氣敏傳感器信號采集系統(tǒng)設(shè)計

中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2016屆畢業(yè)設(shè)計說明書第氣敏傳感器信號采集系統(tǒng)設(shè)計摘要：隨著電子領(lǐng)域的快速發(fā)展，采用電子設(shè)備探測氣體引起了人們的廣泛關(guān)注。由于年齡、經(jīng)驗、環(huán)境、身體狀況等因素會存在一定的主觀性，采用人或者其他動物對瓦斯、有毒氣體、酒精、天然氣等氣體的檢測，影響其判斷力，而采用電子設(shè)備，利用傳感器檢測氣體后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，再由MCU對其進(jìn)行處理，能夠得知氣體濃度，對不良或者超標(biāo)的檢測結(jié)果進(jìn)行報警燈功能，電子檢測儀能高效的完成任務(wù)。由此被廣泛應(yīng)用于能源化工、環(huán)境污染檢測、醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)和交通等行業(yè)。本文以AT89C51單片機(jī)為控制核心，設(shè)計了一套氣敏傳感器信號采集裝置。氣體采集的傳感器采用MJC4/3.0L瓦斯檢測傳感器；A/D轉(zhuǎn)換模塊采用ADC0809將傳感器檢測到的電壓進(jìn)行數(shù)字化傳送給MCU處理；運算放大器采用OP07模塊；顯示采用LED數(shù)碼管，其驅(qū)動為MAX7219串行輸入/輸出共陰顯示驅(qū)動；電源模塊采用的是LM317穩(wěn)壓芯片。關(guān)鍵詞：氣敏傳感器；AT89C51；A/D轉(zhuǎn)換；數(shù)碼管顯示Abstract:Alongwiththerapiddevelopmentoftheelectronicfield,adoptingelectronicequipmenttodetectgashasarousedextensiveattention.Duetothesubjectivityofage,experience,environment,healthyconditions,thedetectionofgaseslikegas,toxicgas,alcoholandnaturalgaspracticedbypeopleoranimalswillaffecttheaccuracyofjudgments,whileelectronicdeviceslikesensorsareadoptedtodetectgases.AftertheA/Dconversion,gasesareprocessedbyMCUthatcanrecognizetheconcentrationofgasesandshowthealarmlampforadverseorexcessiveresults,soelectronicdetectorcanefficientlycompletetasks.Thismethodiswidelyemployedintheenergyandchemicalindustryaswellasindustriesofenvironmentalpollutiondetection,medicaltreatment,industrialproductionandtransportation.TakingsinglechipMicrocomputerofAT89C51asthecontrolcore,thispaperwilldesignasetofsignalcollectiondeviceswithgassensors.ThesensorusedforcollectinggasesisthegasdetectionsensorofMJC4/3.0L;A/DconversionmoduleutilizesADC0809totransmitdigitizedvoltagedetectedbysensorstoMCU.OperationalamplifierisOP07moduleandthedisplaydeviceusesLEDdigitaltubewhosedisplaydriverisserialinput/outputcommoncathodeofMAX7219.PowermoduleisLM317voltagechip.Keywords:Gassensor;AT89C51;A/Dconversion；Digitaldisplay目錄摘要 I II目錄 III1引言 11．1選題背景 11．2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 11．3本文設(shè)計方案 22氣敏傳感器原理及MCU選擇 32.1氣敏傳感器 32.2MJC4/3.0L氣體檢測傳感器 32.3MJC4/3.0L氣體檢測傳感器技術(shù)指標(biāo) 42.4系統(tǒng)MCU介紹 43系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 63.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 63.2運算放大電路 83.3A/D采樣電路 103.4數(shù)碼管顯示電路及其驅(qū)動 103.4.1顯示器結(jié)構(gòu)與原理以及顯示方式 103.4.2顯示驅(qū)動器MAX7219 113.5電源模塊 123.6報警電路 144系統(tǒng)軟件設(shè)計 155仿真結(jié)果分析 17致謝 18參考文獻(xiàn) 19附錄AProtues仿真圖 21附錄B系統(tǒng)原理圖 22附錄CPCBTopLayer 23附錄DPCBBottomLayer 24附件E系統(tǒng)主要程序 251引言1．1選題背景天然氣主要存藏于地下多巖層的空隙中，包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣等，也有少量出產(chǎn)于煤層。天然氣是優(yōu)質(zhì)的燃料和化工原料。它的主要用途是作為燃料，也可用于制造炭黑、化學(xué)制以及生產(chǎn)液化石油氣，天然氣生產(chǎn)的丙烷、丁烷是現(xiàn)代工業(yè)的重要原料。天然氣主要由氣態(tài)低分子烴和非烴氣體混合組成。天然氣主要成分烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣和少量一氧化碳及微量的稀有氣體，如氦和氬等。天然氣在送到最終用戶之前，為助于泄漏檢測，還要用硫醇、四氫噻吩等來給天然氣添加氣味。天然氣不溶于水，密度為0.7174kg/Nm3，相對密度（水）為約0.45(液化)燃點(℃)為650，爆炸極限(V%)為5-15。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體。甲烷是最短和最輕的烴分子。有機(jī)硫化物和(H?S)是常見的雜質(zhì)，在大多數(shù)使用天然氣的時候都必須預(yù)先把雜質(zhì)去除。然而在工業(yè)應(yīng)用或者家用的天然氣裝置因某些因素會發(fā)生泄漏，當(dāng)泄漏的氣體達(dá)到一定濃度后，遇到明火或者高溫，會產(chǎn)生爆炸或者劇烈燃燒，對人身和財產(chǎn)安全造成很大的隱患。因此設(shè)計一套電子氣體檢測裝置，有利用解決以上安全隱患問題。1．2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀氣敏傳感器主要用于檢測某些環(huán)境下氣體的成分和濃度，由于檢測現(xiàn)場的溫度和濕度等各項條件具有很多不確定因素，有時檢測的環(huán)境比較惡劣，所以對氣敏傳感器的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、敏感度、重復(fù)使用性等性能要求很高。不過由于所檢測的氣體種類具有多樣性，而且其物理特性也各不相同，因此不可能采用同一種性能的傳感器來檢測不同種類的氣體，所以氣敏傳感器的也分很多種類，譬如根據(jù)氣體之間相互作用時產(chǎn)生不同的變化，可分為表面控制型和體控制型。表面控制型傳感器原理是當(dāng)半導(dǎo)體的表面吸附的氣體和半導(dǎo)體之間發(fā)生電子交換，由此使半導(dǎo)體的導(dǎo)電率等物理性質(zhì)發(fā)生變化，不過傳感器內(nèi)部的化學(xué)成份不會變化；體控制型傳感器原理是半導(dǎo)體與氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使半導(dǎo)體內(nèi)部成份發(fā)生化學(xué)變化，從而使導(dǎo)電率發(fā)生變化。從技術(shù)發(fā)展的角度來看，根據(jù)傳感器原理及其應(yīng)用環(huán)境的不同，所應(yīng)用的領(lǐng)域和檢測裝置結(jié)構(gòu)也有所不同，不過其共同點是多采用了以單片機(jī)為控制核心，把傳感器采集到的信號轉(zhuǎn)化為電信號，再由A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送往單片機(jī)進(jìn)行分析處理。國外在應(yīng)用半導(dǎo)體和催化原理的氣體檢測儀器上處于較領(lǐng)先水平，目前國內(nèi)也相繼研制出了能應(yīng)用多個行業(yè)的不同種類的氣體檢測裝置。隨著制造工業(yè)的成熟和新材料的研發(fā)，傳感器的成本也在逐漸降低，這有利于促進(jìn)電子檢測裝置的發(fā)展。超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提升，使得單片機(jī)的發(fā)展迅猛，由最初的4位、8位字長，發(fā)展到現(xiàn)在的16位、32位字長，大大促進(jìn)了數(shù)字化發(fā)展進(jìn)程。在我國，智能化儀器儀表中，單片機(jī)以其高性能、低成本、高效率等特點，被廣泛使用[1]。1．3本文設(shè)計方案針對天然氣泄漏的檢測裝置，傳統(tǒng)方式上采用較多的是化學(xué)檢測方法，比如分光光度計、化學(xué)滴定和色譜分析等。但是這些化學(xué)檢測方法不僅耗費時間和勞動力，且大大降低了檢測效率、成本也過高。隨著電子設(shè)備的快速發(fā)展和傳感器技術(shù)的提升，基于單片機(jī)的氣體檢測裝置應(yīng)運而生，并且在測試精度、范圍、穩(wěn)定性等標(biāo)準(zhǔn)上達(dá)到實際應(yīng)用要求。本文以AT89C51單片機(jī)為控制核心，設(shè)計了一套天然氣檢測裝置。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方案，主要包括電源、A/D轉(zhuǎn)換、按鍵、LED顯示、報警等。軟件編程是在KeiluVision4環(huán)境下，采用C語言編寫。2氣敏傳感器原理及MCU選擇2.1氣敏傳感器氣體傳感器是組成氣體傳感器信號采集系統(tǒng)的核心元器件，其性能在整個系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。氣體傳感器就是能夠感知被測環(huán)境中氣體成分的一種敏感行元器件，它將氣體的種類及其濃度的相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為電信號，再根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱就可獲得與待測氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報警，有些氣體傳感器還能通過接口電路與PC組成電子自動檢測控制、顯示檢測數(shù)據(jù)和報警的系統(tǒng)。從本質(zhì)來說，氣體傳感器是一種將檢測到的某種氣體濃度轉(zhuǎn)化成為MCU和識別信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化器。它是對氣體做定量和定性檢測的必備元器件。氣敏傳感器是化學(xué)傳感器分類匯總一個比較大的門類[2]。從所采用原材料到加工工藝，從工作原理到測量技術(shù)，從檢測對象到應(yīng)用領(lǐng)域，都可視為一個獨立的分類標(biāo)準(zhǔn)，衍生出一個龐大復(fù)雜的分類體系，在分類上目前還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。按照氣敏傳感器采用的材料和氣敏傳感器特征的不同，可分為半導(dǎo)體、電化學(xué)和聚合物氣體傳感器等類型[3]。2.2MJC4/3.0L氣體檢測傳感器適宜制成半導(dǎo)體氣體傳感器的材料主要是金屬氧化物。圖2-1為MJC4/3.0L催化燃燒式氣敏傳感器的外形結(jié)構(gòu)圖。圖2-1MJC4/3.0L外形結(jié)構(gòu)圖其檢測電路如圖2-2所示。黑元件是載體催化燃燒式元件，當(dāng)甲烷氣體在元件表面與氧氣產(chǎn)生無焰燃燒時，電橋失去平衡，輸出一個電壓信號，白元件是補(bǔ)償元件，基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)與黑元件相同，但表面不涂鍍催化劑，所以它不摻入低溫燃燒。圖2-2為MJC4/3.0L傳感器電路原理圖。圖2-2MJC4/3.0L傳感器電路原理圖2.3MJC4/3.0L氣體檢測傳感器技術(shù)指標(biāo)MJC4/3.0L氣體檢測傳感器技術(shù)指標(biāo)如表2-1所示：表2-1MJC4/3.0L氣體檢測傳感器技術(shù)指標(biāo)工作電壓（V）3.0±0.1工作電流（mA）120±10靈敏度1%甲烷20~401%丁烷30~501%氫氣25~45測量范圍（%LEL）0~100響應(yīng)時間（90%）小于10秒恢復(fù)時間（90%）小于30秒使用環(huán)境-40℃~+70℃外形尺寸（mm）8×10×14長期穩(wěn)定性：在空氣中每年漂移小于±2個mV，在1%CH4中每年漂移小于±2個mV[4]。短期儲存（兩周內(nèi)）30分鐘即可穩(wěn)定，如長期儲存（一年），則需老化5小時才可穩(wěn)定[6]。2.4系統(tǒng)MCU介紹ATMEL的AT89C51是一種將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中的高效微控制器。AT89C051是它的一種精簡版本[8]。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案[9]。圖2-3系列單片機(jī)DIP封裝圖給出了雙列直插式封裝(DIP.Dualln-linePackage),DIP封裝與MCS一51系列單片機(jī)的引腳完全兼容,可互換使用。外形及引腳排列如圖2-3所示。圖2-3AT89C51DIP封裝引腳排列3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計氣敏傳感器信號采集系統(tǒng)主要由電源模塊、氣敏傳感器及其適配電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、復(fù)位電路、顯示模塊、報警電路等模塊組成。系統(tǒng)工作流程：氣體信號檢測電路由氣敏傳感器和信號運算放大電路組成，將傳感器采集到的氣體信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將氣體檢測電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別的數(shù)字信號后再送入單片機(jī)；單片機(jī)對該數(shù)字信號進(jìn)行處理分析，判斷氣體含量是否超過預(yù)設(shè)值，如果超標(biāo)則報警電路啟動，反之則判斷為正常狀態(tài)；同時在LED燈上顯示天然氣濃度并存儲數(shù)據(jù)；復(fù)位電路可以防止系統(tǒng)“跑飛”，按下復(fù)位按鍵后，MCU重新執(zhí)行程序。圖3-1為系統(tǒng)總設(shè)計方案。圖3-1為系統(tǒng)總設(shè)計方案框圖。圖3-1系統(tǒng)總設(shè)計方案框圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)本設(shè)計中單片機(jī)的最小系統(tǒng)由AT89C51、12M晶振、兩個33pf電容、10K電阻、復(fù)位開關(guān)組成。如圖3-2所示。電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以石英晶體震蕩器可用來對單片機(jī)產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率[7]。通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。同時，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時鐘信號。片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個時鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz～24MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，其值在20pF～100pF之間選取。本電路選用的電容為33pF，晶振頻率為12MHz[18]。振蕩周期＝1/12μs；機(jī)器周期Sm=1μs指令周期T＝1~4μsXTAL1接外部晶體的一個引腳，XTAL2接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無論是機(jī)械振動的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，以便使片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。在上電或復(fù)位過程中控制CPU的復(fù)位狀態(tài)，這段時間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯誤的指令，執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。無論使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計的好壞,直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計完單片機(jī)系統(tǒng),并在實驗室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。復(fù)位后，PC內(nèi)容初始化為0000H,是單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。單片機(jī)復(fù)位后不影響內(nèi)部RAM的狀態(tài)。AT89C51單片機(jī)復(fù)位信號的輸入端是RESET引腳，高電平有效。其有效時間持續(xù)24個時鐘周期以上。單片機(jī)RESET端得外部復(fù)位電路有兩種操作方式：上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。上電自動復(fù)位是利用電容儲電來實現(xiàn)的上電瞬間，RC電路充電，RESET端出現(xiàn)正脈沖，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。按鍵手動復(fù)位用電平方式[10]。按鍵電平復(fù)位是相當(dāng)于RESET通過電阻接高電平,復(fù)位按鍵為S6[12]。圖3-2AT89C51最小系統(tǒng)3.2運算放大電路OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路[13]。圖3-3為OP07芯片內(nèi)部引腳。圖3-3OP07芯片內(nèi)部引腳OP07芯片的特點：低的輸入噪聲電壓幅度：0.35μVP-P(0.1Hz-10Hz)；極低的輸入失調(diào)電壓：10μV；極低的輸入失調(diào)電壓溫漂：0.2μV/℃；具有長期的穩(wěn)定性：0.2μV/MO；低的輸入偏置電流：±1nA；高的共模抑制比：126dB；寬的共模輸入電壓范圍：±14V；寬的電源電壓范圍：±3V-±22V。圖3-4OP07外部接線圖電路分析計算：由電路可得：

(3-1)

(3-2)所以由式(1)和式(2)得：

(3-3)又因為輸入共模電壓，輸入差模電壓，將它們帶入式(3)可得：

(3-4)因為從傳感器輸出得電壓信號為0-90mv，為了取得較大的A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號，需要對其放大，取R3=R6=5000Ω，R4=R5=100Ω，放大倍數(shù)為51倍。3.3A/D采樣電路在檢測系統(tǒng)中，傳感器將采集到的信號都是模擬信號，這些模擬信號需要進(jìn)行處理，放大、濾波、補(bǔ)償、以及信號的變換等方式，然后在案通過某些芯片將模擬信號變成數(shù)字信號，然后再傳遞給MCU，也就是51單片機(jī)做處理。ADC0809是工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[14]。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換[5][16]。芯片的引腳圖如圖3-5所示。圖3-5ADC芯片引腳圖3.4數(shù)碼管顯示電路及其驅(qū)動3.4.1顯示器結(jié)構(gòu)與原理以及顯示方式LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件[15]。在單片機(jī)中通常使用的是7段LED。當(dāng)某個發(fā)光二極管陰極為低電平時，發(fā)光二極管點亮；共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地[17]。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，共陰和共陽電路如圖3-6所示。圖3-6共陰和共陽電路通常使用的7段顯示塊有8個二極管組成，故也稱8段顯示器。其中7個發(fā)光二極管構(gòu)成7筆字型“8”；一個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點“.”。7段LED顯示器如圖3-7所示。 圖3-77段LED顯示器 3.4.2顯示驅(qū)動器MAX7219MAX7219能方便的用模擬或數(shù)字方法控制段電流的大小，改變顯示器的亮度；能對每一位進(jìn)行譯碼或不譯碼控制；能選擇驅(qū)動顯示器的數(shù)量；能進(jìn)入低功耗的關(guān)斷模式(僅消耗150uA電流，數(shù)據(jù)保留)；而且其最重要的一點是，每個顯示位都能個別尋址和刷新，而不需要重寫其他的顯示位，這使得軟件編程十分簡單且靈活[11][19]。MAX7219的引腳排列如圖3-8所示。圖3-8MAX7219的引腳排列如圖MAX7219采用串行尋址方式，在傳送的串行數(shù)據(jù)中包含有內(nèi)部RAM的地址[20]。加在DIN腳上的串行數(shù)據(jù)，必須在LOAD信號為高電平的前提下，以每兩個字節(jié)為一個數(shù)據(jù)包在CLK信號上升沿移入16位的移位寄存器。然后在LOAD信號的上升沿鎖存進(jìn)數(shù)字或控制寄存器中。LOAD信號必須在第16個CLK信號上升沿的同時，或在下一個CLK信號上升沿之前升高,否則數(shù)據(jù)會丟失。DIN腳上的串行數(shù)據(jù)在16.5個CLK信號后出現(xiàn)在DOUT腳上，以便級連應(yīng)用時傳到下一個MAX7219上。3.5電源模塊1.+3V穩(wěn)壓源的設(shè)計+3V電壓的實現(xiàn)需要LM317芯片。LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。輸出電壓范圍為1.2V到37V之間可調(diào)節(jié)；內(nèi)部有熱過載保護(hù)；不隨溫度變化的內(nèi)部短路電流限制；輸入至少要比輸出高2V，否則不能調(diào)壓；輸出電流最好不超過1A；可調(diào)整輸出電壓可低到1.2V。用LM317實現(xiàn)+3V穩(wěn)壓電源，提供傳感器工作電壓。其穩(wěn)壓示意圖如圖3-9所示。圖3-9LM317穩(wěn)壓示意圖2.+5V穩(wěn)壓源的設(shè)計MAX756可接受一個輸入電壓低至0.7V，并將其轉(zhuǎn)換為更高3.3V或5V可選的輸出電壓。典型的全負(fù)荷的MAX756效率大于87%。其關(guān)鍵特性是，輸入電壓為0.7V；20mA的效率為87%；靜態(tài)電流為60μA；20μA的關(guān)閉模式；溫度誤差±1.5%；低電池最檢波器

(LBI/LBO)；8-PinSO封裝。用MAX756實現(xiàn)+5V的穩(wěn)壓電路如圖所示。圖3-10MAX756穩(wěn)壓電路圖3.-5V穩(wěn)壓源的設(shè)計該穩(wěn)壓電源的設(shè)計采用芯片ICL7660來實現(xiàn)。LCL7660有8個引腳。其中的NC是空腳；CAP+是儲能電容正極；CAP-是儲能電容負(fù)極；LV是輸入低電壓控制端，輸入電壓低于3.5V時，該腳接地，輸入電壓高于5V時該腳必須懸空；OSC是作時鐘輸入端。采用ICL7660芯片實現(xiàn)-5V穩(wěn)壓電源的電路如圖所示。圖3-11ICL7660穩(wěn)壓電路3.6報警電路報警信號由單片機(jī)的P1.5口發(fā)出指令，經(jīng)由光電隔離器，警告指示燈D2會亮，此時喇叭會發(fā)出警告聲音。圖3-12為報警電路示意圖。圖3-12報警電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件部分采用C語言編寫，因為C語言可移植性高、且易于軟件系統(tǒng)的維護(hù)。軟件的編寫是在KeiluVision4的KeilC51開發(fā)環(huán)境下，KeiluVision4的靈活窗口和界面，非常適用于C51單片機(jī)的開發(fā)[21]。并且能夠為開發(fā)者更高效的利用屏幕空間，在多個窗口下提供了一個整潔和高效的開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)軟件主要由主程序、模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序、串行通信子程序、LED數(shù)碼管顯示和報警子程序等組成。主程序主要負(fù)責(zé)初始化程序的設(shè)定。其中程序的定時器中斷主要負(fù)責(zé)LED數(shù)碼管的顯示，每中斷一次會刷新LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字信息，串行口中斷負(fù)責(zé)采樣頻率、數(shù)據(jù)的傳輸、開始和停止氣體采樣。圖4-1為單片機(jī)的軟件主程序流程圖。圖4-1單片機(jī)主程序流程圖數(shù)據(jù)采集與處理部分由氣A/D轉(zhuǎn)換模塊、運算放大、數(shù)據(jù)存儲組成。氣敏傳感器是一個非常敏感的，只要外界稍有波動，其信號就能被氣敏傳感器識別，因此采集數(shù)據(jù)的時候，需要用到多組數(shù)據(jù)進(jìn)行排序比較，折合取得中間值才有可信度。圖4-2為數(shù)據(jù)采集模塊流程圖。圖4-2數(shù)據(jù)采集模塊流程圖數(shù)碼管顯示模塊由中斷0進(jìn)行控制，當(dāng)中斷指令發(fā)出后，TH和TL重裝，判斷LED數(shù)碼管的當(dāng)前顯示狀態(tài)，清楚屏幕信息，然后計算位置，將每一通道的字符串發(fā)送至LED數(shù)碼管顯示。圖4-3為LED數(shù)碼管顯示模塊流程圖。圖4-3LED數(shù)碼管顯示模塊流程圖5仿真結(jié)果分析系統(tǒng)的仿真是在Protues軟件上搭建，仿真軟件編程在Keil上編寫，通過在Keli上編譯源程序生產(chǎn)HEX格式文件。由Protues于Keil進(jìn)行聯(lián)和調(diào)試，最終實現(xiàn)仿真。其仿真過程分析如下：當(dāng)氣敏傳感器檢測到氣體含量超標(biāo)后，經(jīng)由ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識別的數(shù)字信號，由單片機(jī)進(jìn)行處理，會在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的氣體濃度，如果氣體濃度超過設(shè)定濃度值時，系統(tǒng)的報警電路開始鳴笛提示。圖5-1為LED數(shù)碼管顯示的當(dāng)前氣體濃度為133（設(shè)定60為最高警戒值），此時已經(jīng)超過預(yù)定值，報警電路工作，報警電路如圖2-1所示。圖4-1數(shù)碼管顯示當(dāng)前氣體濃度圖4-2報警電路仿真圖致謝本論文是在岳鳳英老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從課題開始，岳老師以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度，孜孜不倦的求實精神使我受益匪淺。岳老師以優(yōu)秀的學(xué)術(shù)底蘊(yùn)，平易近人的人格魅力，在我寫論文器件給予了無微不至的關(guān)懷與指導(dǎo)，耐心幫助我解答疑問，直至論文的完成。當(dāng)選定氣敏傳感器信號采集系統(tǒng)設(shè)計這個課題時，因為自身知識的局限性，我從茫然到熟悉了解，再到學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識，設(shè)計硬件電路，學(xué)習(xí)使用AltiumDesigner軟件畫原理圖、PCB，器件遇到了不少的困難，不過最終在岳老師和其他同學(xué)的幫助下得到解決。在學(xué)習(xí)C語言編程過程中使我深刻意識到掌握一門嵌入式語言的重要性。通過這個課題的鍛煉，不僅鞏固了我本科學(xué)習(xí)的知識，還讓我學(xué)會了為人處世的很多道理，磨練了我的意識，也增強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)能力。同時還要感謝幫助過我的同學(xué)，是你們的鼓舞與支持，讓我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計，祝愿你們前程似錦。在此完成之際，向岳老師致以崇高的敬意，向幫助過我的人表示由衷的感激。同時也感謝在百忙之中閱讀和參加答辯的各位專家、教授！真誠的祝愿你們工作愉快、身體健康！

參考文獻(xiàn)[1]甲烷檢測氣體檢測儀：國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，http://www/.[2]劉迎春等.傳感器原理設(shè)計及應(yīng)用[M].長沙:國防科技大學(xué)出版社,2021.[3]孟立凡,鄭賓.傳感器原理及技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社.2021.[4]陳錦榮.傳感器設(shè)計原理[M].南京：南京理工大學(xué)出版社.2021.[5]樓然苗，51系列單片機(jī)設(shè)計實例[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2021.[5]于成波，傳感器與自動檢測技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2021.[9]李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2021.[11]周潤景等.單片機(jī)電路設(shè)計、分析與制作[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021.[12]劉奎學(xué)，陳麗華等.智能型天然氣檢測裝置的研究[J].電子測量與儀器學(xué)報2021增刊.2021:177-180.[13]赫曉劍，楊述平等.儀器電路設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2021.[14]郭天祥.51單片機(jī)C語言教程M].北京：電子工業(yè)出版社，2021.[15]彭偉.單片機(jī)C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例-基于8051+Protues仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2021.[16]CollierWA，BairdDB，Park—NgZA．Discriminationamongmilksandcultureddairyproductsusingscreen—printedelectrochemicalarraysandanelectronicnose．SensorsandActuators，2021，92(1-2)：232—239．[17]Akrajas，MuhamadMatSalleh，MuhammadYahaymEnrichingtheselectivityOfmetalloporphyrinschemicalsensorsbymeansofopticaltechnique．SensorsandActuators，2021，85(3)：191—196．[18]徐偉.51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)--數(shù)碼管原理與應(yīng)用篇[J].電子制作，2021（1）：26-27[19]張立科．單片機(jī)典型外圍器件及應(yīng)用實例[M]．北京：人民郵電出版社，2021．[20]張毅剛．單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2021．[21]彭愛華.單片機(jī)高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京：北京工業(yè)出版社，2021．[22]馮育長等.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與實例分析[M]西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2021[23]吳金戌等.8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2021.[24]李念強(qiáng)等.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021.附錄AProtues仿真圖附錄B系統(tǒng)原理圖附錄CPCBTopLayer附錄DPCBBottomLayer附件E系統(tǒng)主要程序/********************************************************程序:可燃性氣體報警器**課題名稱:氣敏傳感器信號采集系統(tǒng)設(shè)計**功能描述:本設(shè)計主程序**輸入:**內(nèi)容：**輸出:**全局變量:**調(diào)用模塊:**作者:何強(qiáng)**日期:2021.05.12*******************************************************/#include<reg51.h>//引用標(biāo)準(zhǔn)庫的頭文件#include<intrins.h>#include<stdio.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDIN=P2^0;//串行數(shù)據(jù)輸入sbitCLK=P2^1;//串行時鐘sbitLOAD=P2^2;//顯示數(shù)據(jù)鎖存控制sbitSOUND=P1^5;//用來進(jìn)行蜂鳴器的報警sbitST=P3^6;//啟動信號sbitEOC=P3^3;//轉(zhuǎn)換結(jié)束信號連到外部中斷1口，轉(zhuǎn)換結(jié)束后進(jìn)入外中斷sbitOE=P3^7;//輸出使能#defineNoOp0x00//空操作寄存器#defineDigit00x01//數(shù)碼管1寄存器#defineDigit10x02//數(shù)碼管2寄存器#defineDigit20x03//數(shù)碼管3寄存器#defineDigit30x04//數(shù)碼管4寄存器#defineDigit40x05//數(shù)碼管5寄存器#defineDigit50x06//數(shù)碼管6寄存器#defineDigit60x07//數(shù)碼管7寄存器#defineDigit70x08//數(shù)碼管8寄存器#defineDecodeMode0x09//譯碼模式寄存器#defineIntensity0x0a//亮度寄存器#defineScanLimit0x0b//掃描位數(shù)寄存器#defineShutDown0x0c//低功耗模式寄存器//#defineDisplayTest0x0f//顯示測試寄存器#defineShutdownMode0x00//低功耗方式#defineNormalOperation0x01//正常操作方式#defineScanDigit0x07//掃描位數(shù)設(shè)置，顯示8位數(shù)碼管#defineDecodeDigit0xff//譯碼設(shè)置，8位均為BCD碼#defineCommonDigit0x00//譯碼設(shè)置，8位均為非譯碼方式#defineIntensityGrade0x0a//亮度級別設(shè)置#defineTestMode0x01//顯示測試模式#defineTextEnd0x00//顯示測試結(jié)束，恢復(fù)正常工作模式floatresult;//AD采樣采得的數(shù)據(jù)ucharMAX,MIN;//報警極的最低值和不報警的最大值uintf;/************************************************************************函數(shù)名稱:SendChar**功能描述:向MAX7219寫入字節(jié)（8位）**輸入:ch:要送入的數(shù)據(jù)**輸出:**全局變量:**調(diào)用模塊:延時函數(shù)_nop_***********************************************************************/voidSendChar(ucharch){uchari,temp;_nop_();//短暫的延時for(i=0;i<8;i++){temp=ch&0x80;ch=ch<<1;if(temp)//當(dāng)該位為1時寫入{DIN=1;CLK=0;CLK=1;}else//當(dāng)該位為0時寫入{DIN=0;CLK=0;CLK=1;}}}/*************************************************************************函數(shù)名稱:changestyle**功能描述:譯碼功能，將需要顯示的數(shù)字轉(zhuǎn)成相應(yīng)的七段譯碼表如要顯示的字符為“0”，則為7e01111111，只有中間的一個LED不亮**輸入:p:要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)**輸出:**全局變量:**調(diào)用模塊:***********************************************************************/ucharchangestyle(uintp){ucharc;if(p==0)c=0x7e;if(p==1)c=0x30;if(p==2)c=0x6d;if(p==3)c=0x79;if(p==4)c=0x33;if(p==5)c=0x5b;if(p==6)c=0x5f;if(p==7)c=0x70;if(p==8)c=0x7f;if(p==9)c=0x7b;return(c);}/*************************************************************************函數(shù)名稱:delay(ms)**功能描述:譯碼功能，將需要顯示的數(shù)字轉(zhuǎn)成相應(yīng)的七段譯碼表如要顯示的字符為“0”，則為7e01111111，就中間的一個LED不亮**輸入:ms:需要延時的長度****輸出:**全局變量:**調(diào)用模塊:***********************************************************************/voiddelayms(uintms){uchari;while(ms--)for(i=0;i<120;i++);}/*************************************************************************函數(shù)名稱:WriteWord**功能描述:向MAX7219寫入字（16位）**輸入:addr:需要延時的長度**輸出:**全局變量:**調(diào)用模塊:***********************************************************************//*向MAX7219寫入字（16位）*/voidWriteWord(ucharaddr,ucharnum){LOAD=0;_nop_();SendChar(addr);_nop_();SendChar(num);_nop_();LOAD=1;//鎖存進(jìn)相應(yīng)寄存器}/*MAX7219初始化*/voidInitDisplay(){WriteWord(ScanLimit,ScanDigit);//設(shè)置掃描界限WriteWord(DecodeMode,CommonDigit);//設(shè)置譯碼模式為非譯碼模式WriteWord(ShutDown,NormalOperation);//設(shè)置為正常工作模式}/*************************************************************************函數(shù)名稱:show**功能描述:顯示函數(shù)，其中Fdata為狀態(tài)為第一位,Sdata狀態(tài)為第二位,Tdata為狀態(tài)為第三位。Fdata為狀態(tài)為第四位。degdata為顯示的具體數(shù)值degdata為4位**輸入:FdataSdataDdataHdata**輸出:**全局變量:**調(diào)用模塊:***********************************************************************/voidshow(floatdegdata,uintFdata,Sdata,Ddata,Hdata){uinta,b,c,d;//a為10位值，b為個位值，c為小數(shù)點后1位值，d為小數(shù)點后2位值，e為臨時數(shù)據(jù)InitDisplay();//MAX7219初始化_nop_();//延時一小會a=degdata/10;b=(degdata-a*10)/1;c=(degdata-a*10-b)*10;d=(degdata-a*10-b-c*0.1)*100;a=changestyle(a);b=changestyle(b);c=changestyle(c);d=changestyle(d);b=b|0x80;WriteWord(Digit0,a);WriteWord(Digit1,b);WriteWord(Digit2,c);WriteWord(Digit3,d);WriteWord(Digit4,Fdata);WriteWord(Digit5,Sdata);WriteWord(Digit6,Ddata);WriteWord(Digit7,Hdata);}/*************************************************************************函數(shù)名稱:KEY**功能描述:按鍵檢測程序，實現(xiàn)檢測標(biāo)準(zhǔn)的修改**輸入:**輸出:MAX,MIN**全局變量:**調(diào)用模塊:***********************************************************************/voidKEY(){if(P0&0X01){EA=0;delayms(30);if(P0&0X01){MAX++;}EA=1;}elseif(P0&0X02){EA=0;delayms(30);if(P0&0X02){MAX--;}EA=1;}elseif(P0&0X04){delayms(30);if(P0&0X04){MIN++;}}elseif(P0&0X08){EA=0;delayms(30);if(P0&0X08){MIN--;}EA=1;}}/*************************************************************************函數(shù)名稱:shutshow**功能描述:用來熄滅所有的數(shù)碼管**輸入:**輸出:**全局變量:**調(diào)用模塊:******************************************************************/voidshutshow()//數(shù)碼管不顯示函數(shù){WriteWord(0x0c,0x00);//向低功耗模式寄存器（地址為0X0c）寫入全1值//（上電狀態(tài)）用來熄滅顯示器}main(){TMOD=0x02;//T1工作模式2TH0=0x14;//定時器初始值高位TL0=0x00;IE=0x82;//IE.7位為1表示CPU開放中斷，IE.1位也為1，//表示允許定時器T0溢出中斷TR0=1;//使能定時器P1=0x00;//選擇ADC0809的通道1（000）（P1.0~P1.2）//IT1=0;//低電平觸發(fā)IT1=1;//下降沿觸發(fā)EX1=1;//使能外部中斷1EA=1;//允許全局中斷WriteWord(0x0f,0x00);//退出測試模式WriteWord(0x0a,0x03);//調(diào)解亮度，16級可選擇，用于設(shè)置LED的顯示亮度，//從0xX0~0xXFdelayms(1000);show(88.89,0x01,0x01,0x01,0x01);delayms(1000);while(1){ST=0;ST=1;ST=0;//啟動A/D轉(zhuǎn)換while(EOC==0);//等待轉(zhuǎn)換完成OE=1;if(f==1){delayms(1000);//延時1sif(result>MAX)SOUND=0;//這里的60是設(shè)定的報警極限值，//當(dāng)超過該值時開始報警if(result<MIN)SOUND=1;//沒達(dá)到報警值，無動作show(result,0x01,0x01,0x01,0x01);//顯示ad轉(zhuǎn)換后的電壓值delayms(1000);}else{show(0x01,0x01,0x01,0x01,55.55);//如果初始化未成功則顯示55.55}//Display_Result(P3);OE=0;KEY();}}/*************************************************************************函數(shù)名稱:counter1**功能描述:當(dāng)數(shù)據(jù)采集完畢，出發(fā)單片機(jī)的外部中斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲顯示以及報警**輸入:**輸出:**全局變量:**調(diào)用模塊:*******************************************************************/voidcounter1(void)interrupt2using2{EX1=0;result=P0;EX1=1;}

引力波的實驗探測給我們的啟示摘要：引力理論的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)百年，從牛頓到愛因斯坦，從萬有引力定律到廣義相對論。在這過程中，科學(xué)家們引力波的預(yù)言質(zhì)疑不休、爭論不止。而引力波的實驗探測無疑證明了一切。引力波的發(fā)現(xiàn)，彌補(bǔ)了愛因斯坦的廣義相對論的漏洞，也確定了他的理論的正確。這是人類史上出現(xiàn)的又一契機(jī)，它將為人類社會帶來重大變革?！捌莆濉笔侵袊鴤鹘y(tǒng)迎財神的日子。2016年的這一天，卻一個讓全世界物理學(xué)界沸騰的日子，甚至許多的物理學(xué)家為之痛哭流涕——被預(yù)言已經(jīng)百年的引力波，終于被探測到了。引力是什么？在今天人們所知道的物質(zhì)的四種基本相互作用中，引力作用為最弱。四種相互作用按作用強(qiáng)度比例順序是：強(qiáng)相互作用(1),電磁相互作用(10),弱相互作用(10),引力相互作用(10)。因此，在研究基本粒子的運動時，引力一般略去不計。但在天文學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，由于涉及的對象的質(zhì)量極其巨大，引力就成為不僅支配著天體的運動，而且往往是天體的結(jié)構(gòu)和演化的決定因素。引力并不是一種所謂的“力”，而是一種屬性。牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中首次提出萬有引力定律，基于此，他結(jié)識了彗星的運動軌道和地球上的潮汐現(xiàn)象，并根據(jù)萬有引力定律成功地預(yù)言并發(fā)現(xiàn)了海王星。萬有引力定律出現(xiàn)后，才正式把研究天體的運動建立在力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，從而創(chuàng)立了天體力學(xué)。簡單的說，質(zhì)量越大的東西產(chǎn)生的引力越大，地球的質(zhì)量產(chǎn)生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，突破了絕對時間和絕對空間的概念，否定了瞬時超距作用，從根本上動搖了建立在這些舊觀念基礎(chǔ)上的牛頓引力理論。經(jīng)過十年的探索后，愛因斯坦于1915年提出了迄今為止最成功的近代引力理論——廣義相對論。廣義相對論中，引力被歸咎于時空的彎曲。這種彎曲是由物質(zhì)造成的，物質(zhì)的質(zhì)量越大，所形成的扭曲也就越嚴(yán)重。但是這種彎曲，對于人類來說根本感知不到，一是因為人類伴隨這種彎曲一起彎曲了，而是由于這種彎曲太微小。大質(zhì)量物體發(fā)生的扭曲引起了震動，而這種震動，就是引力波?？茖W(xué)家們通過探測這種時空震蕩，來證實引力波的存在。早在1916年，愛因斯坦在廣義相對論中就預(yù)言了引力波的存在。而科學(xué)家們普遍認(rèn)為，這次LIGO這一發(fā)現(xiàn)是愛因斯坦相對論實驗驗證中最后一塊缺失的“拼圖”，證實了愛因斯坦廣義相對論的正確性，彌補(bǔ)了愛因斯坦的廣義相對論的漏洞，驗證了已故科學(xué)家愛因斯坦的預(yù)言。探測的儀器叫做邁克爾遜干涉儀，或是LIGO。LIGO的“兩條腿”都有4千米長，最近的一次升級就花去了幾十億美元。LIGO的原理是什么？簡單來說是利用光速不變，在同樣的直線路程里測試耗時，而通過時間的偏差（盡最大可能排除誤差，也是耗資巨大的原因）來判定空間確實存在震動。這樣的實驗設(shè)置基于愛因斯坦的假設(shè)：光速不變，是因為以光的視角看，它沿途經(jīng)過的空間發(fā)生了折疊伸縮。可能的引力波探測源包括致密雙星系統(tǒng)（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科學(xué)合作組織和Virgo合作團(tuán)隊宣布他們已經(jīng)利用高級LIGO探測器，首次探測到了來自于雙黑洞合并的引力波信號。在過去的數(shù)十年里，許多物理學(xué)家和天文學(xué)家為證明引力波的存在進(jìn)行了大量研究。其中，泰勒和赫爾斯由于第一次得到引力波存在的間接證據(jù)榮獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎。到目前為止，類似的雙中子星系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近十個，但是雙黑洞系統(tǒng)卻是首次。在實驗方面，第一個對直接探測引力波作偉大嘗試的人是韋伯。雖然他的共振棒探測器最后沒能找到引力波，但是韋伯開創(chuàng)了引力波實驗科學(xué)的先河，為如今的碩果打下了基礎(chǔ)。因為在地面上很容易受到干擾，所以物理學(xué)家們也在向太空進(jìn)軍。歐洲的空間引力波項目eLISA（演化激光干涉空間天線）。eLISA將由三個相同的探測器構(gòu)成為一個邊長為五百萬公里的等邊三角形，同樣使用激光干涉法來探測引力波。此項目已經(jīng)歐洲空間局通過批準(zhǔn)，正式立項，目前處于設(shè)計階段，計劃于2034年發(fā)射運行。作為先導(dǎo)項目，兩顆測試衛(wèi)星已經(jīng)于2015年12月3日發(fā)射成功，目前正在調(diào)試之中。中國的科研人員，在積極參與目前的國際合作之外之外，也在籌建自己的引力波探測項目。引力波的實驗探測引起了世界范圍的轟動，這些探測極其不易，宇宙中發(fā)生爆炸性的大事件時產(chǎn)生的引力波，才相對容易探測到，例如黑洞合并、星系合并、超新星爆炸等。100年前，愛因斯坦在預(yù)言引力波存在時就曾說：“這些數(shù)值是如此微小，她們不會對任何的東西產(chǎn)生顯著的作用，沒人能夠去測量它們?！辈桃环蚪o出解釋：“時間發(fā)生得越早，距離越遠(yuǎn)，越會在宇宙中傳播期間被紅移。紅移指的是由于宇宙本身的膨脹將所有的波動的波長拉直拉平，這樣其波動性就難以被探測到。例如，這次LIGO探測到的引力波，是13億年以前兩個大約30個太陽質(zhì)量的黑洞并合所產(chǎn)生的引力波，振幅之小，是在原子核尺寸的千分之一的尺度。能探測到真的是非常不容易，LIGO實驗組的科學(xué)家們也是在幾十年里經(jīng)歷多次挫折，不斷調(diào)整方案，改進(jìn)儀器，才最終探測到的?！彼运某晒μ綔y也標(biāo)志著在這個領(lǐng)域人類的技術(shù)進(jìn)步到了前所未有的水平。而它所具有的里程碑意義不止在科學(xué)情感上，更在于能夠打開人類的一個新的世界——每個人都對它滿懷期待。如果電磁波探測是人類的眼睛，那么人類又多了一雙聆聽外界的耳朵。馬克斯·普朗克引力物理研究所說：“在《星際穿越》和《三體》中，都不約而同地將引力波選為了未來科技發(fā)達(dá)的人類的通訊手段，這也許只能是美好的幻想，但對于天文研究而言，引力波的確開啟了一扇新的窗口。吹進(jìn)來的第一縷清風(fēng)，就帶來了一個重大的信息：極重的恒星級雙黑洞系統(tǒng)存在并可以在足夠短的時間（10億年）內(nèi)并合。這是讓我們始料未及的。誰能知道在將來的更多的探測中，LIGO和一眾引力波探測器能帶給我們什么樣的驚喜呢？”引力波有兩個非常重要而且比較獨特的性質(zhì)。第一：不需要任何的物質(zhì)存在于引力波源周圍。這時就不會有電磁輻射產(chǎn)生。第二：引力波能夠幾乎不受阻擋的穿過行進(jìn)途中的天體。比如，來自于遙遠(yuǎn)恒星的光會被星際介質(zhì)所遮擋，引力波能夠不受阻礙的穿過。對于天文學(xué)家來說，這兩個特征允許引力波攜帶有更多的之前從未被觀測過的天文現(xiàn)象信息，而每一個電磁波譜的打開，都會為我們帶來前所未有的發(fā)現(xiàn)。天文學(xué)家們同樣期望引力波也是如此。而引力波本身的性質(zhì)也可能對基礎(chǔ)物理學(xué)產(chǎn)生巨大的影響。另外，引力波蘊(yùn)含的，很可能是宇宙誕生的畫面。我們從小都被告知一個最著名的猜想——宇宙是在一場爆炸中誕生的。這意味著，在時空的開始，宇宙又一次最為劇烈的震動。引力波就能讓我們還原這個震動——它是否存在？有多大規(guī)模？不僅如此，引力波還能傳遞信息——我們看不到的宇宙空間在發(fā)生什么？據(jù)科學(xué)家解釋，這次的引力波就是在遙遠(yuǎn)的距離上巨大的黑洞變化引起的。而這一結(jié)果也證明了黑洞真實存在——至少是廣義相對論預(yù)測的由純凈、真空、扭曲時空組成的完美圓形物體。并且，引力波傳遞的信息可以讓科學(xué)家更精確地估計宇宙膨脹的速度?？偠灾?，一個新的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，總會給人類社會帶來無法預(yù)估的發(fā)展。18世紀(jì)面熟電磁波的麥克斯韋理論確認(rèn)的時候，也沒人知道會給人類帶來什么，但是現(xiàn)在不管是電視機(jī)還是移動電話，都與電磁現(xiàn)象有關(guān)。引力波的發(fā)現(xiàn)類似當(dāng)年的發(fā)現(xiàn)X光一樣，是一種工具。有了這個工具，我們可以利用引力波的觀察，去觀察遙遠(yuǎn)的宇宙的現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)HYPERLINK"/s?wd=%E6%9A%97%E7%89%A9%E8%B4%A8&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1dWmycdPWubmhndmW04P