[發明專利]輻射亮度補償式熱輻射紅外光源系統及方法

在審

• 申請號: 201610083456.8
• 申請日: 2016-02-07
• 公開（公告）號: CN107045362A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 張宇峰;李明;胡衛星;付瑩;劉安業;賈志淳;邢星;于占東;楚春雨
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: G05D25/02
• 分類號: G05D25/02;G01J3/12
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 崔艷姣

技術領域

本發明涉及一種具有輻射亮度補償控制的熱輻射紅外光源系統及方法，應用于光學、紅外檢測、輻射亮度測量等領域。

背景技術

熱輻射紅外光源是一種以產生紅外輻射為主要目的的非照明用光源，常用于紅外光譜反射率和透過率測量、薄膜厚度檢測、非接觸式輻射加熱技術領域；紅外光源光譜輻射輸出的穩定性是上述測量或檢測技術獲得良好準確性和重復性的根本保證。

碳化硅、氮化硅等高溫陶瓷材料通電加熱后在波長為2-20μm范圍內近似黑體輻射，具有較高的輻射效率，是熱輻射紅外光源的首選發熱體。傳統的陶瓷熱輻射紅外光源主要由發熱體、調整光路、穩流電源三部分組成，陶瓷發熱體在穩流電源輸出的恒定電流作用下將電能轉化為熱能，經調整光路后獲得匯聚或平行的連續光譜輻射。

傳統熱輻射紅外光源對光譜輻射亮度的控制屬于開環控制，如圖1所示，其光譜輻射輸出的穩定性僅依賴于穩流電源的恒流特性。然而，受發熱體表面氧化現象影響，發熱體表面光譜發射率隨之發生變化，勢必造成光源輸出的光譜輻射亮度改變；此外，隨著工作時間的延長，陶瓷發熱體不可避免的出現自身老化現象，導致紅外光源光譜輻射亮度輸出的發生變化?？梢姡词乖诰芊€流電源能夠輸出恒定電流的情況下，開環控制的傳統熱輻射紅外光源受陶瓷發熱體表面發射率變化和自身老化現象的影響，其光譜輻射亮度的穩定性也難以保證。

發明內容

為解決熱輻射紅外光源輸出的輻射亮度的不穩定性，本發明提供了一種輻射亮度補償式熱輻射紅外光源系統。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案，本發明系統包括陶瓷發熱體、調節光路和穩流電源，其結構要點是：調節光路由輸出光路和測量光路組成，陶瓷發熱體通過功率調節器在穩流電源輸出的恒定電流作用下將電能轉化為熱能，陶瓷發熱體發射的光譜輻射大部分經輸出光路調整成平行輸出輻射的同時，少部分的光譜輻射經測量光路匯聚后發給輻射亮度補償單元，輻射亮度補償單元通過功率調節器對穩流電源的輸出功率進行調節，實現對陶瓷發熱體輻射亮度的穩定控制。

進一步改進技術方案，輻射亮度補償單元由紅外探測器、信號處理電路和補償控制器組成，經測量光路匯聚后投射在紅外探測器上的光譜輻射，經紅外探測器光電轉化成微弱電信號紅外探測器轉化成微弱電信號，經信號處理電路進行整形、濾波、放大后進入到補償控制器，補償控制器根據反饋的電信號變化量對功率調節器進行功率調解。

本發明有益效果：

本發明提供的輻射亮度補償式熱輻射紅外光源與傳統紅外光源之間存在明顯區別，主要體現在調整光路中包含有輸出和測量兩個光路，陶瓷發熱體發射的紅外輻射經輸出光路調整成平行輸出輻射的同時，在輸出光路中巧妙的設計有測量光路，能夠實現對光源輸出輻射亮度的同步測量；補償控制器根據輸出輻射亮度的測量值及時對穩流電源的輸出電流進行調節，實現對發熱體的輻射亮度的閉環控制，使紅外光源的輸出輻射亮度具有良好的穩定性和抗干擾性。

附圖說明

圖1是現有技術的陶瓷發熱體熱輻射紅外光源系統示意圖；

圖2是本發明的系統示意圖；

圖3是本發明光路設計圖；

1-陶瓷發熱體，2-穩流電源，3-調整光路，31-輸出光路，32-測量光路，4-輻射亮度補償單元，41-紅外探測器，42-信號處理電路，43-補償控制器，5-功率調節器。

具體實施方式

下面結合附圖2-3對本發明做進一步技術描述：

如圖2-3所示，本發明系統包括陶瓷發熱體1、調節光路3和穩流電源2，調節光路由輸出光路31和測量光路32組成，陶瓷發熱體1通過功率調節器5在穩流電源2輸出的恒定電流作用下將電能轉化為熱能，陶瓷發熱體1發射的光譜輻射大部分經輸出光路31調整成平行輸出輻射的同時，少部分的光譜輻射經測量光路32匯聚后投射在紅外探測器41上，經紅外探測器41光電轉化成微弱電信號，經信號處理電路42進行整形、濾波、放大后進入到補償控制器43，補償控制器43根據反饋的電信號變化量對功率調節器5進行功率調解，功率調節器5對穩流電源2的輸出功率進行調節，實現對陶瓷發熱體1輻射亮度的穩定控制。

紅外光源啟動，補償控制器根據測量光路的輻射亮度值對功率調節器進行調節，控制穩流電源的輸出電流，陶瓷發熱體在電流作用下產生的紅外輻射進入輸出光路和測量光路。