CN103838273B - 一种用于液体分析的温度控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种由红外发射管（2）组成的加温系统和由红外传感器（10）组成的控制系统的手持式设备使用的温度控制系统，利用红外线加热原理对取样液体直接加热，同时利用红外线温度检测系统控制红外线发射的功率来精确控制温度，由于采用红外线发射专用LED发射管可以迅速的对取样液体加温，没有时间延续，而且由于不需要采用电阻式的靠热传导来加热取样液体所以检测室可以采用非导热材料制成，这样加热所需能量就可以非常小而且升温迅速，另外由于温度控制的检测系统采用了红外线传感器，由于红外线传感器具有低耗能精度高的特点，使得采用本发明的系统组成温度控制系统比现有的方式大大降低了能耗，使得手持式现场检测系统可以真正做到及时高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度控制系统，特别是一种用于液体分析的温度控制系统。
背景技术
卫生防预检测系统为了保证检测精度，对于取样液体的温度都会进行一个恒温处理，这对于在化验室里的一个大型检测系统来说为了达到所需的温度是比较简单的，因为有充足的电力可以提前做好准备，对采样样品的检测区域进行恒温控制，对采样液体也可进行快速的控温处理，可是对于需要进行现场采样分析的系统来说这样就显得比较困难，因为受环境的影响不可能有充足的电力供应，特别是手持式现场检测系统由于受体积的限制，不可能安装大型电池提供温度控制所需的能量，特别是当环境温度较低时不仅所需升温的液体耗能较大，而且低温时电池的效率也会较低，现在市面已知的加热方式是采用电阻式加热方式，这种方式比较简单，成本也较低，国外近期也开发出一些比较节能的方式就是采用陶瓷发热器件加热的方式，但是这些方式都会存在一个耗能比较大，而且升温速度慢，主要是发热器件与容器自身的热容量就比较大，它们首先就要吸取大量的热来达到所需的温度，另外在温度控制的检测方面一般都是采用热电偶方式，这种方式存在反应速度慢精度不高的问题。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术的不足，满足小型化和高精度的要求，提出一种新型的温度控制系统，本发明的技术方案是，利用红外线加热原理对取样液体直接加热，同时利用红外线温度检测系统控制红外线发射的功率来精确控制温度，由于采用红外线发射专用LED发射管可以迅速的对取样液体加温，没有时间延续，而且由于不需要采用电阻式的靠热传导来加热取样液体所以检测室可以采用非导热材料制成，这样加热所需能量就可以非常小而且升温迅速，另外由于温度控制的检测系统采用了红外线传感器，由于红外线传感器具有低耗能精度高的特点，使得采用本发明的系统组成温度控制系统比现有的方式大大降低了能耗，使得手持式现场检测系统可以真正做到及时高效。
本发明采用的是光学系统是固定焦距的透射系统，物镜采用锗透镜，有效通光口径即作为系统的孔径光栏，滤光片一般采用只允许8-14μm红外辐射能通过的材料，红外传感器选用热释电红外传感器，光敏面落在透镜的焦点上，将恒定或缓变的红外辐射变换为交变辐射，被测取样的红外辐射通过透镜聚焦在红外传感器上，红外传感器将红外辐射变换为电信号输出到前置放大器，前置放大器将红外传感器的阻抗变换后对红外输出的微弱信号进行放大，选频放大器只放大与被调制辐射同频率的交流信号，抑制了其它频率的噪声，同步检波电路同时包括倒相器，全波同步检波器，采样保持电路以及滤波器，它将交流输入信号变换成峰值的直流信号输出，加法器的作用是将环境温度变化信号与调制盘的温度测量信号相加，达到环境温度补偿的目的，因为经调制的交变辐射是样本与调制盘环境温度的差值，发射率(ε)调节电路是一个放大电路，成品包装前先用黑体(ε＝1)定标，由于红外辐射与温度不是线性关系，因此红外测量信号与温度也不是线性关系，而是一简单方次关系，线性化电路为一开方电路，通过对数变换作乘法，取反对数就达到了开方目的，相乘的系数就是开方的方次，使得线性化后的红外测量信号与温度成线性关系，同时单片机控制系统输出一个PWM信号到红外发射管的恒流驱动电路上，调节输出电流的大小从而精确控制红外发射管的功率，从而精确控制样本的温度。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：由于不采用电阻式的靠热传导来加热取样液体，而采用红外线发射专用LED发射管可以迅速的对取样液体加温，没有时间延续，所以检测室可以采用非导热材料制成，这样加热所需能量就可以非常小而且升温迅速，另外由于温度控制的检测系统采用了红外线传感器，由于红外线传感器具有低耗能精度高的特点，使得采用本发明的系统组成温度控制系统比现有的方式大大降低了能耗，使得手持式现场检测系统可以真正做到及时高效。
附图说明
图1为本发明的一种用于液体分析的温度控制系统框图。
图2为本发明的一种用于液体分析的温度控制系统恒流驱动电原理图。
具体实施方式
下面结合各图对本发明进行具体说明：
通过图1的框图可以看到，本发明由两部分组成，一个是由红外发射管(2)组成的加温系统和由红外传感器(10)组成的控制系统，在红外发射管(2)前面放置有发射透镜(1)可以将红外发射管(2)发射出来的红外光均匀扩散到整个样本(21)区域，红外发射管(2)采用的是红外发光LED管，这种红外发射管(2)具有效率高的特点，所以自身温升很低，给红外发射管(2)供电的是恒流驱动(3)，恒流驱动(3)采用的是泉芯电子的QX7137型芯片该芯片具有PWM调节功能，可以接受单片机控制系统(20)反馈回来的PWM控制信号，调节发射管的发射功率，控制温升的速率和最终温度；红外传感器(10)组成的控制系统采用的光学系统是固定焦距的透射系统，接收透镜(5)采用热压硫化锌透镜，有效通光口径即作为系统的孔径光栏，滤光片(6)一般采用只允许8-14μm红外辐射能通过的材料，红外传感器(10)选用热释电红外传感器，光敏面落在接收透镜(5)的焦点上，步进电机(9)带动调制盘(7)转动对入射的红外辐射进行斩光，将恒定或缓变的红外辐射变换为交变辐射，被测取样的红外辐射通过接收透镜(5)聚焦在红外传感器(10)上，红外传感器(10)将红外辐射变换为电信号输出到前置放大器(12)，前置放大器(12)将红外传感器(10)的阻抗变换后对红外输出的微弱信号进行放大，选频放大器(13)只放大与被调制辐射同频率的交流信号，抑制了其它频率的噪声，同步检波电路(14)同时包括倒相器，全波同步检波器，采样保持电路以及滤波器，它将交流输入信号变换成峰值的直流信号输出，加法器(16)的作用是将温度传感器(8)经放大器(11)放大后的环境温度变化信号与调制盘的温度测量信号相加，达到环境温度补偿的目的，因为经调制的交变辐射是样本与调制盘环境温度的差值，发射率(ε)调节电路(17)是一个放大电路，系统先用黑体(ε＝1)定标，由于红外辐射与温度不是线性关系，因此红外测量信号与温度也不是线性关系，而是一简单方次关系，线性化电路(18)为一开方电路，通过对数变换作乘法，取反对数就达到了开方目的，相乘的系数就是开方的方次，使得线性化后的红外测量信号与温度成线性关系，A/D变换器(19)提供信号从模拟量变换成数字量输出到单片机控制系统(20)，同时单片机控制系统输出一个PWM信号到红外发射管的恒流驱动(3)上，调节输出电流的大小从而精确控制红外发射管(2)的功率，从而精确控制样本的温度。
另外红外传感器(10)组成的控制系统也可以采用反射式光学系统，系统采用玻璃反射镜，表面镀金等在红外波段反射率高低材料；透过式光学系统的透镜要选用红外光学材料制造，根据红外波长选择材料，一般可选用氟化镁，氧化镁，锗，热压硫化锌等材料，本发明采用的是比较适合在中远红外波段的热压硫化锌，同时在镜片表面蒸镀红外增透层增大有用波段的透过率。
除了上述以外本发明所属技术领域的普通技术人员也都能理解到，在此说明和图示的具体实施例都可以进一步变动结合。例如，可以将红外发射管换为其它类型的红外发射管，比如采用石英灯型红外发射管。
虽然本发明是就其较佳实施例予以示图说明的，但是熟悉本技术的人都可理解到，在所述权利要求书中所限定的本发明的精神和范围内，还可对本发明作出种种改动和变动。
Claims (6)
1.一种用于液体分析的温度控制系统，其特征是包括一个由红外发射管(2)组成的加温系统和由红外传感器(10)组成的控制系统，在红外发射管(2)前面放置有发射透镜(1)，红外发射管(2)采用的是红外发光LED管，将红外发射管(2)接到恒流驱动(3)上，恒流驱动(3)采用的是具有PWM调节功能的QX7137型芯片，接收单片机控制系统(20)反馈回来的PWM控制信号；红外传感器(10)组成的控制系统采用的光学系统是固定焦距的透射系统，接收透镜(5)采用热压硫化锌透镜，滤光片(6)设置在接收透镜(5)与红外传感器(10)之间，红外传感器(10)选用热释电红外传感器，光敏面落在接收透镜(5)的焦点上，接收透镜(5)聚焦在红外传感器(10)上，红外传感器(10)将红外辐射变换为电信号输出到前置放大器(12)，前置放大器(12)将红外传感器(10)的阻抗变换后对红外输出的微弱信号进行放大，所述的前置放大器(12)接在红外传感器(10)与选频放大器(13)之间，选频放大器(13)只放大与被调制辐射同频率的交流信号，同步检波电路(14)接在选频放大器(13)与加法器(16)之间，所述同步检波电路(14)同时包括倒相器，全波同步检波器，采样保持电路以及滤波器，加法器(16)将温度传感器(8)经放大器(11)放大后的环境温度变化信号与同步检波电路(14)的输出信号相加，进行环境温度补偿，发射率(ε)调节电路(17)为一个放大电路接在加法器(16)与性化电路(18)之间，线性化电路(18)接在发射率(ε)调节电路与A/D变换器(19)之间，所述线性化电路(18)使线性化后的红外测量信号与温度成线性关系，同时单片机控制系统(20)输出一个PWM信号到红外发射管的恒流驱动(3)上控制红外发射管(2)的功率，所述单片机控制系统(20)接在A/D变换器(19)与恒流驱动(3)之间。
2.如权利要求1所述的一种用于液体分析的温度控制系统，其特征是所述的接收透镜(5)镜片表面蒸镀有红外增透层。
3.如权利要求1所述的一种用于液体分析的温度控制系统，其特征是所述的接收透镜(5)选用的是锗材料。
4.如权利要求1所述的一种用于液体分析的温度控制系统，其特征是所述的红外传感器(10)组成的系统采用的是反射式光学系统。
5.如权利要求4所述的一种用于液体分析的温度控制系统，其特征是所述的反射式光学系统采用玻璃反射镜。
6.如权利要求5所述的一种用于液体分析的温度控制系统，其特征是所述的玻璃反射镜表面蒸镀有金。
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