CN105929872A - 一种中温面源辐射源的温度控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中温面源辐射源的温度控制装置及方法，属于温度控制技术领域，包括电源模块、温控模块、辐射头模块、嵌入式计算机控制模块以及光电隔离器。本发明通过精密控温测量模块精密控制中温面源辐射源的辐射板，利用动态调整控温功率、多点非线性校正等技术，实现大面积、宽波段的红外辐射输出，提高了温度稳定性、均匀性及升降温时间等主要性能参数。
Description
技术领域
本发明属于温度控制技术领域，具体涉及一种中温面源辐射源的温度控制装置及方法。
背景技术
目前中温面源辐射源的研制主要集中在腔式点源辐射源上，腔式点源辐射源开孔较小，很难直接附加在仪器上，需与平行光管配合才能作为基准辐射源，使用起来不方便；而大辐射面的面源辐射源，出射的辐射可以充满视场，方便校准和测量，而且可以提高测量和校准的精度。
高性能中温面源辐射源作为宽带红外参考源，其波长范围覆盖了从近红外到远红外波段，是红外测试和校准的基本仪器，被广泛应用于红外传感器的校准，如辐射温度计、红外热像仪；可以被应用于样品辐射率或透过率的测量、实际红外目标及集成到测试系统中；还可以用于无准直仪时实验室内或野外测试中的红外传感器的标定。高性能中温面源辐射源是红外武器系统研发中的重要测试仪器，对红外武器系统研制与生产中的产品测试、性能检测、效能评估、维护保障等方面具有重大意义，其性能的好坏关系到这些项目的性能发挥，甚至是成败的关键，具有广阔的用途，需求量非常大。
目前实现中温面源辐射源温度控制的方法主要有液体循环法、帕尔贴半导体法、电热丝加热法。液体循环法，温度均匀性通过控温传热流体得以维持，不同辐射面需要的水流量不同，且液体冷却装置影响仪器的便携性；帕尔贴半导体法采用帕尔贴半导体器件加热，但是受其自身功率的限制，难以到达几百度的温度，且存在温度变化速率较慢、加热面积小需要拼接等技术与工艺问题；电热丝加热法电热转换效率高，耐高温、寿命长，但是传统的方案存在加热慢、温度均匀性差等问题，需要进行设计优化。
现有的中温面源辐射源升降温稳定时间长，影响了使用效率；电热电阻丝的绕制设计及工艺存在问题，导致了温度均匀性指标差；温度准确度校准采用的二点校正法，非线性误差大；弱电反馈及远程控制与大功率加热的强电部分隔离度差，影响了仪器整机的电磁兼容性。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种中温面源辐射源设计装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的推广效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种中温面源辐射源的温度控制装置，包括电源模块、温控模块、辐射头模块、嵌入式计算机控制模块以及光电隔离器；
所述温控模块包括精密控温测量模块、交流电源负反馈模块以及单相交流调压模块，所述精密控温测量模块、交流电源负反馈模块以及单相交流调压模块通过线路依次连接；
所述精密控温测量模块包括温度测量单元、温度设定单元和控制信号单元，所述温度测量单元和温度设定单元分别与控制信号单元通过线路连接；
所述温度设定单元，被配置为用于设置中温面源辐射源的目标温度；
所述温度测量单元，被配置为用于实时测量中温面源辐射源当前的温度值；
所述精密控温测量模块通过控制信号单元与交流电源负反馈模块以及单相交流调压模块通过线路依次连接；
所述辐射头模块包括加热电阻丝、直流风扇以及Pt100铂电阻；所述辐射头模块通过加热电阻丝与精密控温测量模块中的单相交流调压模块通过线路连接；所述辐射头模块通过Pt100铂电阻与精密控温测量模块中的温度测量单元通过线路连接；
所述温度测量单元和温度设定单元分别通过光电隔离器与嵌入式计算机控制模块通过线路连接；
所述光电隔离器，被配置为用于隔离嵌入式计算机控制模块输出的弱电信号与温控模块输出的强电信号；即进行弱电反馈及远程控制与大功率加热的强电部分的隔离，提高仪器整机的电磁兼容性；
所述电源模块，被配置为用于为温控模块、辐射头模块以及嵌入式计算机控制模块供电。
优选地，所述嵌入式计算机控制模块通过线路还连接有LCD显示模块、硬盘以及外部接口模块。
优选地，所述加热电阻丝非均匀性的绕制在辐射头模块上。
此外，本发明还提到一种中温面源辐射源的温度控制方法，该方法采用如上所述的一种中温面源辐射源的温度控制装置，按照如下步骤进行：
步骤1：在中温面源辐射源上电时检测其硬件参数及状态；
步骤2：通过精密控温测量模块中的温度设定单元设置中温面源辐射源的目标温度；通过精密控温测量模块中的温度测量单元实时测量中温面源辐射源当前的温度值；
步骤3：比较中温面源辐射源当前的温度值与设置的目标温度值的大小，如果中温面源辐射源当前的温度值小于设置的目标温度值，则执行步骤4；如果中温面源辐射源当前的温度值大于设置的目标温度值，则执行步骤5；
步骤4：通过加热辐射头模块中的加热电阻丝使辐射头模块升温；
步骤5：通过辐射头模块中的直流风扇进行散热使辐射头模块降温；
步骤6：利用温度控制模块中的单相交流调压模块和交流电压负反馈模块，通过Fuzzy和PID复合控制技术找出调节量，对中温面源辐射源的辐射板进行温控，通过不断调整加热电阻丝的控温功率，实现对中温面源辐射源的温度控制。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明提出了一种中温面源辐射源设计装置及方法，与现有技术相比，本发明通过精密控温测量模块精密控制中温面源辐射源的辐射板，利用控温功率动态调整的快速升温技术、多点非线性校正的温度准确度修正技术、加热电阻丝的非均匀性绕制技术以及光电隔离器的强弱电隔离技术，实现了大面积、宽波段的红外辐射输出，提高了温度的稳定性和均匀性，降低了升降温时间，具有辐射面大、辐射均匀性高、辐射温度准确度高以及电磁兼容性好的优点。
附图说明
图1为本发明一种中温面源辐射源温度控制装置的硬件原理图。
图2为本发明一种中温面源辐射源温度控制方法的流程框图。
其中，1-电源模块；2-温控模块；3-辐射头模块；4-嵌入式计算机控制模块；5-RS232光电隔离器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1所示的一种中温面源辐射源的温度控制装置，包括电源模块1、温控模块2、辐射头模块3、嵌入式计算机控制模块4以及RS232光电隔离器5。
所述温控模块2包括精密控温测量模块、交流电源负反馈模块以及单相交流调压模块，所述精密控温测量模块、交流电源负反馈模块以及单相交流调压模块通过线路依次连接。
所述精密控温测量模块包括温度测量单元、温度设定单元和控制信号单元，所述温度测量单元和温度设定单元分别与控制信号单元通过线路连接。
所述温度设定单元，被配置为用于设置中温面源辐射源的目标温度。
所述温度测量单元，被配置为用于实时测量中温面源辐射源当前的温度值。
所述精密控温测量模块通过控制信号单元与交流电源负反馈模块以及单相交流调压模块通过线路连接。
所述辐射头模块3包括加热电阻丝、直流风扇以及Pt100铂电阻；所述辐射头模块3通过加热电阻丝与精密控温测量模块中的单相交流调压模块通过线路连接；所述辐射头模块3通过Pt100铂电阻与精密控温测量模块中的温度测量单元通过线路连接。
所述温度测量单元和温度设定单元分别通过RS232光电隔离器5与嵌入式计算机控制模块4通过线路连接。
所述RS232光电隔离器5，被配置为用于隔离嵌入式计算机控制模块4输出的弱电信号与温控模块3输出的强电信号；即进行弱电反馈及远程控制与大功率加热的强电部分的隔离，提高仪器整机的电磁兼容性；
所述电源模块1，被配置为用于为温控模块2、辐射头模块3以及嵌入式计算机控制模块4供电。
所述嵌入式计算机控制模块4通过线路还连接有LCD显示模块、硬盘以及外部接口模块。
所述加热电阻丝非均匀性的绕制在辐射头模块上。
实施例2：
在上述实施例的基础上，本发明还提到一种中温面源辐射源的温度控制方法(如图2所示)，按照如下步骤进行：
步骤1：在中温面源辐射源上电时检测其硬件参数及状态；
步骤2：通过精密控温测量模块中的温度设定单元设置中温面源辐射源的目标温度；通过精密控温测量模块中的温度测量单元实时测量中温面源辐射源当前的温度值；
步骤3：比较中温面源辐射源当前的温度值与设置的目标温度值的大小，如果中温面源辐射源当前的温度值小于设置的目标温度值，则执行步骤4；如果中温面源辐射源当前的温度值小大于设置的目标温度值，则执行步骤5；
步骤4：通过加热辐射头模块中的加热电阻丝使辐射头模块升温；
步骤5：通过辐射头模块中的直流风扇进行散热使辐射头模块降温；
步骤6：利用温度控制模块中的单相交流调压模块和交流电压负反馈模块，通过Fuzzy和PID复合控制技术找出调节量，对中温面源辐射源的辐射板进行温控，通过不断调整加热电阻丝的控温功率，实现对中温面源辐射源的温度控制。
本发明通过精密控温测量模块精密控制中温面源辐射源的辐射板，利用控温功率动态调整的快速升温技术、多点非线性校正的温度准确度修正技术、加热电阻丝的非均匀性绕制技术以及RS232光电隔离器的强弱电隔离技术，实现了大面积、宽波段的红外辐射输出，提高了温度的稳定性和均匀性，降低了升降温时间，具有辐射面大、辐射均匀性高、辐射温度准确度高以及电磁兼容性好的优点。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种中温面源辐射源的温度控制装置，其特征在于：包括电源模块、温控模块、辐射头模块、嵌入式计算机控制模块以及光电隔离器；
所述温控模块包括精密控温测量模块、交流电源负反馈模块以及单相交流调压模块，所述精密控温测量模块、交流电源负反馈模块以及单相交流调压模块通过线路依次连接；
所述精密控温测量模块包括温度测量单元、温度设定单元和控制信号单元，所述温度测量单元和温度设定单元分别与控制信号单元通过线路连接；
所述温度设定单元，被配置为用于设置中温面源辐射源的目标温度；
所述温度测量单元，被配置为用于实时测量中温面源辐射源当前的温度值；
所述精密控温测量模块通过控制信号单元与交流电源负反馈模块以及单相交流调压模块通过线路依次连接；
所述辐射头模块包括加热电阻丝、直流风扇以及Pt100铂电阻；所述辐射头模块通过加热电阻丝与精密控温测量模块中的单相交流调压模块通过线路连接；所述辐射头模块通过Pt100铂电阻与精密控温测量模块中的温度测量单元通过线路连接；
所述温度测量单元和温度设定单元分别通过光电隔离器与嵌入式计算机控制模块通过线路连接；
所述光电隔离器，被配置为用于将嵌入式计算机控制模块与温控模块分别输出的电信号进行隔离；
所述电源模块，被配置为用于为温控模块、辐射头模块以及嵌入式计算机控制模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种中温面源辐射源的温度控制装置，其特征在于：所述嵌入式计算机控制模块通过线路还连接有LCD显示模块、硬盘以及外部接口模块。
3.根据权利要求1所述的一种中温面源辐射源的温度控制装置，其特征在于：所述加热电阻丝非均匀性的绕制在辐射头模块上。
4.一种中温面源辐射源的温度控制方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种中温面源辐射源的温度控制装置，按照如下步骤进行：
步骤1：在中温面源辐射源上电时检测其硬件参数及状态；
步骤2：通过精密控温测量模块中的温度设定单元设置中温面源辐射源的目标温度；通过精密控温测量模块中的温度测量单元实时测量中温面源辐射源当前的温度值；
步骤3：比较中温面源辐射源当前的温度值与设置的目标温度值的大小，如果中温面源辐射源当前的温度值小于设置的目标温度值，则执行步骤4；如果中温面源辐射源当前的温度值大于设置的目标温度值，则执行步骤5；
步骤4：通过加热辐射头模块中的加热电阻丝使辐射头模块升温；
步骤5：通过辐射头模块中的直流风扇进行散热使辐射头模块降温；
步骤6：利用温度控制模块中的单相交流调压模块和交流电压负反馈模块，通过Fuzzy和PID复合控制技术找出调节量，对中温面源辐射源的辐射板进行温度控制，通过不断调整加热电阻丝的控温功率，实现对中温面源辐射源的温度控制。
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