調制紅外全波發生器裝置制造方法及圖紙

一種基于物理學中黑體輻射理論設計的調制紅外全波發生器裝置，它包括集成低壓直流電源、定時控制器、電子開關、雙閉環自動反饋單元以及杠桿式定位機構。通過雙閉環自動反饋調節，能有效保護紅外波譜能量激勵器件的可靠運用，并提供峰值輻射波長可調且覆蓋紅外全波譜范圍的大功率紅外線能量。借助杠桿式定位機構，很容易調整本裝置使之具有落地式或臺式機型。本裝置可廣泛應用于工農業、醫療、科研等一切需要可調紅外波譜源的領域。（*該技術在2003年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種調制紅外全波發生器裝置。眾所周知，紅外波譜源在工農業、醫療、軍事及科研等部門具有十分廣泛的應用。例如，在工業上可利用紅外線加熱和干燥，在農業中利用紅外線育種，在醫學領域利用紅外線診斷、治療和消毒，在軍事和科研部門則利用紅外波譜源探測目標或進行紅外元器件與材料的性能研究和應用開發。市場上雖然有一些紅外波譜源產品可資利用，但它們大都是為某種特定目的而設計的，其應用面窄，而且由于它們采用了大致相同的紅外波譜能量產生方法(我們稱之為傳統方法)，具有某些固有的缺點，因而不能滿足對一個現代化高可靠運用紅外波譜源的需求。傳統的紅外波譜能量產生方法概述如下在普通絕緣材料的陶瓷基體上，敷以用高溫固溶法形成的導電層(導熱層)并引出一對電極，然后再在導電層外敷涂氧化物為主構成的紅外涂層(也可以將紅外涂層與陶瓷絕緣基體燒結一起)，當對導電層通電時，就可以獲得一定波譜范圍的紅外輻射能量(徐懷平《遠紅外加熱技術》河北人民出版社1979)。這種傳統紅外波譜能量產生方法已沿用數十年，至今無實質性改進。傳統方法的固有缺點和局限性如下①機械性能差，容易破損；②可加工性差，不易獲得圓盤狀結構(大多為條板式或圓管式)；③有效輻射面積小、輻射功率低；④輻射波譜范圍較窄，且不易調整；⑤熱響應時間長，難以實現自動化；⑥導電層電阻不均勻，承受熱沖擊和熱應變能力差，使用壽命短；⑦輻射效率受涂層強烈影響，并且不能從根本上杜絕有害物質的泄漏污染。本技術的目的，是基于物理學中的黑體輻射理論(張幼文《紅外光學工程》上海科學技術出版社1982)，設計一種直接采用金屬合金體作為輻射源的紅外全波譜發生器裝置，它不僅克服了上述傳統方法的所有缺點和局限性，而且因其采用了本技術提出的雙閉環自動反饋調節技術，能可靠地產生峰值波長可調且覆蓋紅外全波譜范圍的紅外線能量，從而使本裝置能夠作為一種通用型儀器適合于多方面的應用。適當選擇的金屬合金材料(如鑄鐵、粗糙平面鋼、Ni－Cr合金鋼和不銹鋼等)，經簡單工藝處理(如噴砂表面粗糙處理、高溫黑化處理等)后，在很寬的波段范圍(2～20μm)內，具有較高且均勻的輻射率值(ε＝0.8～0.9)。上述波段范圍已涵蓋紅外全波譜輻射即近紅外(0.76～3μm)、中紅外(3～6μm)和遠紅外(≥6μm)。可用物理學中的黑體輻射理論來近似描述上述金屬合金體構成的輻射盤的特性①輻射本領RT(即單位表面積的輻射功率)與絕對溫度T的四次方成正比，即RT＝εσT4(1)式(1)中的σ＝5.67×10－2W／cm2.K4。對于保守的計算，不銹鋼材料的ε值可取下限值0.8。②輻射峰值波長λm與絕對溫度T成反比，即λmT＝b(2)式(2)中的b＝2898μm.K。根據式(1)與(2)，可以計算出任一溫度下面積為S(S＝1／4πD2，D是不銹鋼圓盤直徑，為18cm)的輻射盤的總輻射功率P＝SεσT4和輻射峰值波長λm，如表1和表2所示。這些數據是設計本技術所述紅外全波發生器裝置的重要依據。表1 輻射總功率P隨溫度的變化------------------------------------------------------------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 輻射峰值波長λm隨溫度的變化------------------------------------------------------------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的計算數據表明，對于全波輻射率值較高(ε≥0.8)的金屬合金材料(如不銹鋼)，選取適當大小的輻射面積(直徑為18cm的圓盤)，在不太高的溫度(約700℃)下，就能獲得超過千瓦的輻射功率。由于金屬合金(如不銹鋼)是優良導電(熱)體，其熱響應時間(數秒鐘或更短)遠短于絕緣陶瓷體的熱響應時間(幾分鐘或更長)。金屬合金材料的可加工性、機械強度、耐受熱沖擊和熱應變的能力，也遠勝于絕緣陶瓷體。此外，如前所述，只需簡單工藝處理，而無需增加紅外涂層，不銹鋼就具有很高且均勻的輻射率值，這樣不但使金屬合金輻射盤的制作更為簡單，而且可避免因制作紅外涂層可能造成的一切化學污染。特別要強調說明的是，由于金屬合金體具有極短的熱響應時間，可以通過閉環反饋網絡調節紅外輻射盤的電激勵條件，進而達到自動改變紅外輻射峰值波長與能量強度之目的，從而使紅外波譜源的自動控制成為可能。而對于具有較長熱響應時間的陶瓷紅外輻射體，因其熱響應時間(幾分鐘至十幾分鐘)已可與正常運用時間(幾十分鐘)相比擬，根本不可能對其施加有效的自動控制。以下結合附附圖說明圖1～3，進一步闡述本技術提出的用于獲得調制紅外全波譜輸出的雙閉環自動反饋調節原理和采用的技術方案。圖1為調制紅外全波發生器裝置的原理框圖。圖2為調制紅外全波發生器裝置的電原理圖。圖3為調制紅外全波發生器裝置一個實施例的外形結構圖。在附圖中，相同的部件用相同本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于物理學中黑體輻射理論設計的調制紅外全波發生器裝置，它包括集成低壓直流電源（１）、定時控制器（２）、電子開關（３）、雙閉環自動反饋單元以及杠桿式定位機構，其特征在于雙閉環自動反饋單元由光電隔離固態繼電器（４）、橋式整流和濾波器（５）、脈寬調制器（６）、具有電感負載的功率放大器（７）、電流和溫度信息傳感器（８）、紅外能量輻射盤（９）以及集成電壓比較器（１０）所構成；雙閉環自動反饋單元所包含的上述電路形成兩個重疊的閉環反饋網絡；由脈寬調制器（６）、具有電感負載的功率放大器（７）、電流和溫度信息傳感器（８）組成的第一閉環反饋網絡，能自動調整功率放大器（７）的輸出電流不致過載；由光電隔離固態繼電器（４）、橋式整流和濾波器（５）、具有電感負載的功率放大器（７）電流和溫度信息傳感器（８）以及集成電壓比較器（１０）組成的第二閉環反饋網絡，確保功率放大器（７）的導通電流達到最高允許值時，迅速切斷功率放大器（７）的供電電源電壓，因而借助這兩個閉環電路網絡的自動調節作用，可以保證功率放大器器件在高壓大電流下的可靠運用；功率放大器（７）輸出的高頻電流在紅外能量輻射盤（９）內激勵旋波渦流，使紅外輻射盤（９）的溫度上升，從而產生所需要的調制紅外全波譜能量。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊波，陸明波，
申請(專利權)人：周旋，楊波，陸明波，
類型：實用新型
國別省市：11[中國|北京]