CN1553126A - 一种新型光学点状区域加热装置 - Google Patents

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启 郑
郑启
王崇琳
孙晓峰
管恒荣
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Abstract

本发明涉及加热技术，具体公开一种新型光学点状区域加热装置。它将高能密度光源作为点状热光源，利用椭圆球面两极点相互聚焦的原理，实现光学聚焦，将点状热光源设在具有椭圆球面内腔的反射式聚光罩的一个极点(P1)上，则点状热光源的三维辐射被聚焦于另一极点(P2)上，将被加热物体的被加热点设在P2点，形成光学点状区域加热装置结构。本发明既具有聚焦温度高，又结构简单的特点。

Description

一种新型光学点状区域加热装置
技术领域
本发明涉及加热技术，具体地说是一种新型光学点状区域加热装置。
技术背景
科学实验和生产实践中经常遇到对样品或者产品进行点状区域加热的要求，多数情况下使用火焰加热或者激光加热等方法。激光加热也是一种先进的光学加热方式，加热温度高，热区域小，但设备复杂，价格昂贵。火焰加热能源易得，设备简单，但温度不易控制，对环境影响较大。
将发光光源热能聚焦加热或点燃物质是一种古老的光学加热方法，如用透镜聚焦阳光能量点火(如图1所示)，应用的是凸透镜将平行光透射聚焦的原理。用抛物面罩体聚焦阳光加热物体等(如图2所示)，运用了抛物面对平行光反射聚焦原理。
从上述两例可见，他们都是用了平行光光源，主要是来自太阳的辐射。一般能量密度较小，聚焦温度较低。如果要求加热温度较高时，就必须设置很大的透镜或者很大的聚光罩，这对于实际应用是个问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种既具有更高的聚焦温度、又结构简单的新型光学点状区域加热装置。
本发明的目的技术方案是：将高能密度光源作为点状热光源，利用椭圆球面两极点相互聚焦的原理，实现光学聚焦，将点状热光源设在具有椭圆球面内腔的反射式聚光罩的一个极点(P1)上，则点状热光源的三维辐射被聚焦于另一极点(P2)上，将被加热物体的被加热点设在P2点，形成光学点状区域加热装置结构；
其中聚光罩材料内壁表面可以涂镀热辐射吸收系数的材料膜(如金、银、铝等)，以减小聚光罩热吸收，提高装置的热效率。
与现有技术相比，本发明更具有以下特点：
1.本发明采用清洁能源，对环境影响较小。
2.本发明选用的热光源易得，装置简单，造价低，容易推广。
3.采用本发明光斑小、温度高，所以能源利用率较高，获得的光斑能量密度高。
4.易于控制。由于电能源的可控性特点，所以采用本发明可以通过控制电功率连续控制加热温度，并且可以通过联动控制实现温度自动控制。
5.应用范围广泛。本发明可以可应用在一切需要点区域加热的领域，并且可以通过机电控制，实现线带状、扫描加热等方式。
附图说明
图1为现有技术中透镜聚焦阳光能量点火原理图。
图2为现有技术中抛物面罩体聚焦阳光加热物体原理图。
图3为本发明原理图。
图4为本发明结构简图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
将高能密度热光源视为点状热光源，利用椭圆球面两极点相互聚焦的原理，实现光学聚焦，将点状热光源设在具有椭圆球面内腔的反射式聚光罩的一个极点P1上，则点状热光源的三维辐射被聚焦于另一极点P2上，将被加热物体的被加热点设在P2点，形成一个典型的光学点状区域加热装置。
参见图3、4，具体装置结构由点状热光源1、聚光罩2组成，点状热光源1安装在聚光罩2顶部，与电源电连接；将点状热光源灯丝中心设在具有椭圆球面内腔的反射式聚光罩2的极点P1上，点状热光源的三维热辐射被聚焦于极点P2，被加热物体3的被加热点置于极点P2。
其中：取400W碘钨灯泡为点状热光源，聚光罩材质为1Cr18Ni9Ti，长轴2a＝45mm，短轴2b＝36mm，光斑直径小于8mm，被加热点极限温度大于1000℃。
电阻丝在电流作用下发光发热是电灯泡的发光原理，现代电光源可以提供较高的能量密度，如碘钨灯等高能密度光源。本发明光学聚光原理是将高能密度光源视为点状热光源，利用椭圆球面两极点相互聚焦的原理，实现光学聚焦，如图3所示。将点状热光源设在具有椭圆球面内腔的反射式聚光罩的一个极点P1上，则点状热光源的三维热辐射被聚焦于另一极点P2上，将被加热物体的被加热点设在P2点，形成一个典型的光学点状区域加热装置。
若将被加热物体在极点P2前后做适当移动，可以获得虚像，扩大加热区域(当然在光源能量确定时，加热温度将降低)。
实际应用的电光源都不是理论上的点状热光源，例如灯丝都具有一定的尺度，所以不能聚焦成点。为了获得更高地聚焦度，可以采取如下措施：
选择更高能密度的光源。在同样能量条件下，可以减小灯丝尺寸，提高聚焦度。
将用于此目的的光源的灯丝尽量做成圆形，如此可以通过对椭圆球面进行几何校正，提高聚焦度。
必要时可以对罩体内腔形状做数学校正，提高聚焦度。
特别是通过选择椭圆球面长短轴大小和轴比关系，确定焦点位置。对不同用途可以选择不同材料制造聚光罩，内壁可以涂镀不同热辐射吸收系数的材料(如金、银、铝等)，以减小聚光罩热吸收，改善热效率。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
取1000W碘钨灯泡为点状热光源，长轴2a＝120mm，短轴2b＝96mm，光斑直径小于15mm，极限加热温度大于1300℃。

Claims (3)

1.一种新型光学点状区域加热装置，其特征在于：将高能密度光源作为点状热光源，利用椭圆球面两极点相互聚焦的原理，实现光学聚焦，将点状热光源设在具有椭圆球面内腔的反射式聚光罩的一个极点(P1)上，则点状热光源的三维辐射被聚焦于另一极点(P2)上，将被加热物体的被加热点设在P2点，形成光学点状区域加热装置结构。
2.按权利要求1所述新型光学点状区域加热装置，其特征在于：聚光罩材料内壁表面可以涂镀热辐射吸收系数的材料膜。
3.按权利要求1所述新型光学点状区域加热装置，其特征在于：所述热辐射吸收系数的材料膜可以为金、银、铝。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication