不变，有可能是采样器内的通讯芯片损坏，或通
讯线路接触不良。如果显示有变化，只是变化较慢，则可能是线路接触不良或接地不良。
根据指示灯判断
D21 不亮：电源模块24V 输出故障。
D20 不亮：电源模块8V 输出故障。
D19 不闪烁：头部与控制箱之间的通信有问题（动态工作模式）。
D17 不闪烁：没有光耦信号。
D16 一直闪烁：信号电压太大或太小。

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三、 故障判断流程
头部有光斑
射出
有
无
头部故障，检查头
部电路及采样器内
电源
检查头部主板
头部主板指示
灯正常？
正常
出错灯一直闪烁
通讯灯不闪烁
SYN不闪烁
检查通讯电路及地址开关
检查探测器信号及驱动电
压，
检查光耦信号
控制箱显
示
无或经常清屏
检查通讯线路及通讯芯
片，以及接地情况
正常
亮但字体很淡
不亮检查背光管及驱动电路
检查偏压电路、调整偏压
电位器
采样器
无显示检查电源及显示板
有显示但更新较慢检查通讯线路
系统没有问题
图 15、故障判断流程图

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四、 名词解释
1、 探头
红外水分仪的探头主要用于安装在现场，测量物料含水率的变化。一般内部包含有：
红外探测器、红外滤光片、光源及光学结构、信号采集电路等。不同厂家生产的产品，在
探测器的性能、滤光片通过波段及带宽、光学结构及电路上均有差异，但其所涉及的原理
是非常类似的。
2、 探测器
安装在探头内的红外传感器，用来测量物料的含水率变化。
3、 滤光片
在一半导体晶体上镀上多层高分子材料，使得全波段的光信号只有很窄的波段可以通
过，使得我们可以很精确的测量在某一波段的能量变化情况。
4、 调制盘
由电机带动的一个圆盘，上面有不同波段的红外滤光片，通过圆盘的旋转，将红外信
号调制后照射到被测物料表面，从而排除外界干扰，更精确的进行测量。
5、 通道
该名称由以前模拟水分仪沿袭下来，其用途是对应不同的被测对象（不同牌号、等级）
需不同的计算参数，以前的模拟水分仪，进行计算是使用模拟电路，因此切换不同的计算
参数，需将探测器的信号切换到不同的电路上去，因此称为“切换通道”，目前新的水分
仪均已数字化，切换通道实际是选择一组水分计算参数。
6、 标定
由通道的使用，得知：不同的被测对象需要不同的计算水分的参数。我们将计算参数
的工作叫“标定”。