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、嵌入式計算機(jī)控制模塊以及光電隔離器。本發(fā)明通過精密控溫測量模塊精密控制中溫面源輻射源的輻射板，利用動態(tài)調(diào)整控溫功率、多點非線性校正等技術(shù)，實現(xiàn)大面積、寬波段的紅外輻射輸出，提高了溫度穩(wěn)定性、均勻性及升降溫時間等主要性能參數(shù)。
【專利說明】
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源輻射源上，腔式點源輻射源開孔較小，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，方便校準(zhǔn)和測量，而且可以提高測量和校準(zhǔn)的精度。
[0003]高性能中溫面源輻射源作為寬帶紅外參考源，其波長范圍覆蓋了從近紅外到遠(yuǎn)紅外波段，是紅外測試和校準(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、紅外熱像儀;可以被應(yīng)用于樣品輻射率或透過率的測量、實際紅外目標(biāo)及集成到測試系統(tǒng)中；還可以用于無準(zhǔn)直儀時實驗室內(nèi)或野外測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)中的重要測試儀器，對紅外武器系統(tǒng)研制與生產(chǎn)中的產(chǎn)品測試、性能檢測、效能評估、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)與工藝問題；電熱絲加熱法電熱轉(zhuǎn)換效率高，耐高溫、壽命長，但是傳統(tǒng)的方案存在加熱慢、溫度均勻性差等問題，需要進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。
[0005]現(xiàn)有的中溫面源輻射源升降溫穩(wěn)定時間長，影響了使用效率；電熱電阻絲的繞制設(shè)計及工藝存在問題，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]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種中溫面源輻射源設(shè)計裝置及方法，設(shè)計合理，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)壓模塊通過線路依次連接；
[0010]所述精密控溫測量模塊包括溫度測量單元、溫度設(shè)定單元和控制信號單元，所述溫度測量單元和溫度設(shè)定單元分別與控制信號單元通過線路連接；
[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]所述溫度測量單元，被配置為用于實時測量中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值；
[0013]所述精密控溫測量模塊通過控制信號單元與交流電源負(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加熱電阻絲與精密控溫測量模塊中的單相交流調(diào)壓模塊通過線路連接;所述輻射頭模塊通過PtlOO鉑電阻與精密控溫測量模塊中的溫度測量單元通過線路連接；
[0015]所述溫度測量單元和溫度設(shè)定單元分別通過光電隔離器與嵌入式計算機(jī)控制模塊通過線路連接；
[0016]所述光電隔離器，被配置為用于隔離嵌入式計算機(jī)控制模塊輸出的弱電信號與溫控模塊輸出的強(qiáng)電信號；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算機(jī)控制模塊供電。
[0018]優(yōu)選地，所述嵌入式計算機(jī)控制模塊通過線路還連接有LCD顯示模塊、硬盤以及外部接口模塊。
[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檢測其硬件參數(shù)及狀態(tài)；
[0022]步驟2:通過精密控溫測量模塊中的溫度設(shè)定單元設(shè)置中溫面源輻射源的目標(biāo)溫度;通過精密控溫測量模塊中的溫度測量單元實時測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Fuzzy和PID復(fù)合控制技術(shù)找出調(diào)節(jié)量，對中溫面源輻射源的輻射板進(jìn)行溫控，通過不斷調(diào)整加熱電阻絲的控溫功率，實現(xiàn)對中溫面源輻射源的溫度控制。
[0027]本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果:
[0028]本發(fā)明提出了一種中溫面源輻射源設(shè)計裝置及方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過精密控溫測量模塊精密控制中溫面源輻射源的輻射板，利用控溫功率動態(tài)調(diào)整的快速升溫技術(shù)、多點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。
【附圖說明】
[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-嵌入式計算機(jī)控制模塊；5-RS232光電隔離器。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖以及【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[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)壓模塊通過線路依次連接。
[0035]所述精密控溫測量模塊包括溫度測量單元、溫度設(shè)定單元和控制信號單元，所述溫度測量單元和溫度設(shè)定單元分別與控制信號單元通過線路連接。
[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]所述溫度測量單元，被配置為用于實時測量中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值。
[0038]所述精密控溫測量模塊通過控制信號單元與交流電源負(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通過加熱電阻絲與精密控溫測量模塊中的單相交流調(diào)壓模塊通過線路連接;所述輻射頭模塊3通過PtlOO鉑電阻與精密控溫測量模塊中的溫度測量單元通過線路連接。
[0040]所述溫度測量單元和溫度設(shè)定單元分別通過RS232光電隔離器5與嵌入式計算機(jī)控制模塊4通過線路連接。
[0041]所述RS232光電隔離器5，被配置為用于隔離嵌入式計算機(jī)控制模塊4輸出的弱電信號與溫控模塊3輸出的強(qiáng)電信號；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以及嵌入式計算機(jī)控制模塊4供電。
[0043]所述嵌入式計算機(jī)控制模塊4通過線路還連接有IXD顯示模塊、硬盤以及外部接口模塊。
[0044]所述加熱電阻絲非均勻性的繞制在輻射頭模塊上。
[0045]實施例2:
[0046]在上述實施例的基礎(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檢測其硬件參數(shù)及狀態(tài)；
[0048]步驟2:通過精密控溫測量模塊中的溫度設(shè)定單元設(shè)置中溫面源輻射源的目標(biāo)溫度;通過精密控溫測量模塊中的溫度測量單元實時測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Fuzzy和PID復(fù)合控制技術(shù)找出調(diào)節(jié)量，對中溫面源輻射源的輻射板進(jìn)行溫控，通過不斷調(diào)整加熱電阻絲的控溫功率，實現(xiàn)對中溫面源輻射源的溫度控制。
[0053]本發(fā)明通過精密控溫測量模塊精密控制中溫面源輻射源的輻射板，利用控溫功率動態(tài)調(diào)整的快速升溫技術(shù)、多點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。
[0054]當(dāng)然，上述說明并非是對本發(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】
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)壓模塊通過線路依次連接；所述精密控溫測量模塊包括溫度測量單元、溫度設(shè)定單元和控制信號單元，所述溫度測量單元和溫度設(shè)定單元分別與控制信號單元通過線路連接； 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； 所述溫度測量單元，被配置為用于實時測量中溫面源輻射源當(dāng)前的溫度值； 所述精密控溫測量模塊通過控制信號單元與交流電源負(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加熱電阻絲與精密控溫測量模塊中的單相交流調(diào)壓模塊通過線路連接;所述輻射頭模塊通過PtlOO鉑電阻與精密控溫測量模塊中的溫度測量單元通過線路連接； 所述溫度測量單元和溫度設(shè)定單元分別通過光電隔離器與嵌入式計算機(jī)控制模塊通過線路連接； 所述光電隔離器，被配置為用于將嵌入式計算機(jī)控制模塊與溫控模塊分別輸出的電信號進(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:所述嵌入式計算機(jī)控制模塊通過線路還連接有LCD顯示模塊、硬盤以及外部接口模塊。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檢測其硬件參數(shù)及狀態(tài)； 步驟2:通過精密控溫測量模塊中的溫度設(shè)定單元設(shè)置中溫面源輻射源的目標(biāo)溫度;通過精密控溫測量模塊中的溫度測量單元實時測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Fuzzy和PID復(fù)合控制技術(shù)找出調(diào)節(jié)量，對中溫面源輻射源的輻射板進(jìn)行溫度控制，通過不斷調(diào)整加熱電阻絲的控溫功率，實現(xiàn)對中溫面源輻射源的溫度控制。
【文檔編號】G05D23/30GK105929872SQ201610322196
【公開日】2016年9月7日
【申請日】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
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第四十研究所, 中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所