专利名称：一种用于列车图像采集的大功率红外激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子技术、光学仪器和机械工程领域，具体来说，是一种用于列车图像采集的大功率红外激光器。
背景技术：
现有货车故障轨边图像检测系统(TFDS)等列车动态图像采集系统中通常采用线阵相机采集列车底部图像，对列车底部进行全天候的监控。但在监控过程中，会存在自然光线不足的情况(如夜晚或阴雨天等)，由此就产生了如何在逆光环境中对列车底部图像进行识别的问题。目前在这种情况下可采用激光器发射点光源，通过激光镜头将点光源转换为线光源，从而为线阵相机提供补偿光源。现有技术中通常采用线阵相机采集列车底部图像，如图2所示，该线阵相机对SOOnm附近波段的光线最敏感。可见光处于390nnT770nm波段，因此采用SOOnm波段附近的近红外光作为补偿光源能很好地满足使用的要求，且由于近红外光基本不可见，消除了可见光的光线对铁路信号的干扰。如图1是LED补偿光源颗粒发光示意图，在黄岛实验基地，采用LED补偿光源，总共采用216颗LED颗粒，每颗LED的电功率为3W，则总共的电功率为648W，根据普通LED颗粒的电光效率大概是25%，则总共的光功率P大概为P=162W。按照理论值最大量计算，所有的LED颗粒都处于线阵相机中心线上，每个LED颗粒的发光角度为15度，则在距离LED颗粒1.25米处形成的光斑宽度W=2 X 1.25 X tan (15° /2)=0.329m，按照光斑长度为L=L 5m计算，光斑面积S=LXW=0.494m2，则在1.25米处的LED光功率密度EP=P/S=0.33mW/mm2。在实验中底箱使用的线阵相机是 I个2K的阵列相机，从实验后获得的图片的效果看，在所有列车车速下(最高只达到65km/h)光照强度都基本能满足需要，只是在车轮内侧由于位置原因反射回线阵相机的光偏少而致使局部图片发暗。相机曝光时间越短(最小可设置到3us)，则抗阳光干扰效果越明显。从现场线阵相机的曝光时间设置情况(大概需20us左右)看，所需曝光时间反映了现场的光照强度已经不太够。如果列车车速再提高，则线阵相机曝光时间必须缩短，那么既有的光照强度就不能满足需要。如果激光补偿光源光功率密度EP能提高到LED光功率密度的3倍，即0.99mff/mm2,则既能满足线阵相机的需要，也能起到抗阳光干扰的作用。按照1.25处光斑长2000mm、宽IOmm计算，所需选取的激光器发光功率为19.8W。而目前的现有技术中还没有相应的技术来实现上述的效果。
实用新型内容为了解决上述问题，本实用新型提出一种大功率红外激光器，可应用于铁路TFDS(货车故障轨边图像检测系统)、TVDS (客车故障轨边图像检测系统)、TEDS (动车故障轨边图像检测系统)等列车故障轨边图像动态检测系统中，可为线阵相机提供波长SOOnm波段附近的近红外线阵相机补偿光源。由于近红外光基本不可见，本实用新型消除了可见光线对铁路信号的干扰；同时也要满足光源补偿的强度要求，目前采用的是美国恩耐公司的激光发射模块，该激光发射模块额定发光功率20W、波长808nm、额定工作电压7.5V、额定工作电流
6.2A。为了保证激光发射模块发光稳定，通过激光器控制模块进行恒流控制；为了保证系统工作温度稳定，设计完整的散热系统。本实用新型提供的一种用于列车图像采集的大功率红外激光器，所述的激光器为一盒体结构，所述盒体的底面的外侧壁为铝型材散热片结构，在所述铝型材上通过支架固定风扇，内侧壁固定激光发射模块和控制模块，所述的激光发射模块通过螺钉连接固定在底面内侧壁上，并且激光发射模块与底面内侧壁之间加装半导体散热片。所述半导体散热片的接触面均涂抹导热硅脂，有利于激光发射模块与底面铝型材之间的热传导。所述风扇的安装位置对应于底面内侧壁上固定的激光发射模块的位置。本实用新型的优点在于:( I)该激光器通过控制模块，可控制激光发射模块的发光功率稳定性，所发激光方向性、单色性好，能量集中，因此可提供稳定、高质量的光源；(2)该激光器产生近红外光谱(波长808nm)的激光基本不可见，区别于全光谱的太阳光，规避阳光干扰；(3)该激光器的激光发射模块与底面内侧壁之间加装半导体散热片，半导体散热片的接触面均涂抹导热硅脂，外侧壁则采用铝型材散热片式设计，再于外侧壁加装风扇增加空气对流，通过导热硅脂、散热片、风扇等组成的散热系统，可充分散热；(4)该激光器将激光发射模 块、控制模块、散热系统等高度集成，因而结构小巧紧凑。
图1为现有技术中采用的LED光源的发光示意图；图2为现有技术中的线阵相机对不同波长的光源的敏感度曲线；图3为本实用新型提供的激光器的结构示意图；图4为本实用新型中激光器内部的激光发射模块和控制模块的连接关系示意图；图5为本实用新型的控制模块中电源滤波单元电路原理图；图6为本实用新型的控制模块中可调基准电压源电路原理图；图7为本实用新型的控制模块中散热控制电路原理图；图8为本实用新型的控制模块中恒流控制电路与过温保护电路原理图。图中:1.盒体；2.半导体散热片；3.风扇支架；4.激光发射模块；5.控制模块；6.铝型材散热片结构；7.激光出口孔；8.采样电阻；9.风扇接口 ；10.电源接口 ；11.上盖；12.固定板。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。本实用新型一种用于列车图像采集的大功率红外激光器，如图3所示，所述的激光器为一盒体结构，由上盖11实现密封。所述盒体I的底面的外侧壁为铝型材散热片结构6，并且通过风扇支架3设置有风扇，底面的内侧壁固定激光发射模块4和控制模块5，如图4，所述的激光发光模块4通过螺钉连接固定在底面内侧壁上，并且激光发射模块4与底面内侧壁之间加装半导体散热片2。所述半导体散热片2的接触面均涂抹导热硅脂。所述风扇固定在风扇支架3上,所述风扇支架3固定在所述招型材散热片结构6上。所述风扇的安装位置对应于底面内侧壁上固定的激光发射模块4的位置。如图3所示，所述盒体I底面的一侧设置有固定板12，用于将所述的激光器固定在铁路上的分线箱内。在所述盒体I的侧面预置激光出口孔7，便于激光发射模块4的激光发射；另一侧面预置风扇接口 9和电源接口 10，如图4。激光发射模块4是独立的模块，用来发射808nm波长的激光，内置温敏电阻，控制模块5通过温敏电阻的阻值变化采集激光发射模块4工作温度。温敏电阻的阻值与温度具有一个对应函数关系，如下公式所示(R=8.2ΚΩ对应温度值为302.65K (29.5°C)):
权利要求1.一种用于列车图像采集的大功率红外激光器，其特征在于:所述激光器采用盒体结构，所述盒体的底面的外侧壁为铝型材散热片结构，铝型材散热片结构上设置有风扇，内侧壁固定激光发射模块和控制模块，所述的激光发射模块通过螺钉连接固定在底面内侧壁上；所述风扇通过支架固定在所述铝型材上。
2.根据权利要求1 所述的一种用于列车图像采集的大功率红外激光器，其特征在于:所述激光发射模块与底面内侧壁之间加装半导体散热片。
3.根据权利要求1所述的一种用于列车图像采集的大功率红外激光器，其特征在于:所述半导体散热片的接触面均涂抹导热硅脂。
4.根据权利要求1所述的一种用于列车图像采集的大功率红外激光器，其特征在于:所述风扇的安装位置对应于底面内侧壁上固定的激光发射模块的位置。
5.根据权利要求1所述的一种用于列车图像采集的大功率红外激光器，其特征在于:所述控制模块包括电源电路、恒流控制电路、散热控制电路和过温保护电路。
6.根据权利要求1所述的一种用于列车图像采集的大功率红外激光器，其特征在于:在所述盒体的侧面预置激光出口孔、电源接口孔、风扇接口孔。
专利摘要本实用新型公开一种用于列车图像采集的大功率红外激光器，属于机械仪器技术领域。所述激光器为一盒体结构，底面的外侧壁设置风扇，内侧壁设置激光发射模块和控制模块，所述控制模块包括电源电路、恒流控制电路、散热控制电路和过温保护电路。所述控制模块用于对激光发射模块的恒流控制。本实用新型可提供稳定、高质量的光源，为近红外光，抗阳光干扰，对铁路信号也无干扰，散热系统良好，结构小巧紧凑，保证设备安全。
文档编号H01S3/13GK203085966SQ20132003426
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者李侠, 陈岳明, 宛金波, 张卓, 杜江凌 申请人:北京康拓红外技术股份有限公司