一种红外光源加权调制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种红外光源加权调制系统和方法，属于红外测试技术领域，解决了现有技术中电调制方法系统信号收益低的问题。所述系统包括：主控单元、调制控制模块、红外光源、待测试样、红外探测器、输出检测模块；调制控制模块接收主控单元输出的多组不同权重的频率和占空比，根据所述频率和占空比控制红外光源发光；输出红外光经待测试样反射后，由红外探测器接收，输出检测模块获取红外探测器输出信号并经信号处理后得到红外响应值，将所述红外响应值输出给主控单元；主控单元基于所述多组不同权重的频率和占空比、及与多组不同权重的频率和占空比对应的红外响应值计算得到红外响应值最大时的频率和占空比。应值最大时的频率和占空比。应值最大时的频率和占空比。

【技术实现步骤摘要】
一种红外光源加权调制系统及方法


[0001]本专利技术涉及红外检测领域，尤其涉及一种红外光源加权调制系统及方法。

技术介绍

[0002]红外光源是红外检测中的核心器件，主要应用于红外反射率或气体检测等领域，红外光源可分为薄膜光源、陶瓷光源、卤素光源及激光光源等，红外光源是电能转化为红外辐射的有效装置，因其使用温度不同，对应的辐射中心波长也存在差异，激光红外光源有带宽小但能量强的特点，而其它光源存在带宽大但能量随温度变化的特点，在红外检测领域，光源与探测器大多相互依赖，红外光源作为能量提供的装置，而红外探测器作为能量的接收转换装置，对红外光源进行有效调节促进探测器的有效输出响应增大，对提高红外测量精度及测量范围有着重要的作用。
[0003]红外探测器中使用较为广泛且具有代表性的为热释电探测器，热释电探测器对恒定的红外辐射是无响应的，所以只有针对红外辐射源进行调制变换后，探测器才能对调制后的红外辐射具有输出响应，常见的调制方法有机械调制和电调制，如图1所示，机械调制为快门调制或斩波片调制，采用直流电机控制机械结构改变光路中的通光量实现调制，而电调制是采用控制信号改变红外光源供电的开关量或PWM，实现对红外辐射的调制，传统的机械调制应用范围广且成本低廉，仅需购买直流电机和金属片即可，但调制信号的频率精度差，受电机精度和金属片加工精度的影响较大，且频率的调节需要改变电机的供电参数，调节范围小。电调制为控制光源的供电参数，具有频率准确、无机械结构等优点，但传统电调制仅采用开关量控制，对控制输出的单元传输简单的方波信号，不能准确匹配探测器的输出响应，难以实现最大的系统信号收益，限制了探测单元的检测范围及精度。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种红外光源加权调制系统及方法，用以解决现有电调制方法系统信号收益低的问题。
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种红外光源加权调制系统。所述系统包括：主控单元、调制控制模块、红外光源、待测试样、红外探测器、输出检测模块；
[0006]调制控制模块接收主控单元输出的多组不同权重的频率和占空比，根据所述频率和占空比控制红外光源发光；
[0007]输出红外光经待测试样反射后，由红外探测器接收，输出检测模块获取红外探测器输出信号并经信号处理后得到红外响应值，将所述红外响应值输出给主控单元；
[0008]主控单元基于所述多组不同权重的频率和占空比、及与多组不同权重的频率和占空比对应的红外响应值计算得到红外响应值最大时的频率和占空比。
[0009]进一步，红外光源与红外探测器位于待测试样两侧，两者位于同一平面上且与待测试样法线所成角度均为45度。
[0010]进一步，输出检测模块用于将红外探测器输出的电流信号经锁相放大和滤波后，
经过DA转换后得到数字量的红外响应值。
[0011]另一方面，本专利技术实施例提供了一种基于上述红外光源加权调制系统的红外光源加权调制方法，该方法包括如下步骤：
[0012]在主控单元中设置具有不同权重的频率f1,f2,...,f
n
，设置具有不同权重的d1,d2,...,d
n
；
[0013]主控单元依次向调制控制模块发送不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
；
[0014]获取每个不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
对应的红外响应值y
ij
；
[0015]对所述不同权重的频率f
i
、d
j
以及y
ij
进行最小二乘拟合，获取频率、占空比与红外响应的二元函数；
[0016]计算该二元函数的最大值点，获取最大值点对应的频率和占空比。
[0017]进一步，主控单元依次向调制控制模块发送不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
，获取每个不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
对应的红外响应值y
ij
包括：
[0018]主控单元向调制控制模块发送不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
，调制控制模块根据所述频率f
i
和占空比d
j
，控制红外光源发光；
[0019]输出检测模块检测红外探测器的输出，并将红外响应值发送给主控单元；
[0020]主控单元收到所述红外响应值后进行存储，并继续发送下一组不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
至调制控制模块，重复上述步骤，直至获取到所有不同组合的频率f
i
和占空比d
j
对应的红外响应值。
[0021]进一步，在主控单元依次向调制控制模块发送不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
的步骤之前，还包括如下步骤：
[0022]主控单元向调制控制模块发送初始频率f0和初始占空比d0，调制控制模块根据所述初始频率f0和初始占空比d0控制红外光源发光，主控单元根据输出检测模块的红外响应值判断红外光源辐射是否稳定，稳定后执行下一步。
[0023]进一步，所述主控单元根据输出检测模块的红外响应值判断红外光源辐射是否稳定，包括：
[0024]主控单元每隔时间t获取输出检测模块的红外响应值，共获取三次得到三个红外响应值V1、V2、V3；
[0025]分别获取三个红外响应值与光源的稳定响应值L的差ΔV1,ΔV2,ΔV3，所述光源的稳定响应值L是预先存储在主控单元中的；
[0026]若ΔV1/L,ΔV2/L,ΔV3/L均小于阈值，且V1、V2、V3不呈递增或递减趋势，则判断此时红外光源辐射稳定，否则为不稳定。
[0027]进一步，所述光源的稳定响应值L通过如下步骤获取：
[0028]主控单元向调制控制模块发送初始频率f0和初始占空比d0，调制控制模块根据所述初始频率f0和初始占空比d0控制红外光源发光，连续测量10个周期的输出检测模块的红外响应值L1、L2、
…
、L10，稳定响应值L＝(L1+L2+L3+
…
+L10)/10，将所述稳定响应值存储在主控单元中。
[0029]进一步，所述计算该二元函数的最大值点包括：
[0030]获取所述二元函数的反函数；
[0031]利用fminsearch函数获取所述反函数的最小值；
[0032]所述反函数的最小值即为所述二元函数的最大值。
[0033]进一步，所述不同权重的频率和占空比为：
[0034]f
i
＝p
i
f0[0035]d
j
＝q
j
d0[0036]其中，p
i
为频率权重，q
j
为占本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外光源加权调制系统，其特征在于，所述系统包括：主控单元、调制控制模块、红外光源、待测试样、红外探测器、输出检测模块；调制控制模块接收主控单元输出的多组不同权重的频率和占空比，根据所述频率和占空比控制红外光源发光；输出红外光经待测试样反射后，由红外探测器接收，输出检测模块获取红外探测器输出信号并经信号处理后得到红外响应值，将所述红外响应值输出给主控单元；主控单元基于所述多组不同权重的频率和占空比、及与多组不同权重的频率和占空比对应的红外响应值计算得到红外响应值最大时的频率和占空比。2.根据权利要求1所述的红外光源加权调制系统，其特征在于，红外光源与红外探测器位于待测试样两侧，两者位于同一平面上且与待测试样法线所成角度均为45度。3.根据权利要求1所述的红外光源加权调制系统，其特征在于，输出检测模块用于将红外探测器输出的电流信号经锁相放大和滤波后，经过DA转换后得到数字量的红外响应值。4.基于权利要求1
‑
3中任一项所述调制系统的红外光源加权调制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：在主控单元中设置具有不同权重的频率f1,f2,...,f
n
，设置具有不同权重的d1,d2,...,d
n
；主控单元依次向调制控制模块发送不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
；获取每个不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
对应的红外响应值y
ij
；对所述不同权重的频率f
i
、d
j
以及y
ij
进行最小二乘拟合，获取频率、占空比与红外响应的二元函数；计算该二元函数的最大值点，获取最大值点对应的频率和占空比。5.基于权利要求4所述的红外光源加权调制方法，其特征在于，主控单元依次向调制控制模块发送不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
，获取每个不同权重组合的频率f
i
和占空比d
j
对应的红外响应值y
ij
包括：主控单元向调制控制模块发送不同权重组合的频率f
i
和占空比d
i
，调制控制模块根据所述频率f
i
和占空比d
j
，控制红外光源发光；输出检测模块检测红外探测器的输出，并将红外响应值发送给主控单元；主控单元收到所述红外响应值后进行存储，并继续发送下一组不同权重组合的频率f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东阳，张宇峰，王洋，唐增武，戴景民，刘钊，刘文皓，贾辉，
申请(专利权)人：渤海大学哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：