快速恒溫的黑體輻射源的制作方法
【專利摘要】快速恒溫的黑體輻射源，涉及電子技術(shù)。本實用新型包括黑體、傳感器、信號處理電路，傳感器與黑體連接，信號處理電路與傳感器連接，其特征在于，還包括帶有交流電輸入接口的移相調(diào)功電路，所述移相調(diào)功電路由串聯(lián)的光耦隔離器、有源濾波器、減法運算放大器、相位檢測芯片、隨機相位驅(qū)動器和晶閘管構(gòu)成，光耦隔離器與信號處理電路連接；晶閘管的控制端連接隨機相位驅(qū)動器，輸入端連接交流電輸入接口，輸出端連接黑體。相位檢測芯片的檢測端連接交流電路信號,所述交流電路信號是指相位與交流電源一致且電壓在檢測芯片的檢測范圍內(nèi)的信號。本實用新型可以精確的控制發(fā)熱器件的瞬時功率，縮短了黑體輻射源加熱到恒溫的時間。
【專利說明】快速恒溫的黑體輻射源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]紅外線軸溫檢測系統(tǒng)是鐵路上進行軸溫自動化檢測的設(shè)備，為了保證該系統(tǒng)的準確性，需要長期定時對該系統(tǒng)進行定標(biāo)。定標(biāo)時，需要用到恒溫黑體輻射源。
[0003]目前，公知的應(yīng)用在鐵路紅外線軸溫檢測系統(tǒng)的恒溫黑體輻射源采用的加熱方式是交流電引入設(shè)備，設(shè)備中包含交流轉(zhuǎn)直流電源模塊，直流電再通過MOS管進行開關(guān)控制，通過改變開關(guān)的占空比或開關(guān)時間，調(diào)整平均功率，以達到控制總熱量，進而控制黑體輻射源的溫度。
[0004]鐵路作業(yè)人員在進行探頭溫度標(biāo)定時，需要頻繁的進行升降溫操作，在升溫過程中，溫度的穩(wěn)定時間直接影響到作業(yè)時間，作業(yè)時間有大部分都花費在等待溫度恒定的過程中，如能縮短恒溫時間，能夠提高作業(yè)人員的工作效率。
[0005]目前最常見的鐵路定標(biāo)用黑體輻射源包含設(shè)備外殼，設(shè)備電源，黑體輻射源，信號控制模塊，輸入按鍵幾個部分。
[0006]設(shè)備電源由交流轉(zhuǎn)直流模塊和直流電源構(gòu)成，黑體輻射源的供電由交流轉(zhuǎn)直流模塊提供，信號控制模塊提供開關(guān)信號，MOS管根據(jù)開關(guān)信號打開或者關(guān)斷加熱電流。設(shè)備加熱的瞬時功率P = U*I，因為黑體輻射源的加熱電阻值是恒定的，所以瞬時功率是恒定的。黑體輻射源溫度的控制是通過改變加熱時間來實現(xiàn)，根據(jù)發(fā)熱Q = P*t，在一段固定時間內(nèi)，時間被分段，加熱累計時間段不同，則引起總熱量的變化。
[0007]現(xiàn)有的黑體輻射源的加熱技術(shù)是基于時間的熱量控制，由于信號控制模塊送出的開關(guān)信號有時間限制(與硬件電路工作頻率相關(guān))，所以加熱的最小分辨率是受到此時間限制，在加熱過程中，很容易出現(xiàn)過加熱而使得黑體溫度超過預(yù)定值，就需要等待降溫再進行恒溫操作，這個步驟大大增加了恒溫所需要的時間，這個問題的根本原因是加熱的瞬時功率恒定，不可控制。
[0008]另外，當(dāng)采用MOS管作為加熱開關(guān)時，會產(chǎn)生尖峰電流，尖峰電流對電源模塊的沖擊較大，造成電源器件的加速老化甚至擊穿或燒毀。一般來說開關(guān)電源廠家會設(shè)置保護電流，一但尖峰電流觸發(fā)了保護電路，那么電源將停止供電，直到重新上電。這樣降低了設(shè)備的可靠性。
[0009]第三，交流轉(zhuǎn)直流電源模塊體積和重量以及成本隨功率的增加而增加，當(dāng)黑體輻射源的功率較大時，這種供電方式就不適合實際應(yīng)用。
實用新型內(nèi)容
[0010]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對目前黑體輻射源存在的恒溫時間長，尖峰電流大，體積重量受功率限制的缺點，提供一種新的黑體輻射源，能夠快速的實現(xiàn)恒溫，并且避免了交流轉(zhuǎn)直流模塊尖峰電流和體積重量的問題。
[0011]本實用新型解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，快速恒溫的黑體輻射源，包括黑體、傳感器、信號處理電路，傳感器與黑體連接，信號處理電路與傳感器連接，其特征在于，還包括帶有交流電輸入接口的移相調(diào)功電路，所述移相調(diào)功電路由串聯(lián)的光耦隔離器、有源濾波器、減法運算放大器、相位檢測芯片、隨機相位驅(qū)動器和晶閘管構(gòu)成，光耦隔離器與信號處理電路連接；晶閘管的控制端連接隨機相位驅(qū)動器，輸入端連接交流電輸入接口，輸出端連接黑體。相位檢測芯片的檢測端連接交流電路信號，所述交流電路信號是指相位與交流電源一致且電壓在檢測芯片的檢測范圍內(nèi)的信號。
[0012]本實用新型還包括電池、電源切換電路和過壓保護電路，電池通過電源切換電路連接過壓保護電路，過壓保護電路連接黑體，晶閘管的輸出端通過電源切換電路和過壓保護電路連接黑體。
[0013]本實用新型的有益效果是:
[0014]第一，采用移相調(diào)功電路控制發(fā)熱器件，可以精確的控制發(fā)熱器件的瞬時功率，縮短了黑體輻射源加熱到恒溫的時間。
[0015]第二，不需要交流轉(zhuǎn)直流的電源模塊，設(shè)備體積和重量不會隨著黑體輻射源功率的增加而顯著增加，同時也降低了成本。
[0016]第三，增加了保護電路和不使用交流轉(zhuǎn)直流模塊，增加了設(shè)備的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實用新型的移相調(diào)功電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，1-交流電接口，2-移相調(diào)功電路，3-信號處理電路，4-黑體輻射源，5-溫度傳感器，6-顯示屏，7-輸入按鍵，8-鋰電池，9-電源切換電路，10-過壓保護電路，11-光耦隔離，12-有源濾波器，13-減法運算放大器，14-TCA785相位檢測芯片，15-隨機相位驅(qū)動器，16-晶閘管。

【具體實施方式】
[0020]參見圖1、2。
[0021]本實用新型包括黑體、傳感器、信號處理電路，傳感器與黑體連接，信號處理電路與傳感器連接，還包括帶有交流電輸入接口的移相調(diào)功電路，所述移相調(diào)功電路由串聯(lián)的光耦隔離器、有源濾波器、減法運算放大器、相位檢測芯片、隨機相位驅(qū)動器和晶閘管構(gòu)成，光耦隔離器與信號處理電路連接；晶閘管的控制端連接隨機相位驅(qū)動器，輸入端連接交流電輸入接口，輸出端連接黑體。。相位檢測芯片的檢測端連接交流電路信號，所述交流電路信號是指相位與交流電源一致且電壓在檢測芯片的檢測范圍內(nèi)的信號，例如經(jīng)過降壓處理使其電壓處于相位檢測芯片的檢測范圍內(nèi)。
[0022]本實用新型還包括電池和電源切換電路，電池通過電源切換電路連接黑體，晶閘管的輸出端通過電源切換電路連接黑體。
[0023]本實用新型在工作時，操作人員通過輸入按鍵設(shè)定需要的黑體溫度，信號處理電路接收此信號并驅(qū)動顯示模塊，通過顯示屏顯示出當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度，并且通過溫度傳感器實時采集黑體輻射源溫度，移相調(diào)功電路的作用是將輸入的交流電相位進行控制，根據(jù)信號處理電路及有源濾波放大的結(jié)果，輸出不同相位的波形，以達到輸出功率的控制:黑體輻射源的發(fā)熱裝置接收到不同相位的交流電波形，不同的相位，發(fā)熱功率不相同，產(chǎn)生的能量就不同，則可以實現(xiàn)準確的加熱能量的控制。由于加熱功率可控，則可以實現(xiàn)快速的恒溫，達到設(shè)定溫度范圍±l°c后，在10秒以內(nèi)可使得溫度穩(wěn)定在±0.1°C。鋰電池可以在沒有交流電情況下為設(shè)備供電，電源切換電路負責(zé)在交流電和電池供電之間切換。
[0024]移向調(diào)功電路由11-光耦隔離，12-有源濾波器，13-減法運算放大器，14-TCA785相位檢測芯片，15-隨機相位驅(qū)動器以及16-晶閘管組成。它的作用是將信號處理電路輸出的占空比可調(diào)信號，轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的相位電壓，輸出給加熱器件，達到對黑體輻射源加熱的控制。其工作原理是，信號處理電路將采集到的溫度值與設(shè)定值進行比較，輸出控制量，此控制量以占空比形式傳遞給移相調(diào)功電路，經(jīng)過光耦隔離后，有源濾波器實現(xiàn)濾波功能，把不同的占空比轉(zhuǎn)換成不同的直流電壓值，再經(jīng)過減法運算放大器，得到相位檢測芯片范圍內(nèi)的直流電壓，此直流電壓控制下，相位檢測芯片可以得到一個相位控制信號，這個信號經(jīng)過隨機相位驅(qū)動器來控制晶閘管的開關(guān)，這樣就得到了不同相位的交流電信號。因為此信號是交流電的一部分，并且可以控制，那么實際上就得到了不同瞬時功率的加熱功率，這樣就實現(xiàn)了對加熱功率的控制，和目前公知的系統(tǒng)比較，可以快速的實現(xiàn)恒溫過程。
[0025]過壓保護電路由互感器，放大器和定時器組成。它由互感器檢測移相調(diào)功電路輸出的電壓波形，當(dāng)電壓超過預(yù)定值時，就自動輸出控制信號，關(guān)閉移向調(diào)功電路的輸出，達到了保護后級元器件的效果。
[0026]本實用新型的各組成單元可采用成熟的電路模塊，例如有源濾波器12可采用由LM258運放構(gòu)成的sallen-key型二階有源低通濾波電路；減法運算放大器13為由LM258運放構(gòu)成的普通減法器；相位檢測芯片14為由TCA785芯片構(gòu)成的相位檢測電路；隨機相位驅(qū)動器15為由M0C3052構(gòu)成的隨機相位驅(qū)動電路；晶閘管16為由BTA12-800系列晶閘管組成的開關(guān)控制電路。普通技術(shù)人員能夠依據(jù)說明書實施，故不再贅述各電路單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.快速恒溫的黑體輻射源，包括黑體(4)、傳感器(5)、信號處理電路(3)，傳感器(5)與黑體(4)連接，信號處理電路(3)與傳感器(5)連接，其特征在于，還包括帶有交流電輸入接口的移相調(diào)功電路(2)，所述移相調(diào)功電路(2)由串聯(lián)的光耦隔離器(11)、有源濾波器(12)、減法運算放大器(13)、相位檢測芯片(14)、隨機相位驅(qū)動器(15)和晶閘管(16)構(gòu)成，光耦隔離器(11)與信號處理電路⑶連接；晶閘管(16)的控制端連接隨機相位驅(qū)動器(15)，輸入端連接交流電輸入接口，輸出端連接黑體(4)，相位檢測芯片的檢測端接交流電路信號。
2.如權(quán)利要求1所述的快速恒溫的黑體輻射源，其特征在于，還包括電池(8)、電源切換電路(9)和過壓保護電路(10)，電池⑶通過電源切換電路(9)連接過壓保護電路(10)，過壓保護電路(10)連接黑體⑷，晶閘管(16)的輸出端通過電源切換電路(9)和過壓保護電路(10)連接黑體⑷。
【文檔編號】G01J5/00GK203949728SQ201420379029
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】王偉 申請人:成都歐萊特自動化控制工程有限公司