CN103398783A

CN103398783A - 一种电定标热释电辐射计光学调制装置及其控制方法

Info

Publication number: CN103398783A
Application number: CN2013103430134A
Authority: CN
Inventors: 瑚琦; 高鹏飞
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-08
Also published as: CN103398783B

Abstract

本发明涉及一种电定标热释电辐射计光学调制装置及其控制方法，装置将一块金属挡光板置于通电的电磁线圈中，将金属挡光板通上电流，挡光板上流过的电流方向与电磁线圈产生的磁场方向垂直，挡光板受到电磁力，沿设定的滑槽运动。改变流过电磁线圈或者流过挡过板的电流方向，挡光板的受力方向刚好与原方向相反，沿滑槽向相反方向运动。挡光板设置在通光孔的前后，挡光板的运动可控制入射光是否到达探测器，在挡光板来回运动的过程中，可完成对入射辐射的调制。只需要控制器的一个输出控制就可以完成对辐射调制频率的调节；降低了成本，增加了实用性、灵活性，扩大了其应用范围；提高测量的准确度，减少操作人员的使用难度。

Description

一种电定标热释电辐射计光学调制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种功率测量仪器，特别涉及一种电定标热释电辐射计光学调制装置及其控制方法。

背景技术

电定标热释电辐射计是一种新型的测量辐射绝对量的仪器，利用辐射的热效应测量辐射功率。测量中，待测辐射与电功率加热信号交替对热释电探测器进行加热，即当待测辐射照射在探测器上时，电功率加热信号停止对探测器加热；当待测辐射没有照射到探测器上时，电功率加热信号对探测器进行加热，当探测器达到热平衡时，待测辐射功率就等于电加热信号的功率。这种辐射计的优点是用户不需要用标准辐射源对仪器定标。

为实现待测辐射与电功率加热信号交替对探测器进行加热，就必须对待测辐射进行调制，使入射的直流辐射信号变成交流辐射信号。常用的对待测辐射进行调制的仪器就是斩光器。

电定标热释电辐射计往往要和高精度、高稳定性的斩光器配套使用，此类斩光器价格非常昂贵，大大增加了辐射功率测量的成本。工作过程中，需要保证斩光器的通光孔中心与辐射计的通光孔中心在同一水平线上，调节难度大，准确性低；而且改变待测辐射调制频率时必须单独操作斩光器，操作不便；同时，斩光器在工作时，机械叶片的转动噪声大，启动和停止速度慢。

发明内容

本发明是针对电定标热释电辐射计配套使用斩光器调制对斩光器要求高的问题，提出一种电定标热释电辐射计光学调制装置及其控制方法，根据电定标热释电辐射计自身的特性，提出一种新的对入射辐射进行调制的装置，并给出了控制方法。提高测量的准确度，减少操作人员的使用难度。

本发明的技术方案为：一种电定标热释电辐射计光学调制装置，包括机械外壳，通光孔，电磁线圈，挡光板固定装置，探测器固定装置，探测器，出线孔和导线，外壳上有通光孔和出线孔，外壳内有带屏蔽的电磁线圈，电磁线圈中间为挡光板固定装置，挡光板固定装置中有金属挡光板、挡光板滑槽，挡光板滑槽固定在挡光板固定装置四周，金属挡光板可沿挡光板滑槽移动，探测器通过探测器固定装置固定在机械外壳内，通光孔与探测器处于同一水平线上，挡光板固定装置置于通光孔与探测器之间，金属挡光板不在通光孔后方时，入射光可通过通光孔、挡光板固定装置到达探测器，电磁线圈和金属挡光板两端导线通过出线孔接控制器。

所述外壳内部四周有带屏蔽层的引线槽，内部线均从引线槽引导到各个对应装置上。

一种电定标热释电辐射计光学调制装置控制方法，包括电定标热释电辐射计光学调制装置，具体包括如下步骤：

1）控制器输出控制信号到金属挡光板和电磁线圈电流方向控制电路，电流方向控制电路输出电流到金属挡光板和电磁线圈，金属挡光板上流过的电流方向与电磁线圈通电产生的磁场方向垂直，处在磁场中的金属挡光板受到电磁力，并在电磁力的作用下沿挡光板滑槽运动，运动到通光孔后方，挡住通光孔，入射光无法到达探测器；

2）控制器变换输出控制信号，电流方向控制电路改变金属挡光板和电磁线圈（4）中任意一个的电流方向，金属挡光板所受电磁力反向，金属挡光板(5）沿挡光板滑槽反方向运动，离开通光孔后方，入射光通过通光孔到达探测器；

3）根据入射光辐射调制频率的要求，调整控制器变换输出控制信号的频率，即电流方向控制电路变化电流方向的频率，金属挡光板来回运动频率。

所述控制器控制信号输出端与电流方向控制电路控制端通过光耦隔离。

本发明的有益效果在于：本发明一种电定标热释电辐射计光学调制装置及其控制方法，只需要控制器的一个输出控制就可以完成对辐射调制频率的调节；降低了成本，增加了实用性、灵活性，扩大了其应用范围；提高测量的准确度，减少操作人员的使用难度。

附图说明

图1为本发明电定标热释电辐射计光学调制装置结构示意图；

图2为本发明电定标热释电辐射计光学调制装置中挡光板固定装置截面图；

图3为本发明电定标热释电辐射计光学调制装置控制电路原理图；

图4为本发明电定标热释电辐射计光学调制装置挡光板受力分析示意图。

具体实施方式

如图1所示电定标热释电辐射计光学调制装置结构示意图，包括机械外壳3，外壳3上有通光孔2，外壳3内有带屏蔽的电磁线圈4，电磁线圈4中间为挡光板固定装置6，如图2所示挡光板固定装置截面图，挡光板固定装置6中有金属挡光板5、挡光板滑槽16，挡光板滑槽16固定在挡光板固定装置6四周，金属挡光板5可沿挡光板滑槽16移动，探测器9通过探测器固定装置8固定在机械外壳3内，通光孔2与探测器9处于同一水平线上，挡光板固定装置6置于通光孔2与探测器9之间，入射光1可通过通光孔2、挡光板固定装置6到达探测器9，外壳3内部四周有带屏蔽层的引线槽7，连接导线均通过外壳3上的出线孔13引入引出，内部线均从引线槽7引导到各个对应装置上，11和14为接金属挡光板5的两根导线，10和15为接电磁线圈4的两根导线。

采用的带屏蔽的电磁线圈4，在通电的情况下会产生平行于纸面的水平方向的磁场；同时，金属挡光板5在通电情况下，会产生平行于纸面的竖直方向的电流，如此以来，该金属挡光板5将会受到垂直于纸面的力，沿着挡光板滑槽16移动，如图2所示。当流过电磁线圈4的电流方向改变或者流过金属挡光板5的电流方向改变时（两个电流方向不能同时改变），金属挡光板5的受力方向与原受力方向相反，沿着挡光板滑槽16向相反方向移动。当金属挡光板5位于左边时，入射光1可通过光直接到达探测器表面；当金属挡光板5位于右边时，入射光1通过通光孔2后被金属挡光板5遮挡，不能够照射到探测器上；从而可通过调整流过电磁线圈4或者金属挡光板5的电流方向来达到对入射光1进行调制的目的。实际应用中，可以选择质量轻的金属挡光板5，这样能够用较小的电流和较少的线圈匝数来产生足够的力来移动挡光板，达到节约材料、降低功耗、节约电能的目的。

图1中的连接电磁线圈4和金属挡光板5的导线（10、11、14、15）均采用屏蔽线，以减少对探测器9相关信号线中信号的影响。改变金属挡光板5受力方向的方法有两种，一是保持流过电磁线圈4的电流方向不变，改变流过金属挡光板5的电流方向；二是保持流过金属挡光板5的电流方向不变，改变流过电磁线圈4的电流方向。

下面以第一种方法为例进行说明，控制电路原理图如图3所示。微处理器控制端与金属挡光板5电流方向控制端通过光耦进行隔离，避免相互干扰。其中，CTR1为电定标热释电辐射计的微处理器控制端，当CTR1为高电平时，光藕U1和U2中的光敏三极管上没有光子照射，4号端为高电平，驱动继电器的三极管Q1截止，继电器K1和K2的电磁线圈（4、5号管脚）中没有电流流过，K1和K2的公共端1号脚与2号脚接触，即A端接地（GND），B端接电源（VCC2）。当CTR1为低电平时，光藕U1和U2中的光敏三极管上有光照射，4号端电平拉低，驱动继电器的三极管Q1导通，继电器继电器K1和K2的电磁线圈中有电流流过，产生的电磁力使K1和K2中的1号脚与3号脚接触，即A接电源，B接地。

将A、B分别与图1中接金属挡光板5的导线11、14分别相连，则当CTR1为高电平时，电流流向为从14到11，即流过金属挡光板5中的电流方向为从下到上，如图4（a）所示，此时挡光板的受力方向为垂直纸面向外，挡光板向图2所示的右边移动，挡住通光孔。当CTR1为低电平时，电流方向为从11到14，即流过挡光板中的电流方向为从上到下，如图4（b）所示，此时挡光板的受力方向为垂直纸面向里，挡光板向图2所示的左边移动，入射光能够照射到探测器上。综上所述，通过改变CTR1的信号频率就可以控制入射光的调制频率。

装置将一块金属挡光板（导体）置于通电的电磁线圈中，同时，将该挡光板通上电流，挡光板上流过的电流方向与电磁线圈产生的磁场方向垂直，如此以来，处在磁场中的挡光板就会受到电磁力，并在该力的作用下沿设定的滑槽运动。若改变流过电磁线圈的方向或者流过挡过板的电流方向，则挡光板的受力方向刚好与原先的方向相反，并在新的作用力下，沿滑槽向相反方向运运。设置通光孔，使待测辐射的入射方向垂直于挡光板的运动方向，那么，在挡光板来回运动的过程中，可完成对入射辐射的调制。调制频率的大小由挡光板移动的频率决定，即由电流方向的变化率决定。在给定的控制方法中，只需要微处理器的一个输出端口就可以完成对辐射调制频率的调节。

该装置将探测器与光学调制机构合为一体，使得辐射计在进行测量时不需要依赖于价格高昂的斩光器，降低了成本，增加了实用性、灵活性，扩大了其应用范围。由于新装置的通光孔中心与探测器中心在同一水平线上，待测辐射从通光孔入射后，在调制过程中，能准确的打在探测器灵敏元上，不需要再次进行中心对准，同时还可提高测量的准确度，减少操作人员的使用难度。对入射辐射的调制只需要辐射计微处理器的一个输出端口就可以进行控制，实现简单，操作便捷。

Claims

1.一种电定标热释电辐射计光学调制装置，其特征在于，包括机械外壳（3），通光孔（2），电磁线圈（4），挡光板固定装置（6），探测器固定装置（8），探测器（9），出线孔（13）和导线，外壳（3）上有通光孔（2）和出线孔（13），外壳（3）内有带屏蔽的电磁线圈（4），电磁线圈（4）中间为挡光板固定装置（6），挡光板固定装置（6）中有金属挡光板（5）、挡光板滑槽（16），挡光板滑槽（16）固定在挡光板固定装置（6）四周，金属挡光板（5）可沿挡光板滑槽（16）移动，探测器（9）通过探测器固定装置（8）固定在机械外壳（3）内，通光孔（2）与探测器（9）处于同一水平线上，挡光板固定装置（6）置于通光孔（2）与探测器（9）之间，金属挡光板（5）不在通光孔（2）后方时，入射光（1）可通过通光孔（2）、挡光板固定装置（6）到达探测器（9），电磁线圈（4）和金属挡光板（5）两端导线通过出线孔（13）接控制器。

2.根据权利要求1所述电定标热释电辐射计光学调制装置，其特征在于，所述外壳（3）内部四周有带屏蔽层的引线槽（7），内部线均从引线槽（7）引导到各个对应装置上。

3.一种电定标热释电辐射计光学调制装置控制方法，包括电定标热释电辐射计光学调制装置，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）控制器输出控制信号到金属挡光板（5）和电磁线圈（4）电流方向控制电路，电流方向控制电路输出电流到金属挡光板（5）和电磁线圈（4），金属挡光板（5）上流过的电流方向与电磁线圈（4）通电产生的磁场方向垂直，处在磁场中的金属挡光板（5）受到电磁力，并在电磁力的作用下沿挡光板滑槽（16）运动，运动到通光孔（2）后方，挡住通光孔（2），入射光无法到达探测器（9）；

2）控制器变换输出控制信号，电流方向控制电路改变金属挡光板（5）和电磁线圈（4）中任意一个的电流方向，金属挡光板（5）所受电磁力反向，金属挡光板（5）沿挡光板滑槽（16）反方向运动，离开通光孔（2）后方，入射光通过通光孔（2）到达探测器（9）；

3）根据入射光辐射调制频率的要求，调整控制器变换输出控制信号的频率，即电流方向控制电路变化电流方向的频率，金属挡光板（5）来回运动频率。

4.根据权利要求3所述电定标热释电辐射计光学调制装置控制方法，其特征在于，控制器控制信号输出端与电流方向控制电路控制端通过光耦隔离。