一種提高真空面源黑體均勻性的精細劃分控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高真空面源黑體均勻性的精細劃分控制系統，本系統包括溫度控制儀表、溫度傳感器、信號調理電路、面源黑體輻射源；所述面源黑體輻射源設有N個區域，每一區域設置一加熱片，所述信號調理電路為一分N信號調理電路；所述信號調理電路的電壓信號輸入端與所述溫度控制儀表的電壓信號輸出端連接，其每一電壓信號輸出端口分別經一程控電源與一所述加熱片連接；所述溫度傳感器設于所述面源黑體輻射源上，并通過數據線與所述溫度控制儀表的信號輸入端連接。本系統具有均勻性好、穩定速度快，而且結構簡單、成本低。
【專利說明】一種提高真空面源黑體均勻性的精細劃分控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種提高真空面源黑體均勻性的精細劃分控制系統，屬于紅外成像器件標定設備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]空間飛行器上攜帶的紅外遙感探測器發回來的遙感數據，是經遙感器光電轉換之后形成的電信號，為了將電信號反演成物體的輻射量，就需要在衛星發射之前進行紅外通道的標定。標定精度的高低，直接影響到反演的精度，所以紅外探測器在研制過程中都必須進行紅外輻射定標試驗。用于紅外定標的紅外輻射定標設備由真空容器、熱沉、真空面源黑體、深冷黑體、數據采集系統等組成。其中紅外輻射定標的關鍵部件是定標黑體。標準面源黑體需放置在真空艙內。由于面源黑體處于真空環境下，缺少大氣熱交換與熱傳導，導致系統阻尼系數較小，系統波動較大、難于控制、溫度均勻性差。
[0003]目前，為了提高真空面源黑體的溫度均勻性的方法，一般采用多個溫度控制儀表，構成多個控制循環，將輻射面切分成不同的控制區域，對不同的區域單獨控制，在這種方式下，需要多個溫度傳感器與多個控制儀表，控制系統成本高，而且每一個控制循環之間相互干擾比較大，系統穩定困難，抗干擾能力差。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種提高真空面源黑體均勻性的精細劃分控制系統，該系統設計方法不但可以有效的提高真空面源黑體的均勻性，而且可以提高系統的穩定性，縮短穩定時間。較其他方法精度高，結構簡單。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]一種提高真空面源黑體均勻性的精細劃分控制系統，其特征在于包括溫度控制儀表、溫度傳感器、信號調理電路、面源黑體輻射源；所述面源黑體輻射源設有N個區域，每一區域設置一加熱片，所述信號調理電路為一分N信號調理電路；所述信號調理電路的電壓信號輸入端與所述溫度控制儀表的電壓信號輸出端連接，其每一電壓信號輸出端口分別經一程控電源與一所述加熱片連接；所述溫度傳感器設于所述面源黑體輻射源上，并通過數據線與所述溫度控制儀表的信號輸入端連接；其中，N為大于I的自然數。
[0007]進一步的，所述信號調理電路包括電源模塊、信號跟隨電路與增益可調的信號分路電路；所述電源模塊的輸入端與電源端口連接，其輸出端與所述信號跟隨電路的電源端、所述信號分路電路的電源端連接；所述信號跟隨電路的電壓信號輸出端經所述信號分路電路與所述程控電源連接。
[0008]進一步的，所述信號調理電路還包括兩去耦電路，分別與所述電源模塊的輸出端連接。
[0009]進一步的，所述信號跟隨電路為一運算放大器；所述運算放大器連接為電壓跟隨器形式。[0010]進一步的，所述信號分路電路包括N個支路，每一支路為一同相放大器；所述同相放大器的信號輸入負端與信號輸出端之間連接一可變電阻。
[0011]進一步的，每一所述支路分別經一金屬膜電阻與所述運算放大器的電壓信號輸出端連接。
[0012]進一步的，所述去耦電路包括并聯的M個相同電容值的電容，每一電容的一端與所述電源模塊的一輸出端連接，另一端與地線連接。
[0013]進一步的，所述電源模塊的輸出端與公共端之間分別并接一組濾波電容。
[0014]進一步的，所述溫度傳感器設置于所述面源黑體輻射源的中間部位。
[0015]進一步的，所述加熱片為阻性加熱片。
[0016]本系統主要包括溫度控制儀表、溫度傳感器(如PT100傳感器)、一分六信號調理電路、六組程控電源、六組阻性加熱片以及面源黑體輻射源等單元。
[0017]所述一分六信號調理電路包含電源模塊部分、去耦電路部分、信號跟隨電路部分與信號分路電路部分。
[0018]所述電源模塊部分電路的主要功能是將輸入的220V交流電壓轉換為±15V的雙路共地直流電源，為整個電路板上的運算放大器及其它器件提供電源。
[0019]所述去耦電路部分主要功能是對各運算放大器的正負電源端的電源電壓進行濾波，保證運算放大器電源電壓的穩定，從而使運算放大器工作可靠。去耦電路主要器件為耐壓50V、容值為0.1uF的陶瓷電容。
[0020]所述信號跟隨電路部分的主要功能是將輸入的溫度控制儀表控制信號轉變為具有一定驅動能力的信號，為信號分路部分提供輸入信號。運算放大器40采用AD公司的0P279。
[0021]所述信號分路電路部分的主要功能是將一路輸入信號分為多路獨立可調的輸出信號，為程控電源提供輸入控制信號，以單獨控制每一路程控電源的輸出功率，實現精細化控制。信號分路部分的輸出信號為0V-10V的模擬信號，運算放大器采用AD公司生產的0P07。
[0022]所述PT100溫度傳感器測溫溫度范圍為160K?500K，測量精度為0.05K。
[0023]所述溫度控制儀表具有兩路輸出，第一路控制輸出信號為OV?10V,第二路輸出信號為4mA?20mA。第二路控制低溫液氮電磁閥4的開度，液氮的流量根據低溫電磁閥的開度線性輸出，液氮進入面源黑體以后，將面源黑體表面的熱量帶走。通過不斷地控制運算，溫度控制儀表的兩路輸出不斷地變化，當面源黑體的加熱總功率等于面源黑體的單位時間內能變化、系統的散熱以及熱輻射的總和時，系統達到熱平衡，最總系統穩定。
[0024]與現有技術相比，本發明的積極效果為:
[0025]本發明采用一個獨立的溫度控制儀表，將溫度控制儀表的控制輸出接到一個一分六信號處理電路中，該電路將控制儀表的一路輸出信號變成六路幅值大小可以獨立調節的信號。該六路控制信號分別控制六組程控電源的功率輸出，進而控制均等分布在輻射源后的六組阻性加熱片。根據實驗結果，可以獨立的調節一分六信號調理電路的每一路輸出，可以在控制系統穩定、可靠的前提下，有效的提高真空面源黑體的均勻性。較其他方法均勻性好、穩定速度快，而且結構簡單、成本低。【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通的技術人員來講，在不付出創造性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0027]圖1為本發明實施例所提供的一種提高真空面源黑體均勻性的精細劃分控制系統圖；亦為本發明的最佳實施例。
[0028]圖2為本發明實施例所提供的一分六信號調理電路中電源供電部分電路圖；
[0029]圖3為本發明實施例所提供的一分六信號調理電路中去耦電路部分電路圖；
[0030]圖4為本發明實施例所提供的一分六信號調理電路中信號跟隨部分電路圖；
[0031]圖5為本發明實施例所提供的一分六信號調理電路中信號分路部分電路圖。
[0032]其中，1.溫度控制儀表,2.—分六信號調理電路,3.PT100傳感器,4.低溫液氮電磁閥，5?10.六組程控電源，11.加壓液氮，12?17.六組阻性加熱片，18.面源黑體輻射源；21.電源輸入端，22.電源模塊，23?26.電容，31?37.電容，40.運算放大器，41信號輸入端，42?49.電阻。
【具體實施方式】
[0033]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，基于發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性的勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0034]下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為本發明實施例所提供的系統設計圖，圖1中包括1.溫度控制儀表，2.—分六信號調理電路，3.PT100傳感器，4.低溫液氮電磁閥，5?10.六組程控電源，11.加壓液氮，12?17.六組阻性加熱片，18.面源黑體輻射源。
[0035]真空面源黑體輻射源18均等的劃分為六個區域，PT100傳感器3安裝在真空面源黑體輻射源18的中間部位，PT100傳感器3實時采集面源黑體的內部溫度變送給溫度控制儀表1，與設定值進行比較，通過多段PID控制運算，輸出分別控制面源黑體的加熱與制冷，在加熱過程中，溫度控制儀表輸出OV?5V電壓加到一分六信號調理電路2的輸入端,經過電路放大處理，變成六路相互獨立可調的OV?IOV控制信號，六路信號分別控制對應粘貼在面源黑體六個區域內的阻性加熱片5?10的加熱功率。
[0036]圖2中，AC220V電壓通過輸入端口 21加載到電源模塊22的輸入端，通過電源模塊22，轉換為±15V電源，按照要求，為了保證輸出電壓的穩定，在±15V與公共端之間分別并接四個濾波電容23?26，其容值為0.1uF和220uF，耐壓為50V。
[0037]圖3主要功能是對各運算放大器的正負電源端的電源電壓進行濾波，保證運算放大器電源電壓的穩定，從而使運算放大器工作可靠。去耦電路主要器件為耐壓50V、容值為
0.1uF的陶瓷電容31?37。
[0038]圖4中，溫控表的電壓控制信號經輸入端口 41進入運算放大器0P279的輸入端，0P279連接成為電壓跟隨器的形式，保證輸入信號與輸出信號極性、幅值相同，為后續信號分路電路提供具有足夠驅動能力的信號，圖中相應電阻42?44均選用阻值為10k、功率為
0.25W、精度為5%的金屬膜電阻，其中引腳I為反饋端、引腳2為輸入負端、引腳3為輸入正端。
[0039]信號跟隨電路的輸出信號為分路信號各路的輸入信號61，信號分路電路由六個相同且獨立的同相放大器組成，每路同相放大器的增益可以通過可變電阻63獨立可調，如圖5所示，可以控制相應的程控電源輸出不同的功率，以改善黑體控制的均勻性。
【權利要求】
1.一種提高真空面源黑體均勻性的精細劃分控制系統，其特征在于包括溫度控制儀表、溫度傳感器、信號調理電路、面源黑體輻射源；所述面源黑體輻射源設有N個區域，每一區域設置一加熱片，所述信號調理電路為一分N信號調理電路；所述信號調理電路的電壓信號輸入端與所述溫度控制儀表的電壓信號輸出端連接，其每一電壓信號輸出端口分別經一程控電源與一所述加熱片連接；所述溫度傳感器設于所述面源黑體輻射源上，并通過數據線與所述溫度控制儀表的信號輸入端連接；其中，N為大于I的自然數。
2.如權利要求1所述的精細劃分控制系統，其特征在于所述信號調理電路包括電源模塊、信號跟隨電路與增益可調的信號分路電路；所述電源模塊的輸入端與電源端口連接，其輸出端與所述信號跟隨電路的電源端、所述信號分路電路的電源端連接；所述信號跟隨電路的電壓信號輸出端經所述信號分路電路與所述程控電源連接。
3.如權利要求2所述的精細劃分控制系統，其特征在于所述信號調理電路還包括兩去耦電路，分別與所述電源模塊的輸出端連接。
4.如權利要求2或3所述的精細劃分控制系統，其特征在于所述信號跟隨電路為一運算放大器；所述運算放大器連接為電壓跟隨器形式。
5.如權利要求2或3所述的精細劃分控制系統，其特征在于所述信號分路電路包括N個支路，每一支路為一同相放大器；所述同相放大器的信號輸入負端與信號輸出端之間連接一可變電阻。
6.如權利要求5所述的精細劃分控制系統，其特征在于每一所述支路分別經一金屬膜電阻與所述運算放大器的電壓信號輸出端連接。
7.如權利要求3所述的精細劃分控制系統，其特征在于所述去耦電路包括并聯的M個相同電容值的電容，每一電容的一端與所述電源模塊的一輸出端連接，另一端與地線連接。
8.如權利要求2或7所述的精細劃分控制系統，其特征在于所述電源模塊的輸出端與公共端之間分別并接一組濾波電容。
9.如權利要求1所述的精細劃分控制系統，其特征在于所述溫度傳感器設置于所述面源黑體輻射源的中間部位。
10.如權利要求1所述的精細劃分控制系統，其特征在于所述加熱片為阻性加熱片。
【文檔編號】G05D23/24GK103677012SQ201310629300
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】楊旺林, 魏建強, 劉亞平, 張玉國, 張虎 申請人:北京振興計量測試研究所