CN115866854A - 控制红外光源功率恒定的方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了一种控制红外光源功率恒定的方法，其中包括如下步骤：步骤S1、微处理器产生初级调制信号以调制IR源的频率；步骤S2、电压驱动模块采集IR源的实际电压，电流检测模块采集IR源的实际驱动电流；步骤S3、设定IR源的预设功率，根据实际电压和实际驱动电流计算得出IR源的实际功率；步骤S4，若实际功率大于或小于预设功率，微处理器再产生次级调制信号调制IR源的频率，次级调制信号的频率大于初级调制信号的频率。根据本发明，基于PWM信号向非色散红外光源供电从而控制红外光源的功率恒定。本发明的实施例还公开了一种控制红外光源功率恒定的电路。
Description
技术领域
本发明涉及非色散红外探测领域，特别涉及一种控制红外光源功率恒定的方法及电路。
背景技术
非色散红外Non-Dispersive InfraRed(NDIR)检测技术是一种由红外光源、气体采样室、红外探测器、电路和软件算法组成的气体分析检测系统之一，它可以测量特定气体的种类和浓度。使用NDIR(非色散红外)电池通过IR吸光度测量所选气体的量。典型地以某种方式调制来自发射器的IR信号，从而可以从期望的测量信号中去除热背景信号。通常用于调制发射器的两种方法是机械地切断光或者可选地脉冲传送到发射器的电功率。控制发射器脉冲功率的一种方法是控制发射器脉冲电压电平。这被称作主调制。
通常，NDIR用一个广谱的光源作为红外探测仪器的红外光源，红外光源的红外光束穿过待测气体，透过窄带滤波片，到达红外探测器。通过测量进入红外探测器的红外光束的强度，来计算被测气体的浓度。当气体采样室没有被测气体时，红外光束强度是最强的；当待测气体进入到采样室之中，待测气体对红外光束进行特定光谱波段吸收，这样，到达探测器红外光束的光强就减弱了。通过标定零点和测量点红外光吸收的程度和拟合浓度曲线，仪器就能够算出被测气体的浓度了,这种通过测量红外光束的光强来测气体浓度的方式需要使红外光源的功率保持恒定，波动极小。现有的红外光源控制方式都是直接采用恒定电压给红外光源供电，由于制造工艺等的限制，即使是同一厂家生产的同一型号红外光源的电阻值也有微小差异，且红外光源在通电后由于温度的变化其自身阻值也会发生改变，由于红外光源的功率:
采用恒定电压供电时，红外光源的电阻值的差异和变动会造成红外光源功率的变化，进而使发出的光强产生变化，而红外探测器正是通过接收到的光强差来测量气体浓度，因此红外光源自身功率的变化会使红外探测器产生测量误差，所以亟需一种精准控制光源功率恒定的方法。
发明内容
本发明的实施例提供一种控制红外光源功率恒定的方法及电路，基于PWM信号向非色散红外光源供电从而控制红外光源的功率恒定。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例公开了如下技术方案：
一方面，提供了一种控制红外光源功率恒定的方法，包括如下步骤：
步骤S1、微处理器产生初级调制信号以调制IR源的频率；
步骤S2、电压驱动模块采集IR源的实际电压，电流检测模块采集IR源的实际驱动电流；
步骤S3、设定IR源的预设功率，根据实际电压和实际驱动电流计算得出IR源的实际功率；
步骤S4，若实际功率大于或小于预设功率，微处理器再产生次级调制信号调制IR源的频率，次级调制信号的频率大于初级调制信号的频率。
除了上述公开的一个或多个特征之外，在所述步骤S1中，所述微处理器与所述功率放大器电连接，所述功率放大器用于将所述微处理器的数字信号转换成模拟电压电平和驱动电流。
除了上述公开的一个或多个特征之外，在所述步骤S2中，所述电压驱动模块包括电连接的IR源、第一低通滤波器和第一放大器，所述微处理器用于向所述IR源供电。
除了上述公开的一个或多个特征之外，在所述步骤S2中，所述电流检测模块包括电连接的电流检测电阻、第二低通滤波器和第二放大器。
除了上述公开的一个或多个特征之外，所述初级调制信号具有取值范围在0.1Hz～5Hz之间的频率。
除了上述公开的一个或多个特征之外，所述初级调制信号具有2.5Hz的频率。
除了上述公开的一个或多个特征之外，所述次级调制信号具有800Hz的频率。
上述技术方案中的控制红外光源功率恒定的方法具有如下优点或有益效果：首次调制电压驱动模块使用低频的初级调制信号调制电压，二次调制电压驱动模块使用高频的次级调制信号调制电压，通过调制红外光源的电压，以达到控制红外光源功率恒定目的。
另一方面，提供了一种控制红外光源功率恒定的电路，包括：具有输入和输出的IR源；
具有振荡器的微处理器，振荡器提供第一频率信号，所述第一频率信号是具有相等的开和关持续时间的第一方波，所述第一频率信号被施加到所述IR源的所述输入端以向所述IR源供电；
所述振荡器还在所述第一频率信号的接通时间期间内有施加到所述IR源的所述输入端的第二频率信号，其中，所述第二频率信号的频率高于所述第一频率信号的频率。
除了上述公开的一个或多个特征之外，所述第一频率信号是频率为2.5Hz的第一方波。
除了上述公开的一个或多个特征之外，所述第二频率信号具有800Hz。
上述技术方案中的控制红外光源功率恒定的电路具有如下优点或有益效果：首次使用第一频率信号调制电压，二次调制使用第二频率信号调制电压，通过调制红外光源的电压，以达到控制红外光源功率恒定目的。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1示出的一种非色散红外探测系统的流程图；
图2是根据本发明实施例提供的控制红外光源功率恒定的方法的流框程图；
图3是根据本发明实施例提供的控制红外光源功率恒定的电路示意图；
图4是根据本发明实施例提供的初级调制信号的第一波形图；
图5是根据本发明实施例提供的次级调制信号的第二波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是指两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅
表示第一特征水平高度小于第二特征。
图1示出了一种非色散红外探测系统的检测流程图，该系统包括IR源，IR源是红外光源。红外光源、红外探测器安装在气体采样室，气体采样引入分析物，红外光源发出的红外光束穿透分析物(待测气体)，分析物进行红外吸收，红外探测器检测到红外光束的变化，将变化的光信号转换成交流电信号，交流电信号经过交流运算放大器整形成直流信号，直流信号输出给仪表运算放大器；仪表运算放大器放大上述直流信号，滤波器对放大后的直流信号低通滤波；A/D采样电路对滤波器输出的直流信号采样，直流信号被输出到外部软件进行信号处理和分析，实现测得分析物的浓度。外部软件可选为AD芯片，AD芯片根据红外吸收谱的位置和吸收强度判定待测气体的种类和浓度。
现有的红外光源控制方式都是直接采用恒定电压给红外光源供电，由于制造工艺等的限制，光源在通电后由于温度的变化其自身阻值也会发生改变，由于红外光源的功率，
采用恒定电压供电时，红外光源的电阻值的差异和变动会造成红外光源功率的变化，进而使发出的光强产生变化，而红外探测器正是通过接收到的光强差来测量气体浓度，因此红外光源自身功率的变化会使红外探测器产生测量误差。
因此，本文公开的示例性控制红外光源功率恒定的方法，基于PWM信号向非色散红外光源供电从而控制红外光源的功率恒定。本发明提出了首次调制电压驱动模块使用低频的初级调制信号调制电压，二次调制电压驱动模块使用高频的次级调制信号调制电压，通过调制红外光源的电压，以达到控制红外光源功率恒定目的。
图2为本发明实施例的控制红外光源功率恒定的方法的流框程图，控制红外光源功率恒定的方法，包括如下步骤：
步骤S1、微处理器产生初级调制信号以调制IR源的频率；
步骤S2、电压驱动模块采集IR源的实际电压，电流检测模块采集IR源的实际驱动电流；
步骤S3、设定IR源的预设功率，根据实际电压和实际驱动电流计算得出IR源的实际功率；
步骤S4，若实际功率大于或小于预设功率，微处理器再产生次级调制信号调制IR源的频率，次级调制信号的频率大于初级调制信号的频率。
微处理器产生双调制PWM信号。微处理器首先产生两个占空比为50％的低频初级调制信号给电压驱动模块，为IR源供电。IR源是红外光源，红外光源发出红外光束。
电压驱动模块测量红外光源两端的实际电压值，电流检测模块测量红外光源两端的实际驱动电流值，并分别将实际电压值和实际驱动电流值反馈给微处理器。微处理器计算出红外光源当前的实际功率，并与预设功率对比，根据红外光源平均功率公式动态调整次级调制信号的占空比；
其中，DC1指导通时间调制的占空比(变量)，DC2指关闭时间调制的占空比(变量)，为了控制功率，由微处理器根据需要调节DC1和DC2，直到达到所需的平均功率。为了控制红外光源的实际功率达到预设功率，DC1和DC2由微处理器控制。
微处理器产生低频初级调制信号，该初级调制信号是一个占空比为50％的方波，即在一个周期内一半的时间供电，一半的时间电压为零；在初级调制信号的接通时间期间内进行二级调制，后半周期内由次级调制信号向红外光源供电。采用本发明实施例的控制红外光源功率恒定的方法，基于PWM信号向非色散红外光源供电从而控制红外光源的功率恒定。本发明提出了首次调制电压驱动模块使用低频的初级调制信号调制电压，二次调制电压驱动模块使用高频的次级调制信号调制电压，通过调制红外光源的电压，以达到控制红外光源功率恒定的目的。
在本发明实施例中，在步骤S1中，所述微处理器与所述功率放大器电连接，所述功率放大器用于将所述微处理器的数字信号转换成模拟电压电平和驱动电流。其中，微处理器为单片机。
在本发明实施例中，在步骤S2中，所述电压驱动模块包括电连接的IR源、第一低通滤波器和第一放大器；所述电流检测模块包括电连接的电流检测电阻、第二低通滤波器和第二放大器。微处理器通过功率放大器与第一低通滤波器、第二低通滤波器进行信号传输。所述微处理器用于向所述IR源、电流检测电阻供电。电流检测电阻的电阻远小于IR源的电阻，因此可以不计。
在本发明实施例中，初级调制信号具有取值范围在0.1Hz～5Hz之间的频率。初级调制信号的频率在0.1Hz1～5Hz内均可,但必须保证后期A/D采样电路速率至少是上述频率的30倍以上。
在本发明实施例中，初级调制信号具有2.5Hz的频率；次级调制信号具有800Hz的频率。
图3为本发明实施例的控制红外光源功率恒定的电路示意图。参见图3，控制红外光源功率恒定的电路，包括：具有输入和输出的IR源；
具有振荡器的微处理器，振荡器提供第一频率信号，所述第一频率信号是具有相等的开和关持续时间的第一方波，所述第一频率信号被施加到所述IR源的所述输入端以向所述IR源供电；
所述振荡器还在所述第一频率信号的接通时间期间内有施加到所述IR源的所述输入端的第二频率信号，其中，所述第二频率信号的频率高于所述第一频率信号的频率。
在本发明实施例中，图4为本发明实施例的初级调制信号的第一波形图。参见图4，所述第一频率信号是频率为2.5Hz的第一方波。图5为本发明实施例的次级调制信号的第二波形图。参见图5，所述第二频率信号是频率为800Hz的第二方波。
设定预设功率为400mW，整个电路在刚供电瞬间首先产生一个频率为2.5Hz，占空比为50％的第一方波，本本发明实施例中电压幅值为1V，将该电压施加到红外光源上，此时不进行二次调制。
IR源发出红外光束，同时电压驱动模块测量红外光源两端的实际电压值，电流检测模块测量红外光源两端的实际驱动电流值。参见图3，微处理器产生第一频率信号和第二频率信号，功率放大器接收第一频率信号并放大，进而产生电压给红外光源供电。
红外光源两端的电压经过功率放大器放大，然后经过下一级第一放大器跟随后输送电压信号给微处理器，微处理器得到红外光源的实际电压。
电流检测电阻与红外光源串联，电流检测电阻的电阻远小于红外光源的电阻，不影响红外光源两端的电压；与电流检测电阻并联的运放电路检测电流检测电阻两端的电压信号，然后经过下一级第二放大器跟随，将电压信号输出给微处理器；微处理器接收到电压信号，而电流检测电阻的电阻值又是已知，可以计算出与电流检测电阻串联的红外光源的实际电流。
微处理器根据检测到的实际电压值、实际电流值计算出当前时刻红外光源的实际功率为500mW，实际功率500mW与预设功率400mW比较，需要调小红外光源的功率。于是动态调整第二频率信号的占空比，重复上述过程，微处理器计算出当前时刻红外光源的实际功率为400mW时，不再进行二次调制，达到红外光源功率的恒定。
以上步骤所提供的介绍，只是用于帮助理解本发明的方法、结构及核心思想。对于本技术领域内的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也同样属于本发明权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种控制红外光源功率恒定的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、微处理器产生初级调制信号以调制IR源的频率；
步骤S2、电压驱动模块采集IR源的实际电压，电流检测模块采集IR源的实际驱动电流；
步骤S3、设定IR源的预设功率，根据实际电压和实际驱动电流计算得出IR源的实际功率；
步骤S4，若实际功率大于或小于预设功率，微处理器再产生次级调制信号调制IR源的频率，次级调制信号的频率大于初级调制信号的频率。
2.如权利要求1所述的控制红外光源功率恒定的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述微处理器与所述功率放大器电连接，所述功率放大器用于将所述微处理器的数字信号转换成模拟电压电平和驱动电流。
3.如权利要求2所述的控制红外光源功率恒定的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述电压驱动模块包括电连接的IR源、第一低通滤波器和第一放大器，所述微处理器用于向所述IR源供电。
4.如权利要求2所述的控制红外光源功率恒定的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述电流检测模块包括电连接的电流检测电阻、第二低通滤波器和第二放大器。
5.如权利要求1所述的控制红外光源功率恒定的方法，其特征在于，所述初级调制信号具有取值范围在0.1Hz～5Hz之间的频率。
6.如权利要求5所述的控制红外光源功率恒定的方法，其特征在于，所述初级调制信号具有2.5Hz的频率。
7.如权利要求1所述的控制红外光源功率恒定的方法，其特征在于，所述次级调制信号具有800Hz的频率。
8.一种控制红外光源功率恒定的电路，其特征在于，包括：具有输入和输出的IR源；
具有振荡器的微处理器，振荡器提供第一频率信号，所述第一频率信号是具有相等的开和关持续时间的第一方波，所述第一频率信号被施加到所述IR源的所述输入端以向所述IR源供电；
所述振荡器还在所述第一频率信号的接通时间期间内有施加到所述IR源的所述输入端的第二频率信号，其中，所述第二频率信号的频率高于所述第一频率信号的频率。
9.如权利要求8所述的控制红外光源功率恒定的方法，其特征在于，所述第一频率信号是频率为2.5Hz的第一方波。
10.如权利要求8所述的控制红外光源功率恒定的方法，其特征在于，所述第二频率信号具有800Hz。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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