专利名称：互补式模糊红外波谱源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种红外波谱源，尤其涉及一种可以连续变动波谱范围的互补式模糊红外波谱源。
现常用的红外波谱源有两种一是利用通电电阻丝发热原理，并用氧化铬、碳化硅、氧化铁等红外材料直接包涂在电阻丝外部，借此形成所需红外发射体；另一种是利用普通陶瓷绝缘材料作基体，在其上制作导电层或电热膜，然后再敷涂红外材料涂层，借此形成所需红外发射体。这些常规红外波谱源，根据其不同的用途而制成不同的波谱范围，并被应用于不同的领域，如工农业、医疗、生化研究等。这些波谱源的波谱范围有限、运用模式单调且不易控制。可是在科学研究和某些应用中，常常需要一个工作方式可控且可以自动连续变动波谱范围的宽带红外波谱源，而这样的红外波谱源至今未得解决。
本实用新型的目的，是基于模糊逻辑控制的原理(李锦林等模糊逻辑控制－－原理和应用《现代科学仪器》1991.，No.4)，设计一种能实现连续自动变动波谱范围的、工作模式可控的宽带红外波谱源－－互补式模糊红外波谱源。
众所周知，任何实际的电磁波辐射源(光源)，都不是理想的单色(单频)源。换言之，大多数实际电磁波辐射源，都产生有限带宽的连续波谱。产生几乎是纯粹单频(单色)的电磁波，虽然是可能的，但这种精确的代价是昂贵的，而且并非总是必须的。例如，在人体光谱吸收特性的测量中，电磁波的频率变化1Hz，人们都不大可能关注，而且也没有充足理由说明这种微小变化会给测量结果带来多大影响。
正是如上所述的一些被传统逻辑忽视的情况，却构成了用模糊逻辑控制实现模糊红外波谱源的基础。在解决电磁波谱发生器自动宽带连续扫频这个问题上，模糊逻辑之所以起作用，恰恰因为它的低规范性，即允许对给定的输入(某种电信号)作出较灵活的响应，它的输出－－我们所需要的宽带红外波谱－－平滑而连续地变化，因而符合连续变量系统的控制概念。
本文所述及的红外波谱源，有着严格确定的含义。即它必须是由黑体或由接近黑体特性的物质所构成的连续波谱发射源。这种红外波谱源有几个显著的特点①产生宽频带的连续波谱；②存在主能量辐射波长，也称作峰值波长，用λm表示。随着远离峰值波长λm，辐射能量迅速下降。③波谱辐射总能量仅取决于温度；④峰值波长λm在波谱分布中的位置也仅取决于温度，随着温度升高而移向波长更短的方向。⑤发射体材料可以是金属、合金、半导体或绝缘体以及它们的某种组合。⑥波谱发射特性仅取决于发射体的温度，而与发射体材料结构、以及将发射体激发至某一温度的具体方式(如直热式、旁热式感应式等)无直接关系。⑦具有较高平均发射率值(ε≥0.85)。
许多天然物质材料或市场上购得的工业半成品和产品，经适当工艺处理(如粗糙或黑化)后，均可满足本文所述及的波谱源的要求。
下面列举一些这样的物质或成品铸铁、强氧化钢、氧化镍铬合金、石棉、炭黑、IRI 403－404－420黑体、半导体电热远红外辐射元件(如TIR系列)、直热式远红外辐射元件(如YHW系列)、碳化硅远红外元件等。所有上述物质或制成品，当用作波谱源中发射体时，均做成具有两个输入端的二端元件(圆棒状、条板状或其他形式)，因而可视作电子电路中的电阻。通过对其施加电激励(模糊控制)，由此产生的连续波谱，直接向空间辐射输出。
本实用新型的目的是这样实现的一种互补式模糊红外波谱源包含有波谱发射源，其特征在于所述的波谱发射源系一互补发射的波谱发生器，它由具有较高发射率值(ε＝0.85～0.95)的产生宽带连续波谱的双发射体和模式开关所组成；互补式波谱发生器与模糊控制电路组成互补式模糊红外波谱源，其中模糊控制电路包括由电子定时器、电子开关、整流桥、相控振荡器组成的能调节发射体温度的电激励电路部份和由温度传感器、发射信号检测放大器以及发射波谱及强度显示器所组成的测量显示电路部份；所述的电子定时器，其输入端系一启动开关K1，而其输出端通过半导体二极管与电子开关相接，该电子开关的输出端与相控振荡器的输入端相接，相控振荡器的输出端与互补式波谱发生器输入端相接，互补波谱发生器中两个发射体的一端相互连接，并与整流桥的输出端相接，设置于双发射体旁边的温度传感器(铂热敏电阻，50～700℃)接入检测放大器输入端，该放大器的输出端与显示器的输入端连接。
在上述结构的互补式模糊红外波谱源中，由相控振荡器产生的控制信号通过模式开关使互补波谱发生器中的两个发射体互补发射，并在由电子定时器、电子开关控制的作用时间内，使频率可调的脉冲发生器－－相控振荡器－－对发射体电激励加热。当发射体温度升高时，其辐射峰值波长λm向短波方向移动，辐射功率也随之增大，而波谱发生器中两发射体因其是互相轮流导通加热，并由于物体本身的热惯性作用，使两发射体的发射波谱，一个按长波－－中波－－短波方向变化，另一个则按短波－－中波－－长波方向变化，从而获得互补的自动连续扫频的模糊红外波谱发射。与此同时，由温度传感器、检测放大器、显示器所组成的测量显示部份，可将发射源发射波谱及强度变化显示出来。由于黑陶和微晶玻璃具有高的运用温度(≥1000℃)、在很宽的波谱范围(2～20μm)内有高的发射率值(0.85～0.95)以及较强的耐热冲击能力，是理想的用于上述发射体的材料。
本实用新型的优点是，可以获得连续自动变动波谱范围的可控宽带红外波谱源，且其结构简单、制作方便、性能良好。
下面以附图和实施例，对本实用新型结构予以详细叙述。
图1为互补式模糊红外波谱源实施例的方框示意图。
图2为该实施例的电路原理图。
图3为该实施例的整体结构示意图。
在附图中，相同的部件用相同的标号来标记。
由图1～3所示可见，实施例中的互补式模糊红外波谱源由装设在金属护罩11内的两个发射体RL1和RL2、底座10、底座10与金属护罩11之间联接用的蛇簧管14及设置于底座10上的由单片集成电路LM3914驱动的显示器9、定时可调电阻16、定时启动开关K1、刀掷开关K2、电源开关12、电源指示灯13、定时指示灯15(D3)及置于底座10内部的控制电路板所组成。控制电路板上设有由晶体管Q1、Q2、Q3和相关元件所组成的电子定时器1、由晶体管Q4、Q5和相关元件所组成的电子开关2、整流桥3、由结型FET Q6恒流源与UJT(BT33)构成的相控振荡器4、由模式选择开关5(K2)与可控硅D7、D8及双发射体RL1和RL2所构成的互补波谱发生器6、集成片LM386构成的发射信号检测放大器8等。其中定时指示灯D3通过限流电阻R9与电子定时器1输出端及地线相串联。
因在定时时间内，Q3集电极为高电平，所以发光二极管D3作为定时指示灯而发亮，以表示波谱源处于定时运行期间；反之，D3则不发亮光。在按下启动开关K1后，定时器1立即处于定时运行，其定时时间取决于时间常数C2(R5＋R6)，所以调节电阻R6，即可改变定时时间。在电子定时运行期内，因Q3的集电极为高电平，电子开关2被接通。因此，与电子开关2相接的相控振荡器4就发出电脉冲，其脉冲频率取决于R11和C3，并由R11来调节，从小于1Hz至几KHz，然后通过模式开关K2对发射体施加电激励。由于模式开关K2系三刀三掷开关，依主刀位置不同，有三种工作模式A方式，RL1发射；B方式，RL2发射；C方式，D7和D8交替导通和截止，使RL1和RL2在电激励下互补发射，由此获得互补式模糊红外波谱源的多模式运用。
由上述可知，当改变上述定时器1和相控振荡器4中的可调电阻R6或R11，即可改变作用于RL1和RL2上的电激励加热脉冲的持续时间或频率，从而使互补式模糊红外波谱源的辐射峰值波长λm随发射体温度的变化而连续变动，与此同时，辐射波谱的强度也连续变动。这种波谱峰值波长和强度的变化，通过温度传感器7(Rt)变换成电压的变化，经检测放大器8放大后可借助显示器9直接显示之。
我们还必须强调指出的是，本实施例中的双发射体系由具有较高发射率值(0.85～0.95，2～20μm)的接近黑体发射特性的材料黑陶和微晶玻璃制成，这种宽带能谱特性使发射体做成整体结构，便能满足应用的需要。因而，本实用新型提出的互补式模糊红外波谱源，具有结构简单、可靠性高、无需涂层(故可避免涂层物质在高温下逸散可能造成的化学污染)等突出优点。
概括地说，本实用新型提出的互补式模糊红外波谱源，具有以下主要特点①高效宽带辐射；②电子定时；③波谱和强度连续变化；④互补发射；⑤波谱及强度直观显示；⑥热惯性得到合理利用；⑦整体发射不需涂层，结构简单，可靠性高；⑧双发射体多模运用。
权利要求1.一种互补式模糊红外波谱源包含有波谱发射源，其特征在于所述的波谱发射源系一互补发射的波谱发生器，它由具有较高发射率值(ε=0.85～0.95，2～20μm)的产生宽带连续波谱的双发射体和模式开关K2所组成；互补式波谱发生器与模糊控制电路组成互补式模糊红外波谱源，其中模糊控制电路包括由电子定时器1、电子开关2、整流桥3、相控振荡器4组成的能调节发射体温度的电激励电路部份和由温度传感器7、发射信号检测放大器8以及发射波谱及强度显示器9所组成的测量显示电路部份；所述电子定时器1，其输入端系一启动开关K1，而其输出端通过半导体二极管与电子开关2相接，该电子开关2的输出端与相控振荡器4的输入端相接，相控振荡器4的输出端与互补式波谱发生器6的输入端相接，互补波谱发生器6中两个发射体RL1和RL2的一端相互连接，并与整流桥3的输出端相接，设置于双发射体旁的温度传感器7接入检测放大器8输入端，该放大器的输出端与显示器9的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的互补式模糊红外波谱源，其特征在于上述互补波谱发生器6乃由双发射体RL1和RL2及可控硅D7、D8和模式开关K2与相关元件所组成。
3.根据权利要求1所述的互补式模糊红外波谱源，其特征在于上述互补波谱发生器6所含的双发射体RL1和RL2由具有高发射率值(ε＝0.85～0.95，2～20μm)的黑陶或微晶玻璃所构成。
4.根据权利要求1所述的互补式模糊红外波谱源，其特征在于上述的电子定时器1为一带有RC充放电电路的电子定时器，其电阻R6为可调电阻；所述的相控振荡器4为一带有RC的频率可调振荡器，其电阻R11为可调电阻。
5.根据权利要求1所述的互补式模糊红外波谱源，其特征在于上述的温度传感器7为热敏电阻，所述的检测放大器8为由集成片LM386及相关元件组成，所述的波谱及强度显示器9由集成电路片LM3914与相关元件所组成。
专利摘要互补式模糊红外波谱源系一能连续自动变动波谱范围的可控的宽带红外波谱源，它由互补式波谱发生器及模糊控制电路所组成，其特征是互补式波谱发生器由双发射体和模式开关所组成，模糊控制电路包括由电子定时器、电子开关、整流桥、相控振荡器所组成的电激励电路部分和由温度传感器、检测信号放大器及显示器所组成的显示电路部分。本红外波谱源结构简单、制作方便、性能良好、波谱范围宽且能自动变动，因而用途广泛。
文档编号H05B3/00GK2185493SQ9321892
公开日1994年12月14日 申请日期1993年7月20日 优先权日1993年7月20日
发明者周旋, 鲍秉乾 申请人:周旋, 鲍秉乾