调制红外全波发生器装置制造方法及图纸

一种基于物理学中黑体辐射理论设计的调制红外全波发生器装置，它包括集成低压直流电源、定时控制器、电子开关、双闭环自动反馈单元以及杠杆式定位机构。通过双闭环自动反馈调节，能有效保护红外波谱能量激励器件的可靠运用，并提供峰值辐射波长可调且覆盖红外全波谱范围的大功率红外线能量。借助杠杆式定位机构，很容易调整本装置使之具有落地式或台式机型。本装置可广泛应用于工农业、医疗、科研等一切需要可调红外波谱源的领域。（*该技术在2003年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种调制红外全波发生器装置。众所周知，红外波谱源在工农业、医疗、军事及科研等部门具有十分广泛的应用。例如，在工业上可利用红外线加热和干燥，在农业中利用红外线育种，在医学领域利用红外线诊断、治疗和消毒，在军事和科研部门则利用红外波谱源探测目标或进行红外元器件与材料的性能研究和应用开发。市场上虽然有一些红外波谱源产品可资利用，但它们大都是为某种特定目的而设计的，其应用面窄，而且由于它们采用了大致相同的红外波谱能量产生方法(我们称之为传统方法)，具有某些固有的缺点，因而不能满足对一个现代化高可靠运用红外波谱源的需求。传统的红外波谱能量产生方法概述如下在普通绝缘材料的陶瓷基体上，敷以用高温固溶法形成的导电层(导热层)并引出一对电极，然后再在导电层外敷涂氧化物为主构成的红外涂层(也可以将红外涂层与陶瓷绝缘基体烧结一起)，当对导电层通电时，就可以获得一定波谱范围的红外辐射能量(徐怀平《远红外加热技术》河北人民出版社1979)。这种传统红外波谱能量产生方法已沿用数十年，至今无实质性改进。传统方法的固有缺点和局限性如下①机械性能差，容易破损；②可加工性差，不易获得圆盘状结构(大多为条板式或圆管式)；③有效辐射面积小、辐射功率低；④辐射波谱范围较窄，且不易调整；⑤热响应时间长，难以实现自动化；⑥导电层电阻不均匀，承受热冲击和热应变能力差，使用寿命短；⑦辐射效率受涂层强烈影响，并且不能从根本上杜绝有害物质的泄漏污染。本技术的目的，是基于物理学中的黑体辐射理论(张幼文《红外光学工程》上海科学技术出版社1982)，设计一种直接采用金属合金体作为辐射源的红外全波谱发生器装置，它不仅克服了上述传统方法的所有缺点和局限性，而且因其采用了本技术提出的双闭环自动反馈调节技术，能可靠地产生峰值波长可调且覆盖红外全波谱范围的红外线能量，从而使本装置能够作为一种通用型仪器适合于多方面的应用。适当选择的金属合金材料(如铸铁、粗糙平面钢、Ni－Cr合金钢和不锈钢等)，经简单工艺处理(如喷砂表面粗糙处理、高温黑化处理等)后，在很宽的波段范围(2～20μm)内，具有较高且均匀的辐射率值(ε＝0.8～0.9)。上述波段范围已涵盖红外全波谱辐射即近红外(0.76～3μm)、中红外(3～6μm)和远红外(≥6μm)。可用物理学中的黑体辐射理论来近似描述上述金属合金体构成的辐射盘的特性①辐射本领RT(即单位表面积的辐射功率)与绝对温度T的四次方成正比，即RT＝εσT4(1)式(1)中的σ＝5.67×10－2W／cm2.K4。对于保守的计算，不锈钢材料的ε值可取下限值0.8。②辐射峰值波长λm与绝对温度T成反比，即λmT＝b(2)式(2)中的b＝2898μm.K。根据式(1)与(2)，可以计算出任一温度下面积为S(S＝1／4πD2，D是不锈钢圆盘直径，为18cm)的辐射盘的总辐射功率P＝SεσT4和辐射峰值波长λm，如表1和表2所示。这些数据是设计本技术所述红外全波发生器装置的重要依据。表1 辐射总功率P随温度的变化------------------------------------------------------------t(℃) 97197 297 397 497 597 697 727777------------------------------------------------------------T(K) 370 470 570 670770 870 970 1000 1050------------------------------------------------------------P(W) 2257 123 236409 666 1029 1163 1414------------------------------------------------------------表2 辐射峰值波长λm随温度的变化------------------------------------------------------------t(℃) 2050 100150200 250 300 350------------------------------------------------------------T(K) 293323 373423473 523 573 623------------------------------------------------------------λm(μm) 9.89 8.97 7.77 6.85 6.13 5.54 5.06 4.65------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------t(℃)400 450500600 700800------------------------------------------------------------T(k) 673 723 773873 973 1073------------------------------------------------------------λ(μm) 4.31 4.01 3.75 3.32 2.83 2.70------------------------------------------------------------表1和表2的计算数据表明，对于全波辐射率值较高(ε≥0.8)的金属合金材料(如不锈钢)，选取适当大小的辐射面积(直径为18cm的圆盘)，在不太高的温度(约700℃)下，就能获得超过千瓦的辐射功率。由于金属合金(如不锈钢)是优良导电(热)体，其热响应时间(数秒钟或更短)远短于绝缘陶瓷体的热响应时间(几分钟或更长)。金属合金材料的可加工性、机械强度、耐受热冲击和热应变的能力，也远胜于绝缘陶瓷体。此外，如前所述，只需简单工艺处理，而无需增加红外涂层，不锈钢就具有很高且均匀的辐射率值，这样不但使金属合金辐射盘的制作更为简单，而且可避免因制作红外涂层可能造成的一切化学污染。特别要强调说明的是，由于金属合金体具有极短的热响应时间，可以通过闭环反馈网络调节红外辐射盘的电激励条件，进而达到自动改变红外辐射峰值波长与能量强度之目的，从而使红外波谱源的自动控制成为可能。而对于具有较长热响应时间的陶瓷红外辐射体，因其热响应时间(几分钟至十几分钟)已可与正常运用时间(几十分钟)相比拟，根本不可能对其施加有效的自动控制。以下结合附附图说明图1～3，进一步阐述本技术提出的用于获得调制红外全波谱输出的双闭环自动反馈调节原理和采用的技术方案。图1为调制红外全波发生器装置的原理框图。图2为调制红外全波发生器装置的电原理图。图3为调制红外全波发生器装置一个实施例的外形结构图。在附图中，相同的部件用相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物理学中黑体辐射理论设计的调制红外全波发生器装置，它包括集成低压直流电源（１）、定时控制器（２）、电子开关（３）、双闭环自动反馈单元以及杠杆式定位机构，其特征在于双闭环自动反馈单元由光电隔离固态继电器（４）、桥式整流和滤波器（５）、脉宽调制器（６）、具有电感负载的功率放大器（７）、电流和温度信息传感器（８）、红外能量辐射盘（９）以及集成电压比较器（１０）所构成；双闭环自动反馈单元所包含的上述电路形成两个重叠的闭环反馈网络；由脉宽调制器（６）、具有电感负载的功率放大器（７）、电流和温度信息传感器（８）组成的第一闭环反馈网络，能自动调整功率放大器（７）的输出电流不致过载；由光电隔离固态继电器（４）、桥式整流和滤波器（５）、具有电感负载的功率放大器（７）电流和温度信息传感器（８）以及集成电压比较器（１０）组成的第二闭环反馈网络，确保功率放大器（７）的导通电流达到最高允许值时，迅速切断功率放大器（７）的供电电源电压，因而借助这两个闭环电路网络的自动调节作用，可以保证功率放大器器件在高压大电流下的可靠运用；功率放大器（７）输出的高频电流在红外能量辐射盘（９）内激励旋波涡流，使红外辐射盘（９）的温度上升，从而产生所需要的调制红外全波谱能量。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，陆明波，
申请(专利权)人：周旋，杨波，陆明波，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]