CN116170917A - 非分光红外传感器用红外光源调制控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非分光红外传感器用红外光源调制控制方法及装置，方法包括：采用PWM信号对红外光源的基础调制信号的高电平进行调制；其中，在每个所述高电平期间，通过调节所述PWM信号的占空比，以先采用恒压驱动所述红外光源，后采用恒功率驱动所述红外光源。本发明可以提高红外光源响应速度，并做到恒光强输出，进而提高非分光红外传感器测量的稳定性及精确性。
Description
技术领域
本发明涉及红外测量领域，具体涉及一种非分光红外传感器用红外光源调制控制方法及装置。
背景技术
电力行业用的SF6气体传感器监测系统，其核心部件是非分光红外（Non-Dispersive Infrared，NDIR）传感器模组，主要由4个元件组成：红外光源、热释电红外探测器、气室（光学腔体）和窄带滤光片。红外传感系统中，光源稳定性决定着整个探测系统的稳定性。当光源驱动电流变化时，对于宽光谱光源而言，输出光功率会随着变化，探测接收到的信号也会随着变化，从而影响探测稳定性。热激发电调制光源的工作过程由热激发和电调制两个部分组成，即利用脉冲电功率激发电阻丝升温，红外辐射增加；通过电阻丝向周围环境的散热（包括传导、对流、辐射），在脉冲低电平得到相对低温，红外辐射降低，从而实现辐射信号调制。目前大都采用频率2~3Hz，占空比为50%的基础调制信号对红外光源进行驱动，属于半开环控制，无法适应负载的变化，控制精度低，MEMS红外光源调制深度和控制精度不能兼顾。
发明内容
为了克服背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种非分光红外传感器用红外光源调制控制方法，它可以提高红外光源响应速度，并做到恒光强输出，进而提高非分光红外传感器测量的稳定性及精确性。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种非分光红外传感器用红外光源调制控制方法，包括：
采用PWM信号对红外光源的基础调制信号的高电平进行调制；其中，
在每个所述高电平期间，通过调节所述PWM信号的占空比，以先采用恒压驱动所述红外光源，后采用恒功率驱动所述红外光源。
进一步，所述先采用恒压驱动所述红外光源，后采用恒功率驱动所述红外光源，包括，
自每个所述高电平的起始时刻，采用恒压驱动所述红外光源，直至所述红外光源的功率到达预设阈值，然后转为恒功率控制，直至该高电平终止。
进一步，所述采用恒压驱动所述红外光源，包括：
实时采样所述红外光源的输入电压，通过负反馈控制，维持所述红外光源的输入电压恒定。
进一步，所述采用恒功率驱动所述红外光源，包括：
实时采样所述红外光源的输入电压和电流，通过PI调节维持输出功率不变。
进一步，所述基础调制信号的频率为2-3Hz。
进一步，所述PWM信号的频率为10-100Hz。
本发明还提供了一种非分光红外传感器用红外光源调制控制装置，包括：
PWM调制模块，用于采用PWM信号对红外光源的基础调制信号的高电平进行调制；
恒压驱动模块，用于在每个所述高电平的前段部分，通过调节所述PWM信号的占空比，恒压驱动所述红外光源；
恒流驱动模块，用于在每个所述高电平的后段部分，通过调节所述PWM信号的占空比，恒功率驱动所述红外光源。
采用了上述技术方案后，两级PWM调制技术可以通过调节占空比实现输出电压或输出功率恒定，从而实现调节的灵活性；恒压+恒功率复合控制技术，就是在调制初期采用恒压控制，减少温升时间，提高光源的快速响应性；当采样到功率到达所需阈值，转为恒功率控制，以实现恒光强输出，从而提高光源输出的稳定性，最终提高非分光红外传感器测量的稳定性及精确性。
附图说明
图1为本发明的调制波形图；
图2为本发明的非分光红外传感器的原理框图；
图中，1、基础调制信号；2、PWM信号；3、恒压驱动阶段；4、恒功率驱动阶段。
具体实施方式
下面结合具体的实施例进行详细说明。
实施例一
如图1所示，一种非分光红外传感器用红外光源调制控制方法，包括：
采用PWM信号2对红外光源的基础调制信号1的高电平进行调制；其中，
在每个所述高电平期间，通过调节所述PWM信号2的占空比，以先采用恒压驱动所述红外光源，后采用恒功率驱动所述红外光源。
对于基础调制信号1，低电平维持零电压保持不变，高电平期间引入PWM调制，通过调节占空比实现输出电压或输出功率的负反馈控制，从而实现调节的灵活性。
在本实施例中，所述基础调制信号1通常由MCU开环给出，频率为2-3Hz，幅值恒定。所述PWM信号2的频率为10-100Hz。
在本实施例中，所述先采用恒压驱动所述红外光源，后采用恒功率驱动所述红外光源，包括，
自每个所述高电平的起始时刻，采用恒压驱动所述红外光源，直至所述红外光源的功率到达预设阈值，然后转为恒功率控制，直至该高电平终止。
图1为本实施例的调制波形图，图中，1、基础调制信号；2、PWM信号；3、恒压驱动阶段；4、恒功率驱动阶段。
基础调制信号1的驱动波形只能保证为红外光源提供固定频率的电脉冲信号，属于半开环控制，无法适应负载的变化，控制精度低。本实施例采用的两级PWM调制技术，可以通过调节占空比实现输出电压或输出功率恒定，从而实现调节的灵活性；恒压+恒功率复合控制技术，就是在调制初期采用恒压控制，减少温升时间，提高光源的快速响应性；当采样到功率到达所需阈值，转为恒功率控制，以实现恒光强输出，从而提高光源输出的稳定性，最终提高非分光红外传感器测量的稳定性及精确性。
在本实施例中，所述采用恒压驱动所述红外光源，包括：
实时采样所述红外光源的输入电压，通过负反馈控制，维持所述红外光源的输入电压恒定。
在本实施例中，所述采用恒功率驱动所述红外光源，包括：
实时采样所述红外光源的输入电压和电流，通过PI调节维持输出功率不变。
在本实施例中，通常采用MCU实时采样红外光源的输入电压和电流。
实施例二
一种非分光红外传感器用红外光源调制控制装置，包括：
PWM调制模块，用于采用PWM信号2对红外光源的基础调制信号1的高电平进行调制；
恒压驱动模块，用于在每个所述高电平的前段部分，通过调节所述PWM信号2的占空比，恒压驱动所述红外光源；
恒流驱动模块，用于在每个所述高电平的后段部分，通过调节所述PWM信号2的占空比，恒功率驱动所述红外光源。
实施例三
如图2所示，一种非分光红外传感器，包括光学系统和硬件电路系统。其中光学系统包括红外光源、光学腔体、红外滤光片、红外热探测器等核心元器件。硬件电路系统包括信号放大电路、A/D转换电路、STM32微处理器、通信电路和实施例二中的非分光红外传感器用红外光源调制控制装置。
Claims (7)
1.一种非分光红外传感器用红外光源调制控制方法，其特征在于，
包括：
采用PWM信号（2）对红外光源的基础调制信号（1）的高电平进行调制；其中，
在每个所述高电平期间，通过调节所述PWM信号（2）的占空比，以先采用恒压驱动所述红外光源，后采用恒功率驱动所述红外光源。
2.根据权利要求1所述的非分光红外传感器用红外光源调制控制方法，其特征在于，
所述先采用恒压驱动所述红外光源，后采用恒功率驱动所述红外光源，包括，
自每个所述高电平的起始时刻，采用恒压驱动所述红外光源，直至所述红外光源的功率到达预设阈值，然后转为恒功率控制，直至该高电平终止。
3.根据权利要求1所述的非分光红外传感器用红外光源调制控制方法，其特征在于，
所述采用恒压驱动所述红外光源，包括：
实时采样所述红外光源的输入电压，通过负反馈控制，维持所述红外光源的输入电压恒定。
4.根据权利要求1所述的非分光红外传感器用红外光源调制控制方法，其特征在于，
所述采用恒功率驱动所述红外光源，包括：
实时采样所述红外光源的输入电压和电流，通过PI调节维持输出功率不变。
5.根据权利要求1所述的非分光红外传感器用红外光源调制控制方法，其特征在于，
所述基础调制信号（1）的频率为2-3Hz。
6.根据权利要求1所述的非分光红外传感器用红外光源调制控制方法，其特征在于，
所述PWM信号（2）的频率为10-100Hz。
7.一种非分光红外传感器用红外光源调制控制装置，其特征在于，
包括：
PWM调制模块，用于采用PWM信号（2）对红外光源的基础调制信号（1）的高电平进行调制；
恒压驱动模块，用于在每个所述高电平的前段部分，通过调节所述PWM信号（2）的占空比，恒压驱动所述红外光源；
恒流驱动模块，用于在每个所述高电平的后段部分，通过调节所述PWM信号（2）的占空比，恒功率驱动所述红外光源。
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