[實用新型]一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器

有效

• 申請號: 201320034263.5
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN203085966U
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 李俠;陳岳明;宛金波;張卓;杜江凌
• 申請（專利權）人: 北京康拓紅外技術股份有限公司
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13;H01S3/042
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本實用新型涉及電子技術、光學儀器和機械工程領域，具體來說，是一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器。

背景技術

現有貨車故障軌邊圖像檢測系統（TFDS）等列車動態圖像采集系統中通常采用線陣相機采集列車底部圖像，對列車底部進行全天候的監控。但在監控過程中，會存在自然光線不足的情況(如夜晚或陰雨天等)，由此就產生了如何在逆光環境中對列車底部圖像進行識別的問題。目前在這種情況下可采用激光器發射點光源，通過激光鏡頭將點光源轉換為線光源，從而為線陣相機提供補償光源。

現有技術中通常采用線陣相機采集列車底部圖像，如圖2所示，該線陣相機對800nm附近波段的光線最敏感。可見光處于390nm~770nm波段，因此采用800nm波段附近的近紅外光作為補償光源能很好地滿足使用的要求，且由于近紅外光基本不可見，消除了可見光的光線對鐵路信號的干擾。

如圖1是LED補償光源顆粒發光示意圖，在黃島實驗基地，采用LED補償光源，總共采用216顆LED顆粒，每顆LED的電功率為3W，則總共的電功率為648W，根據普通LED顆粒的電光效率大概是25%，則總共的光功率P大概為P=162W。按照理論值最大量計算，所有的LED顆粒都處于線陣相機中心線上，每個LED顆粒的發光角度為15度，則在距離LED顆粒1.25米處形成的光斑寬度W=2×1.25×tan(15°/2)=0.329m，按照光斑長度為L=1.5m計算，光斑面積S=L×W=0.494m²，則在1.25米處的LED光功率密度EP=P/S=0.33mW/mm²。在實驗中底箱使用的線陣相機是1個2K的陣列相機，從實驗后獲得的圖片的效果看，在所有列車車速下（最高只達到65km/h）光照強度都基本能滿足需要，只是在車輪內側由于位置原因反射回線陣相機的光偏少而致使局部圖片發暗。

相機曝光時間越短（最小可設置到3us），則抗陽光干擾效果越明顯。從現場線陣相機的曝光時間設置情況（大概需20us左右）看，所需曝光時間反映了現場的光照強度已經不太夠。如果列車車速再提高，則線陣相機曝光時間必須縮短，那么既有的光照強度就不能滿足需要。如果激光補償光源光功率密度EP能提高到LED光功率密度的3倍，即0.99mW/mm²，則既能滿足線陣相機的需要，也能起到抗陽光干擾的作用。按照1.25處光斑長2000mm、寬10mm計算，所需選取的激光器發光功率為19.8W。而目前的現有技術中還沒有相應的技術來實現上述的效果。

實用新型內容

為了解決上述問題，本實用新型提出一種大功率紅外激光器，可應用于鐵路TFDS（貨車故障軌邊圖像檢測系統）、TVDS（客車故障軌邊圖像檢測系統）、TEDS（動車故障軌邊圖像檢測系統）等列車故障軌邊圖像動態檢測系統中，可為線陣相機提供波長800nm波段附近的近紅外線陣相機補償光源。由于近紅外光基本不可見，本實用新型消除了可見光線對鐵路信號的干擾；同時也要滿足光源補償的強度要求，目前采用的是美國恩耐公司的激光發射模塊，該激光發射模塊額定發光功率20W、波長808nm、額定工作電壓7.5V、額定工作電流6.2A。為了保證激光發射模塊發光穩定，通過激光器控制模塊進行恒流控制；為了保證系統工作溫度穩定，設計完整的散熱系統。

本實用新型提供的一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器，所述的激光器為一盒體結構，所述盒體的底面的外側壁為鋁型材散熱片結構，在所述鋁型材上通過支架固定風扇，內側壁固定激光發射模塊和控制模塊，所述的激光發射模塊通過螺釘連接固定在底面內側壁上，并且激光發射模塊與底面內側壁之間加裝半導體散熱片。所述半導體散熱片的接觸面均涂抹導熱硅脂，有利于激光發射模塊與底面鋁型材之間的熱傳導。所述風扇的安裝位置對應于底面內側壁上固定的激光發射模塊的位置。

本實用新型的優點在于：

（1）該激光器通過控制模塊，可控制激光發射模塊的發光功率穩定性，所發激光方向性、單色性好，能量集中，因此可提供穩定、高質量的光源；

（2）該激光器產生近紅外光譜（波長808nm）的激光基本不可見，區別于全光譜的太陽光，規避陽光干擾；

（3）該激光器的激光發射模塊與底面內側壁之間加裝半導體散熱片，半導體散熱片的接觸面均涂抹導熱硅脂，外側壁則采用鋁型材散熱片式設計，再于外側壁加裝風扇增加空氣對流，通過導熱硅脂、散熱片、風扇等組成的散熱系統，可充分散熱；

（4）該激光器將激光發射模塊、控制模塊、散熱系統等高度集成，因而結構小巧緊湊。

附圖說明