专利名称：一种智能热辐射与红外扫描成像综合实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学仪器，具体地说，是一种智能热辐射与红外扫描成像综合实验装置。
背景技术：
在国际上，美国PASCO公司有一种黑体辐射实验装置，功能比较单一，仅能进行黑体辐射几个基本内容(黑体盒表面辐射率的测量、反平方定律和四次方定律的验证)。在结构上，PASCO黑体辐射实验装置主要有3个分离的部件组合而成辐射传感器，辐射方盒和斯特番-玻尔兹曼灯。在国内目前还没有类似的物理实验教学仪器。通过二年多的教学实践我们发现PASCO公司生产的黑体辐射装置的局限性和一些弱点，因而提出一种全新的设想和构思，研制出本实用新型智能黑体辐射与红外扫描成像综合实验装置。
发明内容
本实用新型的目的在于一种智能热辐射与红外扫描成像综合实验装置，是一种智能化、多功能的综合仪器。它弥补国内物理实验教学仪器在热物理测量方面的欠缺和不足，同时克服进口的黑体辐射教学仪器价位高、功能少等缺陷，改进其性能，扩充和延伸实验内容。
本实用新型的一种智能热辐射与红外扫描成像综合实验装置，包括电源系统、温度控制系统、红外探测器和计算机；电源系统设有三个输出绕组，温度控制系统包括温度显示部件和温度设定部件，辐射源与样品台设置在一起，并设有加热元件和温度测试元件；第一绕组与加热元件连接，温度设定部件通过继电器与加热元件相连；温度显示部件直接与温度测试元件连接；第二绕组与第一整流电路相连，将交流电转变为直流电，第一整流电路的输出端通过限位开关和换向开关与直流电机相连，直流电机驱动红外探测器沿Y轴正、反向移动，红外探测器还设有Z轴移动机构；第三绕组与第二整流电路相连，第二整流电路上接有位移传感器，以测量红外探测器的位移信号，红外探测器和位移传感器通过A/D转换器与计算机相连，计算机对接收的热辐射信号和位移信号进行实时采集、分析和处理。
上述电源系统可直接为温度显示部件提供电源；其Z轴移动机构可为滑动丝杆机构；还可将上述辐射源及样品台置于滑轨上，沿X轴滑动。
本实验装置是一种智能化、多功能的全新实验教学装置。它引入了现代红外扫描成像技术、传感器技术和计算机技术，不仅可以完成黑体辐射的经典实验内容，还可进行红外扫描成像的测量和图像分析，以及用于各种热源或带电器件的在线监测等与前沿研究领域或实际应用相关的新内容，填补了国内外热辐射实验教学仪器的空白。具体而言，本实用新型具有以下优点1、再现经典物理实验的魅力，将先进的红外传感技术、机电一体化技术和计算机技术引入基础物理实验教学中来，提高了测量的准确性和可靠性，填补国内物理实验教学仪器在热物理测量方面的空白。
2、该实验仪器不仅可以完成黑体辐射的基本实验内容，而且通过红外扫描系统、数据采集系统、自编的专用软件，实现微机控制采集数据和图像分析，还可以测量样品表面温度场的二维分布，给出样品表面的物理参数和缺陷的形貌结构等，扩充和丰富了热物理实验的教学内容。
3、该实验装置还具有可组合性的特点。通过改变热辐射源和不同的样品，或添加各种附件(如果增加红外光栅、棱镜或CCD)，还可以进行设计各种自创的研究性和应用性的实验内容。不仅可以让学生掌握有关红外传感、机电一体化和计算机采集数据的技术和技能，更重要的是对培养学生创造性思维和创新能力都具有很大的帮助。
图1为本实用新型的一种具体实施方式
的结构示意图；图2为Z轴位移机构的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作举例式说明。
如图1所示，电源系统1主要为整套仪器及各组成部分提供电源。变压器输入绕组L0与220V市电连接，为整套装置的总电源，同时它又作为温控显示部分的电源。接通K0温度显示窗口显示室温(即辐射源和样品没有加热)时温度值。热辐射源5和样品台5’设置在一起。变压器输出绕组L1既作为热辐射源和样品加热的电源，又作为温度控制系统2的电源。接通开关K1，热辐射源开始被加热升温，温度控制系统2也开始工作。变压器输出绕组L2为第一整流电路3提供电源，变压器输出绕组L3为第二整流电路提供电源。
温度控制系统2内设有温度显示部件21和温度设定部件22，主要起设定、控制和显示热辐射源或样品的温度的作用。根据实验内容的需要通过程序将热辐射源或样品的温度设定到某一温度值，通过继电器11将加热元件T1与温度控制系统2相连接，另一温度测试元件T2直接与温度测试元件T2相连接，当辐射源或样品的温度低于设定温度，继电器11接通T1开始工作，当辐射源或样品的温度高于设定温度，继电器断开T1停止工作。测试元件T2将测量信号实时传给温度控制系统，在其温度显示窗口实时显示热辐射源或样品的温度。
Z轴移动机构可为滑动丝杆机构，其上带有位移调节旋钮，红外探测器可固定在Z轴的平台上，调节旋钮可心改变红外探测器在Z轴上的相对位置，即实现沿Z轴扫描。
第一整流电路将交流电转变为直流电，作为直流电机D电源。第一路整流电路的输出端与限位开关6(XK1)、8(XK2)以及换向开关7(K2)相连，限位开关起限定红外探测器9的扫描范围，带动红外探测器的驱动力由直流电机承担，换向开关K2扳到正向，直流电机D接通电源，带动Z轴和红外探测器沿Y轴正向扫描，K2扳到反向，驱动电机的电源正负极反向，电机反转，带动Z轴和红外探测器沿Y轴正向扫描。第二整流电路4将交流转变为直流，为位移传感器S提供稳定的直流电压。
热辐射源5和样品台5’可以安装在滑轨上，这样可以改变辐射源及样品与红外探测器之间的距离，以测量热辐射率反比定律和四次方律，测量温度与温度的关系。
计算机12具有数据采集、图像分析与处理功能。利用A/D转换器10将红外探测器和位移传感器S的测量信号输入计算机，进行热辐射信号和扫描位置信号的实时采集、数据分析和处理，得到所需的温度谱、二维或三维温度分布曲线和图像。
权利要求1.一种智能热辐射与红外扫描成像综合实验装置，包括辐射源和传感器，其特征在于该装置还包括电源系统(1)、温度控制系统(2)、红外探测器(9)和计算机(12)；电源系统(1)设有三个输出绕组(L1、L2和L3)，温度控制系统(2)包括温度显示部件(21)和温度设定部件(22)，辐射源(5)与样品台(5’)设置在一起，并设有加热元件(T1)和温度测试元件(T2)；第一绕组(L1)与加热元件(T1)连接，温度设定部件(22)通过继电器(11)与加热元件(T1)相连；温度显示部件(21)直接与温度测试元件(T2)连接；第二绕组(L2)与第一整流电路(3)相连，将交流电转变为直流电，第一整流电路(3)的输出端通过限位开关(6、8)和换向开关(7)与直流电机(D)相连，直流电机(D)驱动红外探测器(9)沿Y轴正、反向移动，红外探测器(9)还设有Z轴移动机构；第三绕组与第二整流电路(4)相连，第二整流电路(4)上接有位移传感器(S)，以测量红外探测器(9)的位移信号，红外探测器(9)和位移传感器(S)通过A/D转换器(10)与计算机(12)相连，计算机(12)对接收的热辐射信号和位移信号进行实时采集、分析和处理。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于所述电源系统直接为温度显示部件提供电源。
3.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于所述Z轴移动机构为滑动丝杆机构。
4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于所述辐射源及样品台(5、5’)置于滑轨上，可沿X轴滑动。
专利摘要本实用新型公开了一种智能黑体辐射与红外扫描成像综合实验装置。其电源系统设有三个输出绕组，分别为温度控制系统、辐射源与样品以及二个整流电路提供电源。直流电机通过限位开关和换向开关与第一整流电路的输出端相连，驱动红外探测器沿Y轴移动，红外探测器还设有Z轴移动机构；第二整流电路上接有位移传感器，以测量红外探测器的位移信号；红外探测器和位移传感器通过A/D转换器与计算机相连，计算机对接收的信号进行实时采集、分析和处理。它是一种智能化、多功能的全新实验教学装置，不仅可完成黑体辐射的经典实验内容，还可进行红外扫描成像的测量和图像分析，以及热源或带电器件的在线监测等新内容，填补了国内外热辐射实验教学仪器的空白。
文档编号G01J5/46GK2625867SQ0325436
公开日2004年7月14日 申请日期2003年6月5日 优先权日2003年6月5日
发明者熊永红, 李建国 申请人:华中科技大学