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一種面輻射源黑體.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410136995.4

申請日:

2014.04.08

公開號:

CN103954365A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的撤回IPC(主分類):G01J 5/00申請公布日:20140730|||實質審查的生效IPC(主分類):G01J 5/00申請日:20140408|||公開
IPC分類號: G01J5/00 主分類號: G01J5/00
申請人: 洛陽理工學院
發明人: 閔志宇; 李艷; 戴建廣; 李龍星; 沈俊芳; 康莉; 石念峰; 王國強; 方世杰
地址: 471000 河南省洛陽市高新技術產業開發區芳澤路
優先權:
專利代理機構: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120 代理人: 苗強
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410136995.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2014.09.10|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種面輻射源黑體,包括黑體輻射面組件、數顯溫控儀、為黑體輻射面組件及數顯溫控儀供電的電源模塊以及接受數顯溫控儀的指令進行通斷的繼電器組,黑體輻射面組件包括輻射面、半導體制冷片組、換熱系統以及熱電偶,半導體制冷片組夾在輻射面和換熱系統之間,用于檢測輻射面溫度的熱電偶與數顯溫控儀相連接,半導體制冷片組通過由數顯溫控儀控制的繼電器組與電源模塊連接,并藉由繼電器組的通斷切換施加在半導體制冷片組上的電流方向,所述各部件集成一體設置在一殼體內。本發明升溫快,能在5min內將輻射面從常溫升高至90°C并穩定;制冷能力強,輻射溫度可降到比室溫低10°C,溫度非均勻性小于0.2℃,另外體積小,能耗低,節約能源。

權利要求書

權利要求書
1.  一種面輻射源黑體,包括黑體輻射面組件(1)、數顯溫控儀(5)、為黑體輻射面組件(1)及數顯溫控儀(5)供電的電源模塊(10)以及接受數顯溫控儀(5)的指令進行通斷的繼電器組(3),其特征在于:所述的黑體輻射面組件(1)包括輻射面(101)、半導體制冷片組(104)、散熱系統以及熱電偶(103),半導體制冷片組(104)夾在輻射面(101)和散熱系統之間,用于檢測輻射面(101)溫度的熱電偶(103)與數顯溫控儀(5)相連接,所述的半導體制冷片組(104)通過由數顯溫控儀(5)控制的繼電器組(3)與電源模塊(10)連接,并藉由繼電器組(3)的通斷切換施加在半導體制冷片組(104)上的電流方向。

2.  根據權利要求1所述的一種面輻射源黑體,其特征在于:所述的散熱系統包括散熱器(102)和風扇(8),所述的風扇(8)與電源模塊(10)連接。

3.  根據權利要求2所述的一種面輻射源黑體,其特征在于:所述的繼電器組包括第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器,其中第一繼電器和第四繼電器的控制端與數顯溫控儀的一對溫控輸出接線腳連接,第二繼電器和第三繼電器的控制端與數顯溫控儀的另外一對溫控輸出接線腳連接,所述半導體制冷片組(104)的一側引線通過第一繼電器和第三繼電器分別連接至電源模塊(10)的正極和負極,半導體制冷片組(104)的另一側引線通過第二繼電器和第四繼電器分別連接至電源模塊(10)的正極和負極。

4.  根據權利要求3所述的一種面輻射源黑體,其特征在于:所述的第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器均為固態繼電器。

5.  根據權利要求3所述的一種面輻射源黑體,其特征在于:所述電源模塊(10)的輸出電壓為24V。

6.  根據權利要求1-5任一項所述的一種面輻射源黑體,其特征在于:所述的半導體制冷片組(104)中設有四片呈田字形排列的半導體制冷片,所述的熱電偶(103)設置在四片半導體制冷片的交界處。

7.  根據權利要求6所述的一種面輻射源黑體,其特征在于:所述的四片半導體制冷片兩個一組,分別串聯后,兩組之間并聯連接。

8.  根據權利要求1-5任一項所述的一種面輻射源黑體,其特征在于:還包括一個殼體,所述的黑體輻射面組件(1)、數顯溫控儀(5)、電源模塊(10)、以及繼電器組(3)均設置在殼體內。

說明書

說明書一種面輻射源黑體
技術領域
本發明涉及一種用于對紅外測溫、紅外成像等各種形式的輻射探測器進行標定的黑體,尤其是涉及一種面輻射源黑體。
背景技術
一切溫度高于絕對溫度(-273℃)的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量,物體的紅外輻射特性、輻射能量的大小和波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關系。因此通過測量物體自身輻射的紅外能量,便能準確地測定它的表面溫度,這是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。
黑體是一種理想物體,它的發射率和吸收率都為1,即能在任何溫度下全部吸收所有波長的輻射,并能最大限度地發出輻射。在現實中并不存在理想的黑體。但可以用某種裝置近似地代替黑體。
一個帶有小孔的密閉空腔,并且小孔相對于空腔足夠小,不會妨礙空腔內的平衡。在溫度T下,空腔壁也跟其他固體一樣,不斷輻射電磁波,腔內形成一輻射場,經過一定時間,腔內的輻射場與腔壁達到了熱平衡。這時平衡輻射的性質只依賴于溫度,與腔壁的其他性質無關。由于小孔是腔上的一部分,也處于同樣的溫度,因此,小孔的輻射性質就代表了空腔內的輻射性質。這個小孔的輻射可以看做是黑體輻射,它的發射率非常接近1,這樣的空腔被稱為黑體空腔。可以將空腔上的小孔近似地看成黑體。黑體受熱以電磁波的形式向外輻射能量,是一種理想的輻射源,被稱為黑體輻射源。
黑體輻射的輻射光譜中不同輻射亮度可用來標定溫度,在實際應用中,把黑體輻射源用于對紅外測溫、紅外成像等各種形式的輻射探測器進行標定。黑體輻射源近幾十年來隨著紅外測溫技術的發展而取得了飛速的發展,溫度均勻性是黑體輻射源的重要指標之一,是黑體輻射源設計的重要方面。
傳統的黑體空腔一般都被制成具有簡單幾何形狀的腔體,但是簡單的黑體空腔往往開口較小,適用于中、高溫條件下工作,為了滿足中低溫條件下工作的要求,人們將輻射源表面做成復雜的表面(如環形V型槽和蜂窩狀表面),稱為面輻射源,這樣的黑體被稱做面輻射源黑體。
現有技術中,面輻射源黑體主要通過加熱絲或加熱棒進行加熱,加熱過程中通過風冷或水冷進行降溫,以實現面輻射源在一個相對恒定的溫度下進行工作。但是這種加熱及冷卻的方式無法在低溫下做到室溫以下,且降溫時間長,并且導致加熱的面均勻性不好。另外,現有面輻射源黑體大多數是控制部分與輻射源為相對獨立的部件,中間需要通過電纜連接,移動比較麻煩。
發明內容
為了解決上述技術問題,本發明提供一種面輻射源黑體,可以將面輻射源溫度降到比室溫低10℃的低溫,并且本發明控制部分與面輻射源共同設置在同一個殼體內,成一體化結構,結構緊湊,體積小,便于攜帶移動。
本發明為了解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種面輻射源黑體,包括黑體輻射面組件、數顯溫控儀、為黑體輻射面組件及數顯溫控儀供電的電源模塊以及接受數顯溫控儀的指令進行通斷的繼電器組,所述的黑體輻射面組件包括輻射面、半導體制冷片組、散熱系統以及熱電偶,半導體制冷片組夾在輻射面和散熱系統之間,用于檢測輻射面溫度的熱電偶與數顯溫控儀相連接,所述的半導體制冷片組通過由數顯溫控儀控制的繼電器組與電源模塊連接,并藉由繼電器組的通斷切換施加在半導體制冷片組上的電流方向。
進一步地,所述的散熱系統包括散熱器和風扇,所述的風扇與電源模塊連接。
進一步地,所述的繼電器組包括第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器,其中第一繼電器和第四繼電器的控制端與數顯溫控儀的一對溫控輸出接線腳連接,第二繼電器和第三繼電器的控制端與數顯溫控儀的另外一對溫控輸出接線腳連接,所述半導體制冷片組的一側引線通過第一繼電器和第三繼電器分別連接至電源模塊輸出端的正極和負極,半導體制冷片組的另一側引線通過第二繼電器和第四繼電器分別連接至電源模塊輸出端的正極和負極。
進一步地,所述的第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器均為固態繼電器。
進一步地,所述電源模塊輸出電壓為24V。
進一步地,所述的半導體制冷片組中設有四片呈田字形排列的半導體制冷片,所述的熱電偶設置在四片半導體制冷片的交界處。
進一步地,所述的四片半導體制冷片兩個一組,分別串聯后,兩組之間并聯連接。
進一步地,還包括一個殼體,所述的黑體輻射面組件、數顯溫控儀、電源模塊、以及繼電器組均設置在殼體內。
本發明的有益效果是:
1、根據本發明,加熱器件采用4片半導體制冷片,升溫速度快,能在5min內從常溫升高至90°C并穩定;并且半導體制冷片組反向導通時可以制冷,散熱系統采用散熱器與風扇強制風冷相結合的方法,散熱器的散熱片采用導熱性好、易加工的鋁散熱片,并用風扇對其進行強制風冷,配合半導體制冷片組的制冷,制冷效果明顯,最低可根據需要降到比室溫低10℃。
2、輻射面可達100mm×100mm,溫度非均勻性小于0.2℃,而且半導體制冷片單片工作功耗僅約30W,整個面源黑體功耗不超過150W,能耗低,節約能源。
3、本發明采用黑體輻射面組件與繼電器組合及溫控儀組成的控制部分成一體設計在一個殼體里,在殼體外的上部有一個寬柄把手,結構緊湊,移動方便。
4、因為本發明將黑體輻射面組件與繼電器組合及溫控儀組成的控制部分成一體設計,因此相對于市面上現有面黑體輻射源而言,具有體積小、質量輕等優點,整體尺寸可小到僅為107mm(L)??184 mm(W)??236 mm(H),重量為5Kg。
附圖說明
圖1為本發明去掉殼體的頂板和側板后的結構示意圖。
圖2為黑體輻射面組件結構示意圖。
圖3為圖2去掉輻射面之后的結構示意圖。
圖4為本發明電氣控制原理圖。
圖5為本發明前面結構示意圖。
圖中,1、黑體輻射面組件,101、輻射面,102、散熱器,103、熱電偶,104、半導體制冷片組,2、支架 ,3、繼電器組,4、殼體前面板,5、數顯溫控儀,6、后面板,7,電源開關,8、風扇,9、插座,10、電源模塊,11、螺釘孔,12、把手。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步具體詳細的說明。
如圖1-4所示,一種面輻射源黑體,包括黑體輻射面組件1、數顯溫控儀5(也就是圖4中的wk)、為黑體輻射面組件1及數顯溫控儀5提供電力的電源模塊10以及接受數顯溫控儀5的指令進行通斷的繼電器組3,所述的黑體輻射面組件1包括輻射面101、半導體制冷片組104、散熱系統以及熱電偶103,半導體制冷片組104夾在輻射面101和散熱系統之間,用于檢測輻射面101溫度的熱電偶103與數顯溫控儀5相連接,所述的半導體制冷片組104通過由數顯溫控儀5控制的繼電器組3與電源模塊10連接,數顯溫控儀5根據熱電偶103傳遞過來的熱信號,藉由繼電器組3的通斷切換施加在半導體制冷片組104上的電流方向,從而控制半導體制冷片104制冷或制熱的狀態,從而最終對輻射面101的溫度進行控制,以保證其溫度的均勻和恒定。
所述的散熱系統包括散熱器102和風扇8,所述的風扇8與電源模塊10連接。
所述的繼電器組包括第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器,其中第一繼電器和第四繼電器的控制端與數顯溫控儀的一對溫控輸出接線腳連接,第二繼電器和第三繼電器的控制端與數顯溫控儀的另外一對溫控輸出接線腳連接,所述半導體制冷片組104的一側引線通過第一繼電器和第三繼電器分別連接至電源模塊10輸出端的正極和負極,半導體制冷片組104的另一側引線通過第二繼電器和第四繼電器分別連接至電源模塊10輸出端的正極和負極。
如圖5所示,本實施方式所述的數顯溫控儀采用的是UT150溫控儀,繼電器組為四個固態繼電器即第一固態繼電器k1、第二固態繼電器k2,第三固態繼電器k3和第四固態繼電器k4,第二固態繼電器k2和第三固態繼電器k3的輸入端正極分別與數顯溫控儀的溫控輸出接線腳的正極(本實施方式為第14接腳)相連接,第二固態繼電器k2和第三固態繼電器k3的輸入端負極分別與數顯溫控儀的同一對溫控輸出接線腳的負極(本實施方式為第15接腳)相連接,第二固態繼電器k2的輸出端正極與電源模塊10的正極相連接,第二固態繼電器k2的輸出端負極與半導體制冷片組104的正極相連接,半導體制冷片組104的負極與第三固態繼電器k3的輸出端正極相連接,第三固態繼電器k3的輸出端負極與電源模塊10的負極相連接;第一固態繼電器k1和第四繼電器的輸入端正極分別與數顯溫控儀的另一對溫控輸出接線腳的正極(本實施方式為第1接腳)相連接,第一固態繼電器k1和第四繼電器k4的輸入端負極分別與數顯溫控儀的同一對溫控輸出接線腳的負極(本實施方式為第2接腳)相連接,第一固態繼電器k1的輸出端正極與電源模塊10的正極相連接,第一固態繼電器k1的輸出端負極與半導體制冷片組104的負極相連接,半導體制冷片組104的正極與第四固態繼電器k4的輸出端正極相連接,第四固態繼電器k4的輸出端負極與電源模塊10的負極相連接,所述電源模塊10內設有變壓器,其可將外部AC220V轉化為+24V作為輸出電壓,為黑體輻射面組件1及數顯溫控儀5提供電能源。
所述的半導體制冷片組104中設有四片呈田字形排列的半導體制冷片,所述的熱電偶103設置在四片半導體制冷片的交界處。
所述的四片半導體制冷片兩個一組,分別串聯后,兩組之間并聯連接,如圖4,R1-R4即為所述的四片半導體制冷片。
這樣,當熱電偶103(即圖4中的T)測量到的溫度低于設定溫度時,第二固態繼電器k2和第三固態繼電器k3導通,半導體制冷片組正向導通,開始加熱;當熱電偶103測量到的溫度等于設定溫度時,四個繼電器全部關斷,輻射面101保持此時的溫度;當熱電偶103測量到的溫度高于設定溫度時,第一固態繼電器k1和第四固態繼電器k4導通,半導體制冷片組104反向導通開始制冷,并結合散熱器和風扇的使用開始對輻射面進行降溫制冷,從而實現對輻射面溫度的控制。
還包括一個殼體,所述的黑體輻射面組件1、數顯溫控儀5、電源模塊10、以及繼電器組合3均設置在該殼體內。數顯溫控儀5、電源模塊10、以及繼電器組3分別安裝在作為支架2的夾板的上下兩側,由夾板為它們提供支撐;黑體輻射面組件1中,散熱熱系統的風扇固定在殼體后面板上,如圖1所示,其可將設置于其前面的散熱器102散發的熱量吹出殼體,為設備提供強制風冷散熱,散熱器采用導熱性好、易加工的鋁散熱片進行散熱;半導體制冷片組104夾在散熱器和輻射面101之間,呈三明治結構,輻射面101采用金屬材料紫銅做基板,本實施例輻射源表面采用V型槽,用高發射率的涂料噴涂輻射面,涂料后輻射面的輻射系數約為0.96,且為全波段輻射,如圖5所示,在殼體前面板輻射面的四周分布有四個螺釘孔11,可用來安裝紅外準直系統,從而輸出平行光,用以檢測各種紅外成像裝置的性能。
在殼體的頂部還設有把手12,便于攜帶移動。

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一種 輻射源 黑體
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