一種中溫面源輻射源的溫度控制裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種中溫面源輻射源的溫度控制裝置及方法，屬于溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，包括電源模塊、溫控模塊、輻射頭模塊、嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊以及光電隔離器。本發(fā)明通過(guò)精密控溫測(cè)量模塊精密控制中溫面源輻射源的輻射板，利用動(dòng)態(tài)調(diào)整控溫功率、多點(diǎn)非線性校正等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大面積、寬波段的紅外輻射輸出，提高了溫度穩(wěn)定性、均勻性及升降溫時(shí)間等主要性能參數(shù)。
【專利說(shuō)明】
一種中溫面源輻射源的溫度控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中溫面源輻射源的溫度控制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前中溫面源輻射源的研制主要集中在腔式點(diǎn)源輻射源上，腔式點(diǎn)源輻射源開(kāi)孔較小，很難直接附加在儀器上，需與平行光管配合才能作為基準(zhǔn)輻射源，使用起來(lái)不方便；而大輻射面的面源輻射源，出射的輻射可以充滿視場(chǎng)，方便校準(zhǔn)和測(cè)量，而且可以提高測(cè)量和校準(zhǔn)的精度。
[0003]高性能中溫面源輻射源作為寬帶紅外參考源，其波長(zhǎng)范圍覆蓋了從近紅外到遠(yuǎn)紅外波段，是紅外測(cè)試和校準(zhǔn)的基本儀器，被廣泛應(yīng)用于紅外傳感器的校準(zhǔn)，如輻射溫度計(jì)、紅外熱像儀;可以被應(yīng)用于樣品輻射率或透過(guò)率的測(cè)量、實(shí)際紅外目標(biāo)及集成到測(cè)試系統(tǒng)中；還可以用于無(wú)準(zhǔn)直儀時(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)或野外測(cè)試中的紅外傳感器的標(biāo)定。高性能中溫面源輻射源是紅外武器系統(tǒng)研發(fā)中的重要測(cè)試儀器，對(duì)紅外武器系統(tǒng)研制與生產(chǎn)中的產(chǎn)品測(cè)試、性能檢測(cè)、效能評(píng)估、維護(hù)保障等方面具有重大意義，其性能的好壞關(guān)系到這些項(xiàng)目的性能發(fā)揮，甚至是成敗的關(guān)鍵，具有廣闊的用途，需求量非常大。
[0004]目前實(shí)現(xiàn)中溫面源輻射源溫度控制的方法主要有液體循環(huán)法、帕爾貼半導(dǎo)體法、電熱絲加熱法。液體循環(huán)法，溫度均勻性通過(guò)控溫傳熱流體得以維持，不同輻射面需要的水流量不同，且液體冷卻裝置影響儀器的便攜性；帕爾貼半導(dǎo)體法采用帕爾貼半導(dǎo)體器件加熱，但是受其自身功率的限制，難以到達(dá)幾百度的溫度，且存在溫度變化速率較慢、加熱面積小需要拼接等技術(shù)與工藝問(wèn)題；電熱絲加熱法電熱轉(zhuǎn)換效率高，耐高溫、壽命長(zhǎng)，但是傳統(tǒng)的方案存在加熱慢、溫度均勻性差等問(wèn)題，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。
[0005]現(xiàn)有的中溫面源輻射源升降溫穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，影響了使用效率；電熱電阻絲的繞制設(shè)計(jì)及工藝存在問(wèn)題，導(dǎo)致了溫度均勻性指標(biāo)差;溫度準(zhǔn)確度校準(zhǔn)采用的二點(diǎn)校正法，非線性誤差大；弱電反饋及遠(yuǎn)程控制與大功率加熱的強(qiáng)電部分隔離度差，影響了儀器整機(jī)的電磁兼容性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種中溫面源輻射源設(shè)計(jì)裝置及方法，設(shè)計(jì)合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，具有良好的推廣效果。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種中溫面源輻射源的溫度控制裝置，包括電源模塊、溫控模塊、輻射頭模塊、嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊以及光電隔離器；
[0009]所述溫控模塊包括精密控溫測(cè)量模塊、交流電源負(fù)反饋模塊以及單相交流調(diào)壓模塊，所述精密控溫測(cè)量模塊、交流電源負(fù)反饋模塊以及單相交流調(diào)壓模塊通過(guò)線路依次連接；
[0010]所述精密控溫測(cè)量模塊包括溫度測(cè)量單元、溫度設(shè)定單元和控制信號(hào)單元，所述溫度測(cè)量單元和溫度設(shè)定單元分別與控制信號(hào)單元通過(guò)線路連接；
[0011]所述溫度設(shè)定單元，被配置為用于設(shè)置中溫面源輻射源的目標(biāo)溫度；
[0012]所述溫度測(cè)量單元，被配置為用于實(shí)時(shí)測(cè)量中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值；
[0013]所述精密控溫測(cè)量模塊通過(guò)控制信號(hào)單元與交流電源負(fù)反饋模塊以及單相交流調(diào)壓模塊通過(guò)線路依次連接；
[0014]所述輻射頭模塊包括加熱電阻絲、直流風(fēng)扇以及PtlOO鉑電阻;所述輻射頭模塊通過(guò)加熱電阻絲與精密控溫測(cè)量模塊中的單相交流調(diào)壓模塊通過(guò)線路連接;所述輻射頭模塊通過(guò)PtlOO鉑電阻與精密控溫測(cè)量模塊中的溫度測(cè)量單元通過(guò)線路連接；
[0015]所述溫度測(cè)量單元和溫度設(shè)定單元分別通過(guò)光電隔離器與嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊通過(guò)線路連接；
[0016]所述光電隔離器，被配置為用于隔離嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊輸出的弱電信號(hào)與溫控模塊輸出的強(qiáng)電信號(hào)；即進(jìn)行弱電反饋及遠(yuǎn)程控制與大功率加熱的強(qiáng)電部分的隔離，提高儀器整機(jī)的電磁兼容性；
[0017]所述電源模塊，被配置為用于為溫控模塊、輻射頭模塊以及嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊供電。
[0018]優(yōu)選地，所述嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊通過(guò)線路還連接有LCD顯示模塊、硬盤(pán)以及外部接口模塊。
[0019]優(yōu)選地，所述加熱電阻絲非均勻性的繞制在輻射頭模塊上。
[0020]此外，本發(fā)明還提到一種中溫面源輻射源的溫度控制方法，該方法采用如上所述的一種中溫面源輻射源的溫度控制裝置，按照如下步驟進(jìn)行:
[0021]步驟1:在中溫面源輻射源上電時(shí)檢測(cè)其硬件參數(shù)及狀態(tài)；
[0022]步驟2:通過(guò)精密控溫測(cè)量模塊中的溫度設(shè)定單元設(shè)置中溫面源輻射源的目標(biāo)溫度;通過(guò)精密控溫測(cè)量模塊中的溫度測(cè)量單元實(shí)時(shí)測(cè)量中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值；
[0023]步驟3:比較中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值與設(shè)置的目標(biāo)溫度值的大小，如果中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值小于設(shè)置的目標(biāo)溫度值，則執(zhí)行步驟4;如果中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值大于設(shè)置的目標(biāo)溫度值，則執(zhí)行步驟5;
[0024]步驟4:通過(guò)加熱輻射頭模塊中的加熱電阻絲使輻射頭模塊升溫；
[0025]步驟5:通過(guò)輻射頭模塊中的直流風(fēng)扇進(jìn)行散熱使輻射頭模塊降溫；
[0026]步驟6:利用溫度控制模塊中的單相交流調(diào)壓模塊和交流電壓負(fù)反饋模塊，通過(guò)Fuzzy和PID復(fù)合控制技術(shù)找出調(diào)節(jié)量，對(duì)中溫面源輻射源的輻射板進(jìn)行溫控，通過(guò)不斷調(diào)整加熱電阻絲的控溫功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)中溫面源輻射源的溫度控制。
[0027]本發(fā)明所帶來(lái)的有益技術(shù)效果:
[0028]本發(fā)明提出了一種中溫面源輻射源設(shè)計(jì)裝置及方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)精密控溫測(cè)量模塊精密控制中溫面源輻射源的輻射板，利用控溫功率動(dòng)態(tài)調(diào)整的快速升溫技術(shù)、多點(diǎn)非線性校正的溫度準(zhǔn)確度修正技術(shù)、加熱電阻絲的非均勻性繞制技術(shù)以及光電隔離器的強(qiáng)弱電隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大面積、寬波段的紅外輻射輸出，提高了溫度的穩(wěn)定性和均勻性，降低了升降溫時(shí)間，具有輻射面大、輻射均勻性高、輻射溫度準(zhǔn)確度高以及電磁兼容性好的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明一種中溫面源輻射源溫度控制裝置的硬件原理圖。
[0030]圖2為本發(fā)明一種中溫面源輻射源溫度控制方法的流程框圖。
[0031 ]其中，1-電源模塊；2-溫控模塊；3-輻射頭模塊；4-嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊；5-RS232光電隔離器。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0033]如圖1所示的一種中溫面源輻射源的溫度控制裝置，包括電源模塊1、溫控模塊2、輻射頭模塊3、嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊4以及RS232光電隔離器5。
[0034]所述溫控模塊2包括精密控溫測(cè)量模塊、交流電源負(fù)反饋模塊以及單相交流調(diào)壓模塊，所述精密控溫測(cè)量模塊、交流電源負(fù)反饋模塊以及單相交流調(diào)壓模塊通過(guò)線路依次連接。
[0035]所述精密控溫測(cè)量模塊包括溫度測(cè)量單元、溫度設(shè)定單元和控制信號(hào)單元，所述溫度測(cè)量單元和溫度設(shè)定單元分別與控制信號(hào)單元通過(guò)線路連接。
[0036]所述溫度設(shè)定單元，被配置為用于設(shè)置中溫面源輻射源的目標(biāo)溫度。
[0037]所述溫度測(cè)量單元，被配置為用于實(shí)時(shí)測(cè)量中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值。
[0038]所述精密控溫測(cè)量模塊通過(guò)控制信號(hào)單元與交流電源負(fù)反饋模塊以及單相交流調(diào)壓模塊通過(guò)線路連接。
[0039]所述輻射頭模塊3包括加熱電阻絲、直流風(fēng)扇以及PtlOO鉑電阻;所述輻射頭模塊3通過(guò)加熱電阻絲與精密控溫測(cè)量模塊中的單相交流調(diào)壓模塊通過(guò)線路連接;所述輻射頭模塊3通過(guò)PtlOO鉑電阻與精密控溫測(cè)量模塊中的溫度測(cè)量單元通過(guò)線路連接。
[0040]所述溫度測(cè)量單元和溫度設(shè)定單元分別通過(guò)RS232光電隔離器5與嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊4通過(guò)線路連接。
[0041]所述RS232光電隔離器5，被配置為用于隔離嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊4輸出的弱電信號(hào)與溫控模塊3輸出的強(qiáng)電信號(hào)；即進(jìn)行弱電反饋及遠(yuǎn)程控制與大功率加熱的強(qiáng)電部分的隔離，提高儀器整機(jī)的電磁兼容性；
[0042]所述電源模塊1，被配置為用于為溫控模塊2、輻射頭模塊3以及嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊4供電。
[0043]所述嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊4通過(guò)線路還連接有IXD顯示模塊、硬盤(pán)以及外部接口模塊。
[0044]所述加熱電阻絲非均勻性的繞制在輻射頭模塊上。
[0045]實(shí)施例2:
[0046]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提到一種中溫面源輻射源的溫度控制方法(如圖2所示)，按照如下步驟進(jìn)行:
[0047]步驟1:在中溫面源輻射源上電時(shí)檢測(cè)其硬件參數(shù)及狀態(tài)；
[0048]步驟2:通過(guò)精密控溫測(cè)量模塊中的溫度設(shè)定單元設(shè)置中溫面源輻射源的目標(biāo)溫度;通過(guò)精密控溫測(cè)量模塊中的溫度測(cè)量單元實(shí)時(shí)測(cè)量中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值；
[0049]步驟3:比較中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值與設(shè)置的目標(biāo)溫度值的大小，如果中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值小于設(shè)置的目標(biāo)溫度值，則執(zhí)行步驟4;如果中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值小大于設(shè)置的目標(biāo)溫度值，則執(zhí)行步驟5;
[0050]步驟4:通過(guò)加熱輻射頭模塊中的加熱電阻絲使輻射頭模塊升溫；
[0051]步驟5:通過(guò)輻射頭模塊中的直流風(fēng)扇進(jìn)行散熱使輻射頭模塊降溫；
[0052]步驟6:利用溫度控制模塊中的單相交流調(diào)壓模塊和交流電壓負(fù)反饋模塊，通過(guò)Fuzzy和PID復(fù)合控制技術(shù)找出調(diào)節(jié)量，對(duì)中溫面源輻射源的輻射板進(jìn)行溫控，通過(guò)不斷調(diào)整加熱電阻絲的控溫功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)中溫面源輻射源的溫度控制。
[0053]本發(fā)明通過(guò)精密控溫測(cè)量模塊精密控制中溫面源輻射源的輻射板，利用控溫功率動(dòng)態(tài)調(diào)整的快速升溫技術(shù)、多點(diǎn)非線性校正的溫度準(zhǔn)確度修正技術(shù)、加熱電阻絲的非均勻性繞制技術(shù)以及RS232光電隔離器的強(qiáng)弱電隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大面積、寬波段的紅外輻射輸出，提高了溫度的穩(wěn)定性和均勻性，降低了升降溫時(shí)間，具有輻射面大、輻射均勻性高、輻射溫度準(zhǔn)確度高以及電磁兼容性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0054]當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種中溫面源輻射源的溫度控制裝置，其特征在于:包括電源模塊、溫控模塊、輻射頭模塊、嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊以及光電隔離器； 所述溫控模塊包括精密控溫測(cè)量模塊、交流電源負(fù)反饋模塊以及單相交流調(diào)壓模塊，所述精密控溫測(cè)量模塊、交流電源負(fù)反饋模塊以及單相交流調(diào)壓模塊通過(guò)線路依次連接；所述精密控溫測(cè)量模塊包括溫度測(cè)量單元、溫度設(shè)定單元和控制信號(hào)單元，所述溫度測(cè)量單元和溫度設(shè)定單元分別與控制信號(hào)單元通過(guò)線路連接； 所述溫度設(shè)定單元，被配置為用于設(shè)置中溫面源輻射源的目標(biāo)溫度； 所述溫度測(cè)量單元，被配置為用于實(shí)時(shí)測(cè)量中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值； 所述精密控溫測(cè)量模塊通過(guò)控制信號(hào)單元與交流電源負(fù)反饋模塊以及單相交流調(diào)壓模塊通過(guò)線路依次連接； 所述輻射頭模塊包括加熱電阻絲、直流風(fēng)扇以及Pt10鉑電阻;所述輻射頭模塊通過(guò)加熱電阻絲與精密控溫測(cè)量模塊中的單相交流調(diào)壓模塊通過(guò)線路連接;所述輻射頭模塊通過(guò)PtlOO鉑電阻與精密控溫測(cè)量模塊中的溫度測(cè)量單元通過(guò)線路連接； 所述溫度測(cè)量單元和溫度設(shè)定單元分別通過(guò)光電隔離器與嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊通過(guò)線路連接； 所述光電隔離器，被配置為用于將嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊與溫控模塊分別輸出的電信號(hào)進(jìn)行隔離； 所述電源模塊，被配置為用于為溫控模塊、輻射頭模塊以及嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中溫面源輻射源的溫度控制裝置，其特征在于:所述嵌入式計(jì)算機(jī)控制模塊通過(guò)線路還連接有LCD顯示模塊、硬盤(pán)以及外部接口模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中溫面源輻射源的溫度控制裝置，其特征在于:所述加熱電阻絲非均勻性的繞制在輻射頭模塊上。4.一種中溫面源輻射源的溫度控制方法，其特征在于:采用如權(quán)利要求1所述的一種中溫面源輻射源的溫度控制裝置，按照如下步驟進(jìn)行: 步驟1:在中溫面源輻射源上電時(shí)檢測(cè)其硬件參數(shù)及狀態(tài)； 步驟2:通過(guò)精密控溫測(cè)量模塊中的溫度設(shè)定單元設(shè)置中溫面源輻射源的目標(biāo)溫度;通過(guò)精密控溫測(cè)量模塊中的溫度測(cè)量單元實(shí)時(shí)測(cè)量中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值； 步驟3:比較中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值與設(shè)置的目標(biāo)溫度值的大小，如果中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值小于設(shè)置的目標(biāo)溫度值，則執(zhí)行步驟4;如果中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值大于設(shè)置的目標(biāo)溫度值，則執(zhí)行步驟5; 步驟4:通過(guò)加熱輻射頭模塊中的加熱電阻絲使輻射頭模塊升溫； 步驟5:通過(guò)輻射頭模塊中的直流風(fēng)扇進(jìn)行散熱使輻射頭模塊降溫； 步驟6:利用溫度控制模塊中的單相交流調(diào)壓模塊和交流電壓負(fù)反饋模塊，通過(guò)Fuzzy和PID復(fù)合控制技術(shù)找出調(diào)節(jié)量，對(duì)中溫面源輻射源的輻射板進(jìn)行溫度控制，通過(guò)不斷調(diào)整加熱電阻絲的控溫功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)中溫面源輻射源的溫度控制。
【文檔編號(hào)】G05D23/30GK105929872SQ201610322196
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】韓順利, 羅文建, 王瑞霞, 韓清瑤, 張鵬, 宋平
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十研究所, 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所