CN105222897A - 一种定量型高温红外辐射源系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种定量型高温红外辐射源系统，包括：辐射模块、控制器以及用于为定量型高温红外辐射模块系统提供电力的电源；其中，辐射模块包括：反射板、设置于反射板的一侧的保温材料、设置于反射板的另一侧的陶瓷支架、以及架设在陶瓷支架上的硅碳棒阵列；硅碳棒阵列的两端分别与控制器连接，用于在控制器的控制下产生高温红外辐射。根据本发明，能够实现辐射温度的精确控制，并提高辐射强度。

Description

一种定量型高温红外辐射源系统

技术领域

本发明涉及光电产品应用技术领域，尤其涉及一种定量型高温红外辐射源系统。

背景技术

在红外制导导弹研制过程中，需要对飞试弹进行陆上闭合试验，即飞试弹在红外导引头导引下攻击靶标。靶标通常模拟的是飞行目标的尾喷口，具有高温、高辐射强度的特点，并且有一定的形状。不同类型的红外制导导弹对红外辐射源的温度和红外辐射强度有不同的定量指标要求。

靶标实际上就是一种高温红外辐射源，现有的用于靶标的红外辐射源为非专用设备，有的还是自行研制的非定量设备，其红外辐射强度、红外辐射亮度等红外特征受环境天气影响较大，比如大量使用可见光曳光管或者其他发热体替代，其结构简单，虽然红外辐射较强，但不具备精确温度控制能力，更不能提供稳定可靠的红外辐射特性。

基于以上认识，研制一种定量的快速响应的高温红外辐射源显得十分迫切，定量高温红外辐射源将有力支撑我军红外制导武器装备的研制过程及相关技术的研究和应用，有效缩短型号陆上研制进程，将直接推动我军武器系统的研制建设。

发明内容

本发明提供了一种定量型高温红外辐射源系统，能够实现辐射温度的精确控制并提高辐射强度，适于在野外使用。

根据本发明的定量型高温红外辐射源系统包括：辐射模块、控制器以及用于为定量型高温红外辐射模块系统提供电力的电源；其中，

所述辐射模块用于产生高温红外辐射，包括：反射板、设置于所述反射板的一侧的保温材料、设置于所述反射板的另一侧的陶瓷支架、以及架设在所述陶瓷支架上的硅碳棒阵列；

所述硅碳棒阵列的两端分别与所述控制器连接，用于在所述控制器的控制下产生高温红外辐射，包括：一根硅碳棒，或者，通过导线首尾相连的至少两根硅碳棒；所述硅碳棒的两端分别架设在所述陶瓷支架上。

优选地，所述反射板为弧形结构，所述保温材料设置于所述弧形结构的外侧弧面上，所述陶瓷支架设置在所述弧形结构的内侧弧面上。

优选地，所述至少两根硅碳棒在所述陶瓷支架上均匀分布。

优选地，所述至少两根硅碳棒相互平行、且间隔均匀地架设在所述陶瓷支架上。

优选地，所述定量型高温红外辐射模块系统进一步包括：温度监测模块；

所述温度监测模块与所述控制器相连，用于监测所述辐射模块的实时辐射温度，并将所述实时辐射温度传输给所述控制器。

优选地，所述温度监测模块包括测温热电偶；所述测温热电偶固定地设置在所述反射板或者所述硅碳棒阵列上。

优选地，所述控制器包括：

参数设置单元，用于预先设置所述硅碳棒阵列的工作温度，并将所述工作温度传输至控制单元；

控制单元，用于根据接收的所述工作温度，控制所述硅碳棒阵列在所述工作温度下工作。

优选地，所述参数设置单元进一步用于：预先设置所述硅碳棒阵列的工作电压和电流，并将所述工作电压和电流传输至控制单元；

所述控制单元进一步用于：根据接收的所述工作电压和电流，控制所述硅碳棒阵列在所述工作电压和电流下达到所述工作温度。

优选地，所述定量型高温红外辐射模块系统进一步包括：温度监测模块，用于监测所述辐射模块的实时辐射温度，并将所述实时辐射温度传输给所述控制器；

所述控制器进一步包括：

温度比较单元，用于接收所述温度监测模块传输的所述实时辐射温度，将接收的所述实时辐射温度与预先设置的所述工作温度进行比较；若所述实时辐射温度低于所述工作温度，则提高施加在所述硅碳棒阵列两端的电压和/或电流；若所述实时辐射温度高于所述工作温度，则降低施加在所述硅碳棒阵列两端的电压和/或电流，使所述硅碳棒阵列在所述工作温度下工作。

优选地，所述定量型高温红外辐射模块系统进一步包括：温度监测模块，用于监测所述辐射模块的实时辐射温度，并将所述实时辐射温度传输给所述控制器；

所述控制器进一步包括：

温度显示单元，用于接收所述温度监测模块传输的所述实时辐射温度并显示。

本发明的定量型高温红外辐射源系统包括：辐射模块、控制器以及用于为定量型高温红外辐射模块系统提供电力的电源；其中，辐射模块包括：反射板、设置于反射板的一侧的保温材料、设置于反射板的另一侧的陶瓷支架、以及架设在陶瓷支架上的硅碳棒阵列；硅碳棒阵列的两端分别与控制器连接，用于在控制器的控制下产生高温红外辐射。硅碳棒能够耐高温，且其辐射强度、辐射亮度与辐射温度和辐射波长之间近似符合普朗克黑体辐射定律，因此采用硅碳棒阵列作为辐射源能够实现辐射温度的精确控制；在反射板的一侧设置保温材料、并将硅碳棒阵列设置在反射板的另一侧，能够使定量型高温红外辐射源系统进行单向辐射和二次反射，提高辐射强度。

附图说明

图1为本发明优选实施例的定量型高温红外辐射源系统的示意图。

图2为图1中保温材料、陶瓷支架与反射板的相对位置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本发明通过采用硅碳棒阵列作为辐射源，并使定量型高温红外辐射源系统进行单向辐射，能够实现辐射温度的精确控制，提高辐射强度。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。本发明中，定量型高温红外辐射源系统采用如图1所示的结构，包括：辐射模块3、控制器2以及用于为定量型高温红外辐射模块系统提供电力的电源1。

辐射模块3用于在控制器2的控制下产生高温红外辐射。在红外制导导弹研制过程中，需要对飞试弹进行陆上闭合试验，即飞试弹在红外导引头导引下攻击靶标。靶标通常模拟的是飞行目标的尾喷口，为了减少或避免靶标迎风面的气流对辐射模块3的辐射强度和辐射亮度的影响，必须对迎风面进行保温处理。本发明中，辐射模块3包括反射板31，在反射板31的迎风侧设置有保温材料35，用于防止迎风面的气流对辐射模块3的影响，加强辐射模块3迎风面的保温效果。

反射板31的背对于保温材料35的一侧设置有陶瓷支架32，辐射源架设在陶瓷支架32上。辐射源产生红外辐射后，朝向反射板31方向的红外辐射会被反射板31反射，因此本发明中的辐射模块可以进行单向辐射和二次反射，从而加大定量型高温红外辐射源系统的辐射强度。为了进一步加大单向辐射和二次反射的效果，根据本发明的优选实施例，反射板31为弧形结构，保温材料35设置于弧形结构的外侧弧面上，陶瓷支架32设置在弧形结构的内侧弧面上，参见图2。

在设计红外靶标时，必须实现红外辐射源工作温度的精确调节和控制，才能满足对红外靶标的辐射强度和辐射亮度的要求。现有技术中大量使用可见光曳光管或者其他发热体作为红外辐射源，但是这种红外辐射源不具备精确的温度控制能力，而且这种红外辐射源的辐射强度、辐射亮度等红外特征受环境天气影响较大，因此无法提供稳定可靠的红外辐射特性。硅碳棒能够耐高温，其在大气环境中的正常使用温度可达1450℃，完全能够满足用于设计红外靶标的定量型高温红外辐射源的工作温度要求，而且硅碳棒的升温快、高温变形小，因此可以用来设计红外靶标的定量型高温红外辐射源。

硅碳棒在一定波长范围内可以近似为灰体，根据普朗克黑体辐射定律，硅碳棒在单位波长间隔内向周围空间发射的辐射功率与波长和温度的关系近似为：

$W_{\mathrm{\λ}}=\frac{2{\mathrm{\πhc}}^2}{{\mathrm{\λ}}^5}\frac{1}{e^{ch/\mathrm{\λ}kT}-1}$ 公式1

其中，λ表示辐射波长，W_λ表示辐射功率，h普朗克常数，T表示辐射温度，c为光速，k玻尔兹曼常数。根据公式1控可知，通过控制硅碳棒的辐射温度即可控制硅碳棒的辐射功率。

本发明中的辐射源为硅碳棒阵列33，硅碳棒阵列33的两端分别与控制器2连接，用于在控制器2的控制下产生高温红外辐射。硅碳棒阵列33中硅碳棒的数量，可以根据每根硅碳棒的辐射强度、辐射亮度、以及在靶标设计过程中对红外辐射源的辐射强度和辐射亮度的要求进行确定。比如，改变阵列33可以仅包括包括一根硅碳棒，也可以包括通过导线34首尾相连的至少两根硅碳棒，硅碳棒的两端分别架设在陶瓷支架32上。为了减低定量型高温红外辐射源系统工作过程中由于导线发热对辐射温度的影响，优选地，导线34采用电阻率较低的铜线。本发明实施例中，以硅碳棒阵列33包含6根硅碳棒为例进行说明。为了保证硅碳棒阵列33产生的红外辐射的均匀性，根据本发明的优选实施例，当硅碳棒阵列33包括至少两根硅碳棒时，该至少两根硅碳棒在陶瓷支架32上均匀分布。优选地，该至少两根硅碳棒相互平行、且间隔均匀地架设在陶瓷支架32上。

控制器2用于控制硅碳棒阵列33产生红外辐射，根据本发明的优选实施例，控制器2包括：参数设置单元(图中未示出)和控制单元(图中未示出)。参数设置单元，用于设置硅碳棒阵列33的预设工作温度，并将该预设工作温度传输至控制单元；控制单元，根据接收的预设工作温度，控制硅碳棒阵列33在该预设工作温度下工作。优选地，参数设置单元进一步用于：设置硅碳棒阵列33的预设工作电压和电流，并将该预设工作电压和电流传输至控制单元；控制单元进一步用于：根据接收的预设工作电压和电流，控制硅碳棒阵列33在预设工作电压和电流下达到工作温度。

不管是硅碳棒阵列33的预设工作电压和电流、还是硅碳棒阵列33的预设工作温度，都需要根据辐射功率、辐射波长和辐射温度，以普朗克黑体辐射定律为基础经过计算获取。由于硅碳棒只是近似与灰体，其辐射功率与辐射波长和辐射温度之间并不是严格遵循普朗克黑体辐射定律的，因此计算出的理论值与实际值之间存在误差。控制器的控制精度以及辐射模块的辐射损耗也有可能使辐射模块3的实际辐射温度偏离预先设定的工作温度。

为了获取辐射模块3的实时辐射温度，根据本发明的优选实施例，定量型高温红外辐射模块系统进一步包括：温度监测模块。该温度监测模块与控制器2相连，用于监测辐射模块3的实时辐射温度，并将实时辐射温度传输给控制器2。优选地，温度监测模块包括测温热电偶5。测温热电偶5的数量可以是一个、两个或多个，当测温热电偶5的数量为两个或两个以上时，可以将所有热电偶检测的实时温度的平均值作为辐射模块3的实时辐射温度并传输给控制器2。测温热电偶5可以固定地设置在反射板31上，也可以固定在或者硅碳棒阵列33上。

为了避免辐射模块3的实际辐射温度偏离预先设定的工作温度，从而实现红外辐射源工作温度的精确调节和控制，根据本发明的优选实施例，控制器2进一步包括：温度比较单元，用于接收温度监测模块传输的实时辐射温度，将接收的实时辐射温度与预先设置的工作温度进行比较；若实时辐射温度低于工作温度，则提高施加在硅碳棒阵列两端的电压和/或电流；若实时辐射温度高于工作温度，则降低施加在硅碳棒阵列两端的电压和/或电流，使硅碳棒阵列在工作温度下工作。控制器2还可以进一步包括存储单元。存储单元根据接收的实时辐射温度与预先设置的工作温度的关系，建立硅碳棒阵列33的预设工作温度与辐射模块3的辐射温度之间的对应关系，然后根据拟获得的辐射温度查询该对应关系，获得与该辐射温度对应的硅碳棒阵列33的预设工作温度。和/或存储单元根据接收的实时辐射温度与预先设置的工作温度的关系，建立硅碳棒阵列33的预设工作电压和电流与辐射模块3的辐射温度之间的对应关系，然后根据拟获得的辐射温度查询该对应关系，获得与该辐射温度对应的硅碳棒阵列33的预设工作电压和电流。

根据本发明的定量型高温红外辐射模块系统的控制器还可以进一步包括：温度显示单元，用于接收温度监测模块传输的实时辐射温度并显示。

为了获取定量型高温红外辐射模块系统工作过程中的各种参数数据，根据本发明的定量型高温红外辐射模块系统还可以包括与控制器2连接的远程记录模块4。定量型高温红外辐射模块系统工作过程中，远程记录模块4能够从控制器2获取硅碳棒阵列33的预设工作电压和电流、预设工作温度以及辐射模块3的实时辐射温度等数据，并存储。

与现有技术相比，本发明实施例通过采用硅碳棒阵列作为辐射源，并使定量型高温红外辐射源系统进行单向辐射，能够实现辐射温度的精确控制，提高辐射强度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种定量型高温红外辐射源系统，包括：辐射模块、控制器以及用于为定量型高温红外辐射模块系统提供电力的电源；其中，

所述辐射模块用于产生高温红外辐射，包括：反射板、设置于所述反射板的一侧的保温材料、设置于所述反射板的另一侧的陶瓷支架、以及架设在所述陶瓷支架上的硅碳棒阵列；

所述硅碳棒阵列的两端分别与所述控制器连接，用于在所述控制器的控制下产生高温红外辐射，包括：一根硅碳棒，或者，通过导线首尾相连的至少两根硅碳棒；所述硅碳棒的两端分别架设在所述陶瓷支架上。

2.如权利要求1所述的定量型高温红外辐射源系统，其中，所述反射板为弧形结构，所述保温材料设置于所述弧形结构的外侧弧面上，所述陶瓷支架设置在所述弧形结构的内侧弧面上。

3.如权利要求2所述的定量型高温红外辐射源系统，其中，所述至少两根硅碳棒在所述陶瓷支架上均匀分布。

4.如权利要求3所述的定量型高温红外辐射源系统，其中，所述至少两根硅碳棒相互平行、且间隔均匀地架设在所述陶瓷支架上。

5.如权利要求1所述的定量型高温红外辐射源系统，进一步包括：温度监测模块；

所述温度监测模块与所述控制器相连，用于监测所述辐射模块的实时辐射温度，并将所述实时辐射温度传输给所述控制器。

6.如权利要求5所述的定量型高温红外辐射源系统，其中，所述温度监测模块包括测温热电偶；所述测温热电偶固定地设置在所述反射板或者所述硅碳棒阵列上。

7.如权利要求1所述的定量型高温红外辐射源系统，其中，所述控制器包括：

参数设置单元，用于预先设置所述硅碳棒阵列的工作温度，并将所述工作温度传输至控制单元；

控制单元，用于根据接收的所述工作温度，控制所述硅碳棒阵列在所述工作温度下工作。

8.如权利要求7所述的定量型高温红外辐射源系统，其中，

所述参数设置单元进一步用于：预先设置所述硅碳棒阵列的工作电压和电流，并将所述工作电压和电流传输至控制单元；

所述控制单元进一步用于：根据接收的所述工作电压和电流，控制所述硅碳棒阵列在所述工作电压和电流下达到所述工作温度。

9.如权利要求7或8所述的定量型高温红外辐射源系统，进一步包括：温度监测模块，用于监测所述辐射模块的实时辐射温度，并将所述实时辐射温度传输给所述控制器；

所述控制器进一步包括：

温度比较单元，用于接收所述温度监测模块传输的所述实时辐射温度，将接收的所述实时辐射温度与预先设置的所述工作温度进行比较；若所述实时辐射温度低于所述工作温度，则提高施加在所述硅碳棒阵列两端的电压和/或电流；若所述实时辐射温度高于所述工作温度，则降低施加在所述硅碳棒阵列两端的电压和/或电流，使所述硅碳棒阵列在所述工作温度下工作。

10.如权利要求7所述的定量型高温红外辐射源系统，进一步包括：温度监测模块，用于监测所述辐射模块的实时辐射温度，并将所述实时辐射温度传输给所述控制器；

所述控制器进一步包括：

温度显示单元，用于接收所述温度监测模块传输的所述实时辐射温度并显示。