CN110913515B - 红外辐射器及其石墨烯发热膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯发热膜，包括：第一导电条；第二导电条，与所述第一导电条间隔相对设置；石墨烯印刷板，若干所述石墨烯印刷板间隔设置在所述第一导电条与所述第二导电条之间，所述石墨烯印刷板的一端与所述第一导电条电气连接，所述石墨烯印刷板的另一端与所述第二导电条电气连接，共同形成电路回路。通过石墨烯加热膜可达99%的电热能转化率，确保红外辐射器发热性能稳定，降低无效损耗。本发明还公开了一种一种红外辐射器。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外辐射器及其石墨烯发热膜，属于红外线散射器领域。
背景技术
红外制导技术是利用红外探测仪器捕获和跟踪目标自身辐射能量来实现寻地制导的技术手段，已广泛应用于空空、空地、地空等精确制导武器中，已实现从点源探测到目标热成像的发展。
目前的红外模拟目标主要采取半导体电热膜、相变材料和电致变反射率材料作为主体制作。半导体电热膜制成的模拟目标温度控制均匀性不高；相变材料由于热惯性不能完全和被模拟目标保持一致，温度无法得到良好控制；电致变反射率材料的制备也处于研究阶段。
发明内容
基于此，本发明提供一种可重构便携式红外辐射器及其石墨烯发热膜，可准确的复现被模拟目标的红外特性。
本发明的技术方案是：一种石墨烯发热膜，包括：
第一导电条；
第二导电条，与所述第一导电条间隔相对设置；
石墨烯印刷板，若干所述石墨烯印刷板间隔设置在所述第一导电条与所述第二导电条之间，所述石墨烯印刷板的一端与所述第一导电条电气连接，所述石墨烯印刷板的另一端与所述第二导电条电气连接，共同形成电路回路。
优选的，所述第一导电条和所述第二导电条均为导电铜条。
本发明还提供一种红外辐射器，包括：
分区发热垫，所述分区发热垫包括如上所述的石墨烯发热膜，若干所述石墨烯发热膜设置在所述分区发热垫上的不同表面位置处；
温度传感器，设置在每个所述石墨烯发热膜上，以测量每个所述石墨烯发热膜的温度；
温度采集控制模块，包括采集模块和控制模块，所述采集模块与所述控制模块电气连接，所述采集模块的温度测量通道与所述温度传感器的输出端电气连接；
供电电源，用于供电；
固态继电器集成模块，包括若干固态继电器，每个所述石墨烯发热膜对应设置有一个所述固态继电器，所述固态继电器的控制电源端与所述控制模块的输出电流电气连接构成电路回路，所述固态继电器的电源输出端与所述供电电源和所述石墨烯发热膜电气连接构成电路回路，由所述控制模块发送命令控制所述固态继电器动作，进而控制所述供电电源是否为所述石墨烯发热膜的加热提供电源。
优选的，还包括远程上位机，所述远程上位机与所述温度采集控制模块通信连接。
优选的，所述分区发热垫还包括粘贴层、隔热层、保护膜和基板，所述粘贴层、隔热层、石墨烯发热膜、保护膜和基板依次相连。
优选的，所述基板为铝板。
优选的，所述保护膜为耐高温PVC胶片。
优选的，所述隔热层为保温棉。
优选的，所述粘贴层为真空板。
本发明的技术原理是：石墨烯材料的生产工艺近年来得到大幅提升，并在各个工业领域得到实际开发应用，生产成本也随之下降，由于其优异的导电性能和轻薄、可弯曲的结构特性，非常适合用于制作异形发热材料。
本发明的有益效果是：1、通过石墨烯加热膜可达99%的电热能转化率，确保红外辐射器发热性能稳定，降低无效损耗；2、基于石墨烯发热膜较薄且可弯曲的轻薄结构特性，可保证发热垫总厚度小于1 cm，达到便携目的；3、可粘贴、可拼装的设计，能实现快速布置、模拟多种类的目标红外特性；4、多点控温、无线控制的方式便于随时安全地改变辐射器红外特性，准确模拟不同目标。
附图说明
图1是本发明的装置示意图；
图2是图1中分区发热垫2的结构示意图；
图3是图2中石墨烯发热膜1的结构示意图。
图中：1、石墨烯发热膜；2、分区发热垫；3、温度采集控制模块；4、第一无线通讯模块；5、固态继电器集成模块；6、供电电源；7、远程上位机；8、第二无线通讯模块，9粘贴层，10隔热层，11保护膜，12基板，101第一导电条，102石墨烯印刷板，103第二导电条。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：
如图1至图3所示，本发明实施例一种石墨烯发热膜，包括第一导电条101、第二导电条103和石墨烯印刷板102。其中第一导电条101和第二导电条103间隔相对设置，并且在第一导电条101和第二导电条103之间间隔设置有若干相互平行的石墨烯印刷板102，石墨烯印刷板102的一端与第一导电条101电气连接，石墨烯印刷板102的另一端与第二导电条103电气连接，共同形成电路回路。当电流由第一导条流入，经石墨烯印刷板102到达第二导电条103，由第二导电条103流出，石墨烯印刷板102中的碳分子团在电场作用下产生剧烈的“布朗运动”，产生的热能以红外辐射和对流的方式向外传递，完成电能与热能的转换，转换率高达98%以上。石墨烯印刷板102是本领域的公知常识，可以通过市售产品得到，在此不再详述。
在一个实施例中，第一导电条101和第二导电条103均为导电铜条，在其他实施方式中，第一导电条101和第二导电条103也可以为其它的导电材料。
本发明实施例一种红外辐射器，包括分区发热垫2、温度传感器、温度采集控制模块3、供电电源6、固态继电器集成模块5和远程上位机7。
分区发热垫2，包括石墨烯发热膜1，若干石墨烯发热膜1设置在分区发热垫2上的不同表面位置处，以实现对分区发热垫2不同位置处的温度控制。
优选的，分区发热垫2还包括粘贴层9、隔热层10、保护膜11和基板12，粘贴层9、隔热层10、石墨烯发热膜1、保护膜11和基板12依次堆叠相连。具体地，基板12可为厚度2 mm的铝板，用于辐射石墨烯发热膜1产生的热量。保护膜11为厚度0.3 mm的耐高温PVC胶片，均匀覆于石墨烯发热膜1的表面，起到防水防腐蚀的作用。石墨烯发热膜1厚度0.4 mm，石墨烯发热膜1可按要求形状布置若干。隔热层10为厚度4 mm的保温棉，用于隔离石墨烯发热膜1热量向粘贴层9方向即被粘贴物体表面传递，达到隔热的效果。粘贴层9为厚度3 mm的真空板，可隔热绝缘，通过胶水或橡皮泥粘接于物体表面，粘贴层9与隔热层10间由粘扣带连接，频繁的粘贴容易造成粘贴层9磨损，若粘贴层9损坏可撕去并更换新的同尺寸粘贴层9，保证分区发热垫2的其余部分可继续使用。
温度传感器，设置在每个石墨烯发热膜1上，以测量每个石墨烯发热膜1的温度。在一个实施例中，温度传感器的测量范围为-60~250℃。
温度采集控制模块3，包括采集模块和控制模块，采集模块与控制模块电气连接，例如两者通过RS485接口通讯。采集模块的温度测量通道与温度传感器的输出端电气连接，用于采集温度传感器反馈的温度信号。控制模块包括信号接收端和信号输出端，信号接收端用于比较采集模块实测的温度值与设置的温度值，由内部逻辑电路判断两者差别，通过信号输出端将差别等量转化为电流输出，可通过无线通讯模块与远程上位机7通讯。
供电电源6，用于为若干石墨烯发热膜1的加热供电。具体地，供电电源6可按发热要求选择单路或多路的直流/交流电源。
固态继电器集成模块5，包括若干固态继电器，每个石墨烯发热膜1对应设置有一个固态继电器，单个固态继电器可控制单块石墨烯发热膜1按设置的温度发热。固态继电器的控制电源端与控制模块的输出电流电气连接构成电路回路，具体地，固态继电器的控制电源端A1与控制模块的信号输出端正极电气连接，固态继电器的控制电源端A2与控制模块的信号输出端负极电气连接。固态继电器的电源输出端与供电电源6和石墨烯发热膜1电气连接构成电路回路，具体地，固态继电器的电源输出端L1通过导线连接至石墨烯发热膜1的第一导电条101，第二导电条103通过导线连接至供电电源6的正极，供电电源6的负极通过导线连接至固态继电器的电源输出端T1。由控制模块发送命令控制固态继电器动作，进而控制供电电源6是否为石墨烯发热膜1的加热提供电源。该种通过直流信号控制交流信号的方式，可保证石墨烯发热膜1按设置温度值持续发热，进而按要求产生红外辐射，温度测量准确度为±0.5℃。
远程上位机7，远程上位机7与温度采集控制模块3通信连接。具体地，温度采集控制模块3与第一无线通讯模块4电气连接，远程上位机7上安装有第二无线通讯模块8，如此远程上位机7可通过无线通讯模块与温度采集控制模块3通讯，远程上位机7运行的温度控制软件可实时监控各个温度传感器的温度测量值，并可按要求设置各个石墨烯发热膜1的发热温度，另根据模拟目标（0~24）h内的红外辐射特性，可编制同时长的多通道温度控制曲线，使各个通道按控温曲线要求持续发热，达到模拟不同目标不同时段红外辐射特性的目的。
在一个实施例中，远程上位机7可同步控制50个分区发热垫22，每秒更新一次温度测量数据，无遮挡环境的无线通讯距离可达3000 m。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种红外辐射器，其特征在于，包括：
分区发热垫（2），所述分区发热垫（2）包括石墨烯发热膜（1），若干所述石墨烯发热膜（1）设置在所述分区发热垫（2）上的不同表面位置处；
温度传感器，设置在每个所述石墨烯发热膜（1）上，以测量每个所述石墨烯发热膜（1）的温度；
温度采集控制模块（3），包括采集模块和控制模块，所述采集模块与所述控制模块电气连接，所述采集模块的温度测量通道与所述温度传感器的输出端电气连接；
供电电源（6），用于供电；
固态继电器集成模块（5），包括若干固态继电器，每个所述石墨烯发热膜（1）对应设置有一个所述固态继电器，所述固态继电器的控制电源端与所述控制模块的输出电流电气连接构成电路回路，所述固态继电器的电源输出端与所述供电电源（6）和所述石墨烯发热膜（1）电气连接构成电路回路，由所述控制模块发送命令控制所述固态继电器动作，进而控制所述供电电源（6）是否为所述石墨烯发热膜（1）的加热提供电源；
远程上位机（7），所述远程上位机（7）与所述温度采集控制模块（3）通信连接；
其中，所述石墨烯发热膜包括：
第一导电条（101）；
第二导电条（103），与所述第一导电条（101）间隔相对设置；
石墨烯印刷板（102），若干所述石墨烯印刷板（102）间隔设置在所述第一导电条（101）与所述第二导电条（103）之间，所述石墨烯印刷板（102）的一端与所述第一导电条（101）电气连接，所述石墨烯印刷板（102）的另一端与所述第二导电条（103）电气连接，共同形成电路回路；
所述分区发热垫（2）还包括粘贴层（9）、隔热层（10）、保护膜（11）和基板（12），所述粘贴层（9）、隔热层（10）、石墨烯发热膜（1）、保护膜（11）和基板（12）依次相连。
2.根据权利要求1所述的红外辐射器，其特征在于，所述第一导电条（101）和所述第二导电条（103）均为导电铜条。
3.根据权利要求1所述的红外辐射器，其特征在于，所述基板（12）为铝板。
4.根据权利要求1所述的红外辐射器，其特征在于，所述保护膜（11）为耐高温PVC胶片。
5.根据权利要求1所述的红外辐射器，其特征在于，所述隔热层（10）为保温棉。
6.根据权利要求1所述的红外辐射器，其特征在于，所述粘贴层（9）为真空板。
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