一种调光装置以及调光方法与流程

1.本发明涉及光学元件，尤其是涉及调光装置以及基于调光装置的调光方法。


背景技术：

2.红外光源大都由光源中的介质通电发热到一定的温度以上而产生发光效应，因而从通电到发光以及从断电到光全灭需要的时间相对较长(大多在100ms以上)，即通电后光源是随着介质温度的升高逐渐亮起来的、断电后光源时随着介质温度的降低逐渐熄灭的。
3.因此依靠通断电来开关红外光产生的光信号变化较慢，从而导致依靠检测光信号变化率的红外探测器获得的输出响应不高、灵敏度低。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种调光装置，能够对光信号进行高速开启和关闭，产生方波形的调制光信号。
5.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之二在于提供一种调光方法，能够对光信号进行高速开启和关闭，产生方波形的调制光信号。
6.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种调光装置，包括转盘，包括遮光体以及透光窗；驱动结构，包括启动电磁绕组、停驻电磁绕组、减速电磁绕组、角度传感器以及转子永磁组，所述转子永磁组与所述转盘连接并带动所述转盘转动，所述角度传感器获取所述转盘或所述转子永磁组的旋转角度，所述转子永磁组环绕所述启动电磁绕组、所述停驻电磁绕组以及所述减速电磁绕组；电控系统，所述电控系统与所述驱动结构电性连接，所述电控系统控制所述启动电磁绕组使所述转子永磁组带动所述转盘加速转动，所述电控系统根据所述角度传感器反馈的转动角度控制所述减速电磁绕组使所述转子永磁组带动所述转盘减速，所述电控系统控制所述停驻电磁绕组使所述转子永磁组带动所述转盘停留在目标位置，使光在开启状态以及关闭状态之间切换。
7.进一步的，在所述转子永磁组转动过程中，当所述减速电磁绕组工作前，所述停驻电磁绕组能够控制所述转子永磁组加速。
8.进一步的，所述停驻电磁绕组控制所述转子永磁组加速时，所述启动电磁绕组不工作。
9.进一步的，所述启动电磁绕组使所述转盘转动的角度受所述驱动结构的具体结构限制为一固定值。
10.进一步的，所述减速电磁绕组位于所述启动电磁绕组以及所述停驻电磁绕组之间。
11.进一步的，所述驱动结构还包括加速电磁绕组，所述加速电磁绕组位于所述启动电磁绕组以及所述减速电磁绕组之间，所述电控系统控制所述加速电磁绕组使所述转子永磁组带动所述转盘加速。
12.进一步的，所述透光窗呈弧形。
13.进一步的，所述透光窗的数量为多个，多个所述透光窗位于一圆周上。
14.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：一种基于上述调光装置的调光方法，包括以下步骤：调节位置：调节光源和调光装置的相对位置，使光源的通光路径位于透光窗所在的圆周上；通光调节：电控系统控制启动电磁绕组使转子永磁组带动转盘加速转动，电控系统根据角度传感器反馈的转动角度控制减速电磁绕组使转子永磁组带动转盘减速，电控系统控制停驻电磁绕组使转子永磁组带动转盘停留在透光窗位于通光路径上；闭光调节：电控系统控制启动电磁绕组使转子永磁组带动转盘加速转动，电控系统根据角度传感器反馈的转动角度控制减速电磁绕组使转子永磁组带动转盘减速，电控系统控制停驻电磁绕组使转子永磁组带动转盘停留在遮光体位于通光路径上；产生调制光信号：重复上述通光调节以及闭光调节步骤，得到方波形的调制光信号。
15.进一步的，在所述通光调节步骤以及所述闭光调节步骤中，当所述减速电磁绕组工作前，所述停驻电磁绕组能够控制所述转子永磁组加速。
16.相比现有技术，本发明调光装置通过启动电磁绕组、停驻电磁绕组以及减速电磁绕组控制转子永磁组带动转盘转动的速度，当需要通光时控制转盘以最快的速度将透光窗旋转到通光路径中然后保持住该位置不变，当需要闭光时以最快的速度将遮光体旋转到通光路径中然后保持住该位置不变，即以最快的速度开启或切断检测光，产生方波形的调制光信号，从而使得输出信号强度与光的突变斜率成正比的探测器输出更大幅度的响应信号、进而提高检测的灵敏度和信噪比；加快开启和切断的速度以及提高开关频率(即提高调制频率)进而大幅提高检测速度。
附图说明
17.图1为本发明调光装置的立体图；图2为图1的调光装置的转盘的结构示意图；图3为图1的调光装置的结构框图；图4为使用图1的调光装置调制前后传感器电信号效果对比图。
18.图中：10、转盘；11、遮光体；12、透光窗；20、转轴；30、驱动结构；31、启动电磁绕组；32、减速电磁绕组；33、停驻电磁绕组；34、角度传感器；35、转子永磁组。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组
件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.请参阅图1至图3，本技术提供一种调光装置，调光装置包括转盘10、转轴20、驱动结构30以及电控系统。
23.转盘10包括遮光体11以及透光窗12，当遮光体11旋转到通光路径中时光线就被切断。透光窗12为镂空结构，当透光窗12旋转到通光路径中时光线可以通过。在本实施例中，透光窗12的数量为多个，每一透光窗12呈弧形，多个透光窗12位于同一圆周上。
24.驱动结构30包括启动电磁绕组31、减速电磁绕组32、停驻电磁绕组33、角度传感器34以及转子永磁组35。启动电磁绕组31、减速电磁绕组32、停驻电磁绕组33以及角度传感器34的数量分别为两个，均对称设置。转子永磁组35环绕启动电磁绕组31、减速电磁绕组32、停驻电磁绕组33以及角度传感器34。转子永磁组35通过转轴20与转盘10固定连接，带动转盘10转动。减速电磁绕组32位于启动电磁绕组31以及停驻电磁绕组33之间。
25.电控系统与启动电磁绕组31、减速电磁绕组32、停驻电磁绕组33以及角度传感器34电性连接。电控系统根据角度传感器34反馈的角度值控制启动电磁绕组31、减速电磁绕组32、停驻电磁绕组33的电磁力，控制转盘10的转动以及停留。
26.由于转子永磁组35呈环形，启动电磁绕组31、减速电磁绕组32以及停驻电磁绕组33工作时，对转子永磁组35产生的力为吸引力，当转子永磁组35靠近时，产生的是使转盘10加速的力。当转子永磁组35正对时，产生的是使转盘10定位的锁紧力，当转子永磁组35远离时，产生的是减速的力。
27.控制转盘10旋转的具体步骤是：电控系统首先撤销停驻电磁绕组33的电磁力、同时控制启动电磁绕组31发出电磁力使得转子永磁组35带动转盘10加速正转，随后当与转子永磁组35配合的角度传感器34检测到转子永磁组35转过一定的转角(转角1)后，电控系统立即撤销启动电磁绕组31的电磁力（此时由于转子永磁组35转动导致的位置变化，启动电磁绕组31即将使转子永磁组35产生反转的力，因此需要撤销）、并随即控制停驻电磁绕组33发出电磁力来使得转子永磁组35以更快的角速度正向转动（由于转子永磁组35与停驻电磁绕组33的位置关系，导致此时停驻电磁绕组33使转子永磁组35产生正向加速的力）。再随后当与转子永磁组35配合的角度传感器34检测到转子永磁组35转过另一角度(转角2)后随即控制减速电磁绕组32发出电磁力来给转子永磁组35减速，此时将停驻电磁绕组33使转子永磁组35产生定位的锁紧力。再随后当与转子永磁组35配合的角度传感器34检测到转子永磁组35减速转过(此时仍是正转只不过越转越慢)另一转角(转角3)后电控系统立即撤销减速电磁绕组32的电磁力、保留停驻电磁绕组33的电磁力使得转子永磁组35和转盘10停留在目标位置上。需要注意的是减速电磁绕组32是在高速正转的末尾产生一个反向的力来拉住转子永磁组35、使其快速刹车、以减少转子永磁组35的过冲角度。此外停驻电磁绕组33是一个
时分复用电磁绕组，当启动后需要加速正转时该电磁绕组的作用是作为正转加速电磁绕组，在减速过程中以及停止转动状态下该电磁绕组的作用是作为停驻钳位电磁绕组以锁住转子永磁组35、使得转子永磁组35和与之相连的转盘10不会转动。
28.上述启动电磁绕组31使转盘10转动的角度（转角1）受驱动结构30的具体结构限制为一固定值。
29.通过转盘10转动过程可以看出，调光装置的作用就是，当需要通光时控制转盘10以最快的速度将透光窗12旋转到通光路径中然后保持住该位置不变，当需要闭光时以最快的速度将遮光体11旋转到通光路径中然后保持住该位置不变，即以最快的速度开启或切断检测光，从而使得输出信号强度与光的突变斜率成正比的探测器输出更大幅度的响应信号、进而提高检测的灵敏度和信噪比，同时开启和切断光的速度提高了又可以提高开关频率(即提高调制频率)，进而大幅提高检测速度。
30.本技术中调光装置对光的开关切换时间小于2ms，开关速度远快于依靠通断电来开关红外光的速度，因而可以使得检测光信号变化率的红外探测器获得更高的输出响应、进而大幅提高仪器的灵敏度。
31.由于本技术调光装置对光信号进行高速开启和关闭的切换时长不受开启和关闭后的停留维持时间长短的影响，与常规匀速转动的调光方法相比无论调制切换频率的高低可以始终保持近似方波(开关切换跳变沿接近垂直)的调制光信号，而常规的匀速转动调光方法只能得到近似正弦波或三角波形的切换跳变沿，当调制频率变低时开关切换时间也随之增长、无法在低频调制状态下产生较高的变化率。
32.在其他实施例中，驱动结构30还包括加速电磁绕组，加速电磁绕组位于启动电磁绕组31以及减速电磁绕组32之间，电控系统控制加速电磁绕组使转子永磁组35带动转盘10加速。
33.请参阅图4，图4为经热释电传感器将方波光信号转换成的电信号对比图。具体的，采用卤钨灯作为光源，仪器分光装置将波长调节到3um后保持波长不变，采用热释电作为红外光探测器，热释电探测器的输出信号经放大调理后传送至电控系统的16位模数转换芯片进行ad转换。先设置调光装置为常开状态、即将镂空的透光窗12转至通光路径中使得光信号可以无损通过，此时电控系统发出控制信号以1.6s为周期来对光源进行重复通断电控制(通电和断电时间均为800ms)，ad转换器采集到如图4中虚线所示的幅度较小峰形较宽的光电转换信号波形，其中正峰对应光源点亮过程，负峰对应光源熄灭过程。而后电控系统控制光源常亮，此时电控系统控制调光装置同样以1.6s为周期来重复开启和切断光信号，ad转换芯片采集到如图4中实线所示幅度较大峰形较窄的光电转换信号波形，其中正脉冲对应光信号开启过程，负脉冲对应光信号阻断过程。可以明显看到探测器输出更大幅度的响应信号、进而提高检测的灵敏度和信噪比。
34.本技术还涉及一种基于上述调光装置的调光方法，包括以下步骤：调节位置：调节光源和调光装置的相对位置，使光源的通光路径位于透光窗12所在的圆周上；通光调节：电控系统控制启动电磁绕组31使转子永磁组35带动转盘10加速转动，电控系统根据角度传感器34反馈的转动角度控制减速电磁绕组32使转子永磁组35带动转盘10减速，电控系统控制停驻电磁绕组33使转子永磁组35带动转盘10停留在透光窗12位于
通光路径上；闭光调节：电控系统控制启动电磁绕组31使转子永磁组35带动转盘10加速转动，电控系统根据角度传感器34反馈的转动角度控制减速电磁绕组32使转子永磁组35带动转盘10减速，电控系统控制停驻电磁绕组33使转子永磁组35带动转盘10停留在遮光体11位于通光路径上；产生调制光信号：重复上述通光调节以及闭光调节步骤，得到方波形的调制光信号。
35.进一步的，在通光调节步骤以及闭光调节步骤中，当减速电磁绕组32工作前，停驻电磁绕组33能够控制转子永磁组35加速。
36.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。