一种红外辐射源装置的研制

李 阳

（92941部队91分队，辽宁葫芦岛，125000）

一种红外辐射源装置的研制

李 阳

（92941部队91分队，辽宁葫芦岛，125000）

红外辐射源装置是红外辐射特性测量的一种重要设备。设计了一种简易红外辐射源装置，辐射面采用了多传感器测量和独立PID控温，实现了辐射面的高精度温度测量与PID自动控制。实验结果表明，该装置运行稳定可靠，控温精度高，温度稳定性好。

红外；辐射特性；温度控制

0 引言

目标红外辐射特性测量在军事、工程领域具有广泛的应用。在外场测量时利用红外系统进行目标辐射特性测量，由于环境变化而带来标定和测量的误差。为了有效降低定标和测量误差，在进行红外辐射特性测量时需要相对稳定的热源提供合适的热辐射目标，为此设计了一种红外辐射源，能够方便应用于外场红外辐射特性测量和评估分析方法的验证。

1 红外辐射源及温控装置

红外辐射源由红外辐射源和温度控制箱两部分组成，红外辐射源源由红外辐射模块构成，其中红外辐射模块包括外壳、电加热膜、铝箔反射膜、隔热绝缘材料等，用于产生红外辐射；温度控制箱包括温度采集模块、PID温度控制模块、显示和电源及其控制等部分，具备对红外辐射模块的温度测量、控制和显示。红外辐射源及温控装置如图1所示。

图1 辐射源及温控装置

1.1 红外辐射模块的设计

以电加热膜作为加热元件的方式，采用“反射加隔热”技术，实现模块设计，图2是红外辐射模块结构图。

图2 红外辐射模块结构图

电加热材料作为红外模块的核心组成部件，对红外辐射特性的形成起到至关重要的作用。调研发现聚酰亚胺加热膜和玻纤硅胶加热片材料适合于本系统使用。因此，对两种加热材料进行了测试。主要检测室内条件下不同功率加热材料的加热性能和温度分布均匀情况。测试表明两种加热材料加热性能良好，加热面温度分布均匀，均可满足使用要求。对比分析发现，硅胶加热片较聚酰亚胺加热膜具有更加优良的加热性能，因此，选择硅胶加热片作为本装置的电加热材料。

在实验室利用不同隔热材料样品反复做了加热隔热效率的检测比较实验，经分析优选确定了橡塑聚酯膜作为辐射单元的隔热材料，该材料的耐温范围：－30℃～200℃。具有很好的保温、隔热性能。

1.2 温度控制箱的总体结构

总体设计结构以单片机为控制器的测控、显示电路，功能模块分为温度采集模块、PID温度控制模块、显示模块等。具体包括3路模拟信号测量接口,用来实现红外辐射模块温度信号采集。1路输出接口,实现目标的PID温度控制。1路通信接口,实现与外接计算机之间的数据交换。

在红外模块内均匀设置了4个温度传感器。采用工业级Pt100铂电阻作为测温传感器，导线采用耐高温、高强度的导线。辐射面温度测量Pt100传感器采用三线制，目的是消除线长的影响。三线制温度测量原理如图3所示。

图3 三线制温度测量原理图

图中的I1和I2采用高精度的相同的恒流源，R1、R2、R3为联结导线电阻，在引线型号和长度相同的情况下，R1=R2=R3,又因为I1=I2，则：

U=V+-V-=(I1R1+I1Rt+2I1R3)-(I2R2+2I2R3)=I1Rt=Vt

从结果可以看出：这种三线制温度变送器可以消除引线电阻带来的测量误差。

温度控制箱电路板如图4所示。

图4 温度控制箱电路板

2 红外辐射源温度控制实验

2.1 室内温度控制实验

为了检验红外辐射源的控温精度，进行了红外辐射源室内温度控制实验。实验时，将红外辐射源置于室内，手动设置温度控制箱温度值，通电加热足够长时间并通过温度传感器读取红外模块的温度。红外辐射源红外图像如图5所示。

图5 红外辐射源红外图像

在实验现场环境温度约19℃基础上，对红外模块设定了多个不同温度值，范围为21℃～44℃，包括了环境温度以上2℃～15℃的温度段。为保证实验数据可靠，每次加热时间取足够长，实验数据如表1所示。其中，误差量为传感器返回值与温控箱设定值比较的结果。

根据实验结果可以得出如下结论：在室内环境中，温控箱能够控制红外模块表面温度，控温精度在±0.5℃之内。

表1 室内温控实验数据

2.2 室外温度控制实验

为进一步检验温度控制系统的控温精度，2016年1月份进行了外场实验，实验数据如表2所示。

表2 室外温控实验数据

根据实验结果我们可以得出以下结论：

（1）在环境温度为-15℃时，温控系统能正常工作。

（2）在低温环境下（-15℃）时，温控箱控温精度可维持在±0.5℃左右。

（3）在室外微风情况下，温控箱的控温精度基本维持在±0.5℃左右。

3 结论

本文设计完成了一种红外辐射源装置，辐射面采用了多传感器测量和独立PID控温，所设计的高精度多路温度控制系统对辐射源起到了良好的温度控制效果，升降温时间不大于30min，实际测试控温精度维持在±0.5℃，该装置满足了室外标定要求。在实际目标红外特性测试中，既能满足现场标定需求，也能作为比对分析，提高目标红外特性测量的精度。

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Development of an infrared radiation source

Li Yang
（Element 91 Unit 92941 of PLA，Huludao Liaoning, 125000）

Infrared radiation source device is an important equipment for infrared radiation characteristic measurement. A simple infrared radiation source device is d esigned. Radiation surface adopts multisensor measurement and independent PID temperature control, which realizes the high precision temperature measurement and PID automatic control of radiating surface. The experimental results show that the device is stable and reliable, the temperature control precision is high, the temperature stability is good.

infrared; radiation characteristics; temperature control