激光感应装置

关键词： 感应 光谱 辐射 应用

激光感应装置（精选四篇）

激光感应装置 篇1

1 摇头装置设计

摇头装置的主要功能是实现对人体的跟踪送风，其主要由红外跟踪模块、单片机及其外围电路、摇头机构和角位移传感器等部件构成。红外跟踪模块被动接收到物体红外辐射后产生信号，该信号传到处理电路，处理电路对其进行处理并计算出物体的温度，确定其是否为人体红外辐射，当确定有人存在，则将位置信号传输到接收控制装置;反之，则无位置信号传输。接收控制装置通过分析信号位置，当送风方向与人体一致，则不发送指令调整;当送风方向处于人体范围之外的时候，及时发送指令调整摇头机构角度，实现人性化跟踪送风。

1.1 红外人体感应模块

根据斯蒂芬一玻尔兹曼定律，人体所发出的热红外辐射能量的强度与体温成比例，因此可以根据人体的红外辐射能量的强度估算出人体的温度。由于人体辐射的红外线中心波长为9～10μm，我们在红外传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，该滤光镜可通过波长范围为7～10μm的红外线，满足对人体红外辐射波段的探测。利用多光谱自动目标识别技术构造出目标场景特定红外光谱特征矩阵，具体原理如下：设采集到的红外目标数据来自的焦平面阵列，列向量xm(n)代表相应焦平面上第m列第n行对应的像素所接收到的特定波长10μm左右的红外线辐射强度，没有接收特定范围波长的像素设定为灰度。特定红外光谱特征矩阵如下:

为了简化设计过程，将得到的红外光谱特征矩阵图像分割为5个区域。每个区域模块的基本功能定义如下：检测目标区域内红外线辐射强度，通过信息融合,我们设定当人体的躯体有60%部位进出探测区域，就判定有人存在。如果有人存在，模块就会输出一个正的信号;反之，如果有人离开，模块就会输出一个负的信号。根据安装时的角度定义，将把风扇的前端空间横向的定义为5个区域：

X=[T1,T2,T3,T4,T5]

根据定义，当区域Tn有人存在或离开时，Tn模块有信号输出。通过信号确定是否有人存在。如果感应到人体在某个区域，控制系统调节摇头装置旋转角度，对准人体。如果多个模块同时感测到有人体活动，这时我们将最左边需要扫风的位置定义为扫风起点，最右边需要扫风的位置定义为扫风终点，摇头装置则在扫风起点和扫风终点间按照一定频率来回摇头扫风。如果所有模块同时没有感测到有人体活动，就可以定义为空间内没有人，这时送风装置自动关机。

1.2 摇头角度调节装置硬件设计

传统摇头装置利用齿轮装置实现减速传动。电机转动带动齿轮转动，齿轮头带动连杆，连杆一端固定不动，另一端随齿轮头做转动，这样就实现了摇头运动。但这种方式只能在固定的角度范围内转动，无法实现摇头角度的自由调节。

本文基于单片机和直流电机构成的电风扇角度控制装置，通过红外模块的信号控制，实现摇头装置角度的跟踪调节。摇头机构角度控制系统主要由单片机、直流电机、角位移传感器等组成，其工作原理为：把角位移传感器装在摇头装置的转轴上，就能感应出摇头装置转过的角度与初始位置的夹角，可得电机需要运行的时间为：

式中：Δt为电机需要运行的时间;θ1为扫风起点位置角度;θ2扫风起点位置角度;ε为传动系数;V为电机转速;

角位移传感器测得电机位置反馈信号通过接口反馈到单片机，单片机再根据给定的位置信号与电机目前的位置信号进行比较，经过PD控制算法得出控制量，经过功率放大器放大，驱动直流电机，进入下一个采样周期，实现根据设定值的调节，使摇头装置以一定的速度在设定角度范围内转动。

1.3 角度控制系统软件设计

人体红外感应模块将检测到的温度数据传输给单片机后.单片机进行如下操作:单片机接受到的红外信号数据为T1、T2、T3、T4、T5,设定T1、T2、T3、T4、T5的总和为sum,送风装置位置函数n,则:

1)当sum=0时,单片机通过控制温度控制器进而控制送风装置在设定延迟时间后停止运转。

2)当sum=1时,如果此时送风位置函数n与红外信号位置函数nx一致,单片机不做任何的操作;如果此时送风位置函数n与红外信号位置函数nx不一致,角度转至信号位置。

3)当sum>1时,送风装置需要给多个位置送风,为此,我们可在单片机内植入begin()函数和end()函数。其中begin()函数的作用是确定扫风起点,end()函数的作用是确定扫风终点,摇头装置可实现从扫风起点到扫风终点按照一定算法来回摇头。

在单片机内植入相应的程序便可实现自动控制的功能,程序流程图如图3所示。

1.4运动规律仿真

利用简化模型,设定中轴线为0°,最大角为±60°,每次到达扫风起点或扫风终点延时2s,摇头装置角速度为15°/s,中间位置的梯形波信号的条件下,建立MatIab环境下的运动规律仿真结果。

图4和图5分别为经过处理的输入信号的位置角度—时间图的实验结果。

由图4(a)可知,当运行20s时,红外模块的反馈信号为p1=60*1(t)(t>=20),即60°方向T5区域感测到有人存在.由图4(b)可知,摇头装置经过4s从0°方位匀速移动至T5处,实现对目标的跟踪。

保持图4中的信号不变,由图5(a)所示,摇头装置继续运行至45s时,红外模块的反馈信号为p1=-30*1(t)(t>=45),即-30°方向T2区域有人存在。由图5(b)可知,摇头装置经过6s匀速移动至-30°处,实现对目标的跟踪,由于此时T5区域仍有人存在,故摇头装置在T5与T2区域间来回转动,实现对多个目标的跟踪送风。

2 结束语

本文所述风扇摇头装置的设计方案

利用红外感应技术，确定目标区域内人体的方位;利用基于单片机的角度控制装置，实现对人体的跟踪送风;利用matlab软件对摇头装置的运行规律进行了仿真，理论上验证了这种摇头装置的功能作用。可见，基于人体红外感应技术的风扇摇头装置可使电扇送风方向更加智能化和人性化，相对于传统的摇头装置效果明显且更加节能。随着人们对人性化智能化的要求越来越高，这种电扇十分适用于家庭、医院、学校等地方，市场前景巨大。

参考文献

[1]张鹏,周红军.精确制导原理[M].北京:电子工业出版社,2009.

[2]吴川,尹雪霞.红外测温系统在空调中的应用[J].电脑知识与技术,2009,5(14):3802-3803.

[3]武春风,张伟.基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别算法[J].红外与毫米波学报,2003,22(4):265-267.

[4]胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社,2007.

[5]吴晓鹏,赵祚喜.东方红拖拉机自动转向控制系统设计[J].农业机械学报,2009,40(z1):1-5,265-268.

红外激光监控装置的技术 篇2

可旋转摄像机设于云台上，该处理器与感光元件、激光红外灯、存储器相连;可旋转摄像机包括镜头和摄像机机身，该系统还包括视频编码器、红外感应器;编码器、红外感应器分别与处理器相连;视频编码器还与可旋转摄像机相连，该智能监控装置在无人员流动时处于停止工作状态，节约了电能、减少了存储空间，还可以实现在无人参与的情况下对可疑人物的跟踪监控。

[关键词]红外激光 光传感器

1、前言

随着科技的发展，人们对于安全的要求也越来越高，安全是一个社会和企业赖以生存和发展的基础，尤其是在现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，加强现代化的.安防技术就显得更为重要。

视频监控系统是安防领域中的重要组成部分，是安全系统中最关键的子系统。

随着社会的进步和经济的发展，对安全的要求也变为更加苛刻，因此要求视频监控系统能在各种恶劣的环境下进行全天候的实现实时监控[1]。

不但要求在白天能够进行监控，还要求在晚上也能进行监控，并要求画面清析，这样就要求晚上也要有照明，为了使照明的效果更好，出现了激光红外灯，提供摄像机在夜晚的照明，但该照明为24小时工作，浪费电能，缩短了摄像机的使用寿命。

为了解决上述问题，出现了一种安装了光传感器的监控装置，通过该光传感器来感应外界光照的强弱，从而控制激光红外灯的开启与关闭，一定程度上节少了电能，但该监控装置的摄像机在24小时都始终处于开启状态，且要人员参与的情况下才能进行监控，浪费了电能，且不能在无人的情况下对可疑人物进行监控。

为了克服现有技术的不足，本文介绍一种可节约电能，且在无人参与的情况下自动进行对可疑人物进行跟踪的智能监控装置。

2、智能监控装置的结构及实施过程

传统的红外监控系统包括：摄像机、镜头、红外灯、红外灯电源;摄像机要求是低照度摄像机，且红外灯发射的红外波长该摄像机能够接收，镜头则要求是夜视镜头，主要指标是F值(通光量)，F值越小，夜视效果越好。

红外摄像机的好与坏，关系到各部分的选用以及合理配合的问题[2]。

由于普通LED灯在照射距离、亮度、散热、寿命等方面存在诸多局限，已满足不了目前夜视监控领域的需求，虽然现在有的是为了增加监控距离及亮度，增加了LED灯的数量和功率，但是却牺牲了散热和寿命[2]。

针对目前不能在无人参与的情况下对可可疑人物进行监控，需要进行技术改进。

如图1所示，智能监控装置包括可旋转摄像机2、处理器3、红外激光灯4、存储器1、传输线缆、显示器、云台、感光元件5、视频编码器6、红外感应器7。

可旋转摄像机设于云台上，包括镜头和摄像机机身，其外壳为铝合金材料，外形小巧，镜头还加防护罩，隐蔽性好，防水、防暴、抗腐蚀、抗冲击能力强;处理器与感光元件、激光红外灯、存储器相连，感光元件可以是光敏电阻，电敏电阻其电阻值随着光照的强弱而改变，当入射光强时，电阻减小，入射光弱时，电阻增大，感光元件也可以是光照传感器。

红外激光灯有2个，分别设于可旋转摄像机的左右两侧，也可以设于摄像机的上下两侧，红外激光灯的前端设有镜片，镜片为单个镜片，也可以由多个透镜组成，红外激光灯使用远红外作为发射源，利用透镜散射的原理使激光红外由集中的直线光束改变成一定角度的散射光束，增大了照射面积，通过改变透镜的组合方式或调整透镜距离可使激光红外照射面积发生改变。

云台为电动云台，具备水平旋转和垂直旋转的功能，该电动云台可在水平方向上0-360°内回转，还可以在垂直方向上0-90°内回转，该设置使用单一摄像机能够大范围进行监控，利于节约成本，且监控范围更大。

当有人处于红外感应器所能感应的监测区域时，其体内发出的热源被红外感应器所捕捉，红外感应器将信息传输到处理器，处理器接收到信息后立即启动可旋转摄像机进行录像，并通过红外感应器对热源进行跟踪，并不断地将热源的移动信号传达给处理器，处理器对热源的移动路径进行分析，并判断热源的行为是否符合智能监控装置里所设定的警戒条件，当符合时，处理器将根据红外感应器传来的移动路径信息，控制可旋转摄像机的镜头按照移动路径对热源进行跟踪拍摄，并将信息保存到存储器中;当热源离开红外感应器所能感应的监测区域时，处理器接收不到红外感应器传来的信息，将自动停止可旋转摄像机的拍摄工作。

3、结束语

综上所述，该智能监控装置采用红外激光技术，通过光传感器感应外界光照的强弱来控制戏外激光灯的开启与关闭，还提供了夜间监控照明，实现在无人员流动时处于停止工作状态，节约了电能、减少了存储空间，实现在无人参与的情况下对可疑人物进行跟踪监控拍摄。

不但外形小巧、隐蔽性好、防水防暴、抗腐蚀，抗冲击能力强，且安装方便。

参考文献

[1] 邹国霞、唐建清，基于嵌入式计算机的红外监控系统的设计及应用，《仪表技术》，8期.

[2] 戴捷，红外激光球形摄像机的关键技术研究，机械电子工程，浙江大学 学位年度.

红外热成像技术及其在智能视频监控中的应用【3】

摘 要：红外热成像技术是根据自然界一切温度高于绝对零度(-273 ℃)物体能够每时每刻反射载有物体特征信息的红外线的特性而研发的一种被动红外夜视成像技术，被广泛运用于智能视频监测领域。

我国变电站的红外线测温工作基本上采用传统的红外测温仪配合巡检人进行，这种传统变电站监控方式方式效率低、工作量大，不符合当前变电站的发展要求。

随着社会经济发展和科学技术进步，变电站逐渐发展为无人值守的智能化集成化监控，文章以云南电网公司文山供电局开发智能红外热成像无人监控系统为例，阐述红外热成像智能视频监控系统开发的技术要点。

关键词：红外热成像技术;智能视频监控;变电站

电力系统作为国民经济运行中至关重要的组成部分，其性能的好坏决定了市场经济发展以及人们生产生活的顺利进行。

随着改革开放的不断深入，我国的市场经济发展迅速，因此对电力系统的安全可靠性要求越来越严格。

而变电站电力设备监控在确保电力系统运行安全方面具有重要作用。

现阶段电力设备监控基本上采用人员定期巡检的方式，缺乏智能化监控手段，在预防电力设备故障方面不够严谨。

目前文山供电局变电站普遍采用了热红外成像智能视频监控管理技术，本文将探讨该智能视频监控系统的具体开发与运行。

1 智能红外热像无人监控系统开发背景与可行性研究

1.1 系统开发背景及意义

20世纪90年代末，美国大部分变电站广泛运用了智能红外线热成像视频监控技术，该技术根据自然界一切温度高于绝对零度(-273 ℃)物体能够每时每刻反射载有物体特征信息的红外线的特性，从而设计出一种能够判别被侧目标温度高低和热分布场的技术，而利用光电红外探测器将物体的发热部位发射出的热辐射功率信号转换成电信号后，再通过成像装置将物体表面的空间温度分布精确的模拟出来，最终形成影像。

我国对于热红外城乡技术研究和运用起步较晚，主要以制冷式红外成像设备为主，但是由于该设备使用环境和自身条件的限制，制冷式红外成像技术应用面较窄。

近年来，随着社会经济发展和科学技术进步，我国变电站逐渐发展为无人值守的智能化集成化监控。

而智能红外热成像无人监控系统开发与实施有利于弥补当前采用容值测量和局部放电难以全面排查缺陷设备的技术空缺，能够减少现场事故，提高电网运行的安全性。

1.2 系统开发可行性与必要性

红外热成像智能视频监控系统的可行性主要表现在以下两个方面：一是项目负责人均为电力系统自动化专业，拥有从事该压试验和一次设备技术监督和管理工作经验，理论知识扎实，实践经验丰富。

二是实验条件。

文山供电局均配置有红外测温仪，并积累了丰富的历史数据，在建设红外热成像智能监控系统时，可以与之前人工测温所得数据进行比较分析，从而改进设计路线和构思，优化系统构建方案，完善电气设备温度数据库。

2 智能红外热像无人监控系统开发系统结构及创新点

2.1 系统结构

项目研究成果主要由现场单仓云台与红外热像仪监控设备、变电站智能红外热像无人监控系统、终端电脑三部分组成。

2.2 研究创新点

具备国内首创的一线通特点，可以通过光纤通讯接口实时传输包含全部温度数据的红外视频信号，真正做到温度图像的实时性;同时还可以对云台和传感器焦距进行远程实时控制，真正做到了接线更少，安装更简便。

研究成果在输出容量、输出频率以及选择频率自动测试的领域比同类装置有明显创新，由于其他同类设备没有针对电容器测试的技术配套参数，且测试频率不可调整，测试时间长达数小时。

本项目提出的创新技术路线，采用频率可调整的方法，对于电容器而言一般只需要1～30 k范围的快速测试，几分钟即可完成。

同时如果需要对绝缘材料的老化进行深入研究，该装置也可选择超低频段，或者全覆盖频率的测试。

3 红外热成像智能视频监控技术要点分析

3.1 在线红外监测方式及拓扑结构

该系统的在线红外监测方式采用三组红外云台监控前端设备，分别安装与位置优越的建筑物楼顶，通过光纤进入网络主控室，实现对设备的控制机红外图像采集。

3.2 红外图像实时分析与处理

系统通过广电红外探测器将物体发热部位的辐射功率信号转换成电信号后，成像装置便能够一一对应地模拟被测物体表面温度的空间分布，最后经过LX60TM系统软件平台进行处理后，采用测控与分析一体化模式，即同时承担硬件控制，形成热图像视频信号，传送至显示屏幕上，经过数据读取分析与可视化处理后，得出与物体表面热分布相对应的热成像图。

红外热像仪可控制热像仪的聚焦、放大缩小、色板、温度范围、目标参数等设置。

分析功能实时监测设备的温度变化：点、线、区域测温设置，自动追踪某一区域内的温度最高点，设定等温线显示高温区域;定时、定位自动对红外热图像存储、分析，发现异常情况，自动报警，分析故障设备温度变化的历史曲线。

3.3 监控系统接入内网安全性

本次研究的智能红外线视频监控系统应用了网络层监控技术、应用层监控技术、外设监控技术以及系统监控技术。

网络层监控技术规范了系统IP地址访问权限和端口访问权限，对异常故障有实时报警功能。

报警条件有高于、低于、区间之内、区间之外4种方式供选择，可通过电网公司短信平台对故障设备进行短信报警。

3.4 云台控制技术

云台控制技术支持远程聚焦、变倍、光圈调整，能够对八个方向进行智能控制。

同时云台控制装置能够设置80个以上的预置位，并且对预置位有添加、修改、删除、清空等操作功能。

每一组云台对多个点位也就是预置位进行循环监控，并根据每一个预置位的巡航设置信息与报警设置信息进行数据实时处理。

3.5 图像智能识别技术

该系统中利用计算机对显示图像具有分析和解析的功能，将物体中以热辐射为信号的图像进行智能分析和处理，抓住物体图像的特点，支持温标、等温线红外图像分析功能等温线即在某个设定的温度范围内的所有温度点都以同一种颜色进行显示，从而突出被关注的区域。

4 系统试运行与验收测试

通过本项目的实施，改变了我局没有智能红外热像无人监控的局面，11月我们在220 kV文山变电站进行了测试，测试前由南京蓝芯电力技术有限公司技术人员进行了试验培训，红外热成像双视在线监控预警系统硬件(监控主机、交换机、光纤转换器、云台、摄像头、温湿度传感器、交流电压变送器等)、软件设备功能(自动巡检控制功能、报警功能、设备温湿度显示准确率、温度报警显示正确率等)试运行检查结果正常，整个系统运行、使用情况良好。

5 结 语

变电站红外热成像智能视频监控技术实现了变电站内关键设备温度在线实时监测，提前发现安全隐患，为电力系统安全正常运行提供科学参考数据。

此外该技术攻克了变电站电气设备运行维护难度大的难题，节省了大量的成本投入，其经济效益显著。

变电站采用红外热成像实现在线智能视频监控，有效提高了用电管理水平，降低服务成本，提高了供电质量，帮助电力企业树立安全可靠、值得信赖的企业形象。

参考文献：

[1] 郑裕林.红外视频监控技术在城市监控报警联网系统的应用[J].警察技术，，(7).

[2] 吕立波.红外热成像技术及其在安防领域中的应用[J].中国公共安全(综合版)，，(7).

电磁感应浮力演示装置实验及分析 篇3

电磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的机电一体化技术。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展[1]。电磁悬浮技术在各个领域的应用越来越广泛，并已成为进行相关高科技研究的重要手段。电磁学实验是用实验的方法去研究电磁学理论的规律。目前关于电磁感应浮力实验的演示及实验现象的分析信息量相对较少，而电磁感应原理已广泛应用于诸多科研领域。因此，对电磁感应浮力实验演示及实验现象的分析是十分必要的。自行设计加工制成了交流电电磁感应浮力演示装置，对实验原理及现象进行了探讨，研究成果可用于教学展示、科研等方面参考。

2 电磁感应浮力实验原理分析

2.1 实验装置简介

演示实验装置主要由一个铜线圈和一块铝板构成。实验过程概述如下：在铜线圈l内通入交变电流i，下方放置铝板，则铝板处将有磁场产生。此磁场会激发出电场和涡流。涡流将进一步产生反作用于线圈的磁场，使线圈受到一个电磁感应浮力，最终克服重力产生悬浮效果。实验装置模型如图1所示。

2.2 交变电流产生磁场

根据毕奥-沙伐定律，有：

式中：idl为元电流，R为线电流回路到作用点之间的距离。

i-Bz几何关系如图2所示，可以推出B点所受电磁磁感应强度B的大小：

其中，idl为元电流，R为线圈半径，r为涡流半径，α为r与y轴夹角，l为线圈上B点到A点的距离，ε为dl和e R之间的夹角。线电流回路产生的磁场呈对称分布，如图3所示。

对线电流回路产生的磁场进行进一步分析可知，磁场的水平分量将左右抵消，因此真正作用在图2中A点的只有磁场的垂直分量Bz。通过数学推导我们得到Bz的表达式：

其中i=imsinwt。

2.3 由磁场产生电场及涡流

法拉第电磁感应定律告诉我们，交变磁场B和它感应出的电场强度E之间存在微分关系：

利用柱坐标系，可求得Bz感应出的电场强度：

其中ρ为涡流回路半径微元。根据磁感应产生的情况分析，我们认为E只有准方向而无ρ和Z方向分量，所以E准对Z的偏导为零。从而

麦克斯韦方程组揭示了涡流和它激发它的电场之间的定量关系：

注意，此处考虑到铝板电感，增加了jwl一项。其中R0为铝板电阻。

2.4 由涡流产生反作用于线圈的磁场及电磁感应浮力

首先计算涡流J产生的电流大小为：

其中d0为面积微元的厚度。

J-F几何分析如图4所示，并将(9)式代入毕奥-沙伐定律，有：

B′方向为平面δ(涡流J方向和两点距离方向矢量确定的平面)的法线方向。B″方向为水平方向。设ε为平面δ与水平方向的夹角，γ为B′和水平方向的夹角，则ε与γ互为余角。由于最终要求的浮力是垂直向上的，因此这里需求B′的径向分量Br。由图4可知：

利用法拉第电磁感应定律求得线圈所受电磁感应浮力为：

由电磁感应浮力F的最终表达式可以看到，(12)式中包含因子sinwt·coswt，由数学知识易知sinwt·coswt=1/2sin2wt，此时线圈在一个周期内所受浮力平均值将为0。考虑到实验中用于产生涡流的铝板内除有电阻外还有电感存在，因此在上述(8)式分母位置上增加jwl一项，使sinwt产生90°相位偏移，此时浮力平均值不再为0。并且我们认为wl>>R0，从而有：

本实验中仅讨论铝板内存在的自感。在各向同性的线性介质中，如磁场由某一电流回路产生，则穿过此回路所限定面积的磁通，与回路中电流有正比关系，也就是与回路相交链的磁链ψL和电流成正比：ψL=LI;磁路中磁动势、磁通和磁阻的关系为F=准·R;磁链又等于导电线圈匝数N和穿过该线圈的各匝的平均磁通量准的乘积：ψL=N准。当电流一定时，产生的磁动势一定，所以磁阻越大，磁通就越小，计算出的铝板电感也就越小。实验中将用铁芯和铁板搭建成铁磁回路，因为铁的磁导率远远大于空气，所以铁磁回路可以增大磁通，进一步增大电感，防止电磁感应浮力为零的现象发生。

3 仿真分析

因为此实验推导出的最终公式中的积分无法求出解析解的表达式，所以难以对电磁感应浮力进行定量讨论。但利用微元法及Matlab软件可以近似测绘出电磁感应强度Bz、涡流J和涡流回路半径r之间的定性关系曲线，如下所示。

3.1 仿真参数与仿真数据图

3.1.1 Bz随涡流环路半径r的变化趋势

取涡流半径为0.1mm，通入1A电流时产生的Bz从圆心开始随半径的变化趋势如图5所示，可以看出，圆心处磁感应强度最大，并且磁感应强度随半径增大而减小。

3.1.2 J随涡流环路半径r的变化趋势

取涡流半径为0.1mm，通入1A电流时产生的J从圆心处开始随半径的变化趋势如图6所示，可以看出，圆心处电流密度最大，并且电流密度随半径增大而减小。

4 电磁感应浮力实验过程、现象及分析

4.1 实验装置及参数

基于上述分析，可设计出电路图如图7所示，并给出相关实验参数。将线圈、数字万用表、保险装置、自耦调压器依次串联。其中，铁芯和铁板构成磁回路，铝板用于产生涡流及感应磁场，万用表打在电流档，用于测量电路中电流大小，自耦调压器用于逐步增大电压。

4.2 实验过程详述

4.2.1 完整铁磁回路条件下的磁悬浮现象

按上述电路图连接好电路并检查无误后，闭合开关，逐步增大电路中电压使电流增大。当电流达到一定数值时，可以看到线圈在电磁感应浮力和重力共同作用下向上升起，且达到一定高度时，处于动平衡悬浮状态。由于电磁感应浮力是一种震荡性质的力，因此线圈是一种悬浮振动。另外线圈的温度也显著升高，这是由于感应电流的热效应所致。观察过程中及时记录下通入电流的大小及对应线圈升起的高度。考虑到铜线圈承受的最大电流为20A，当万用表示数接近20A时应立即断电，线圈下落。

4.2.2 非完整铁磁回路条件下的磁悬浮现象

将铝板上放置的铁芯取走，只保留一半铁磁回路，再次按上述步骤进行试验，可以观察到当通入同样大小的电流时，线圈上升的高度明显小于第一次实验。

4.2.3 实验数据记录

实验过程中记录在完整铁磁回路和非完整铁磁回路两种情况下的起飞电流，最大电流(断电时电流)及线圈升起的高度，数据整理如下。

从表3中可以看出，铁磁回路的完整与否对实验结果有很大影响，原因解释如下：在铁磁回路不完整时，因为空气的磁导率远远小于铁芯磁导率，所以磁通、电感同时减小，因此电磁感应浮力也显著减小。

5 优化电磁感应浮力的设想

为了使电磁感应浮力演示装置的磁悬浮效果更好，结合上述分析提出以下设想：

(1)线圈应缠绕均匀，以便在实验过程中线圈各部分受力均匀，悬浮更为稳定。

(2)线圈形状应尽可能接近扁平状，以增大线圈半径，从而增大浮力。

(3)提供较强的磁场。

参考文献

[1]冯慈璋,马西奎.工程电磁场导论[M].北京:高等教育出版社,2007.

激光感应装置 篇4

感应加热电源功率管脉冲控制系统框图如图1所示。

从前级脉冲产生器中生成的两路可调频率信号, 即单相逆变桥的给定工作频率。经过调制驱动电路驱动单相逆变桥, 实现感应加热电源功率管脉冲控制系统设计。

2硬件电路设计

2.1电源电路

根据脉冲控制器装置的需求设计了控制器的电源电路, 如图2所示。

2.2频率调制电路

从脉冲产生器中产生的单相逆变桥脉冲, 不能直接提供给功率器件进行直流-交流变换。其给定的逻辑电平是+12V电平, 亦不能满足FPG A器件I/O口3.3V电平的需求;同时结合给定频率的范围1H z-200KH z, 采用光耦隔离的方案实现价格高昂。基于以上因素, 设计了N PN型三极管的调制电路, 如图3所示。

2.3脉冲偏移量转换电路

外部给定的脉冲信号, FPG A编程可以实现分频、倍频等相关处理, 实现对给定的脉冲进行固定相位处理, 不能完成装置对于脉冲相位控制的要求。因此, 添加相应的脉冲偏移量转换电路提供相位控制信号, 实现相位的精确控制。

2.4输出驱动电路

FPG A输出的脉冲移相信号是3.3V的电平, 对于作为逆变功率器件的IG B T而言, 该电压等级是远远达不到驱动IG B T的驱动电压要求, 而且IG B T驱动还需要一定的驱动功率, 即需要一定的电流, 因此必须添加输出驱动电路以保证移相脉冲的可靠触发。

3软件程序设计

A LTER A公司出品的C Y C LO N E系列可编程逻辑器件, 是性价比较高的面向中低端市场的FPG A芯片。C Y C LO N E II系列中的EP2C 5Q 208C 8N可编程器件, 内部具有4608个逻辑门, 26个9位乘法器, 2个锁相环以及其它资源, 是较为理想的脉冲移相控制器核心器件。本装置建立在该开发平台基础之上, 在该平台上编程搭建了频率检测模块 (frea_count) 、偏移量采集与处理模块 (IIC_PC F8591T) 以及移相控制输出模块 (freb_deal和w ave_out) 。

程序编制过程中, 其核心内容有2点:IIC总线接口的实现以及被测脉冲信号与系统时钟的同步。

4实验结果

样机试制后, 将编译后的.Pof文件通过A S接口下载到FPG A匹配的串行配置芯片EPC S4中。在实验室条件下采用函数发生器模拟逆变脉冲信号, 得到的实验结果, 同时列表给出了相关的测试数据:

给定频率:f=200KH z

结合图表可以看出, 从FPG A输出的脉冲波形与要求输出波形基本一致, 输出周期的轻微误差是由于监测过程中捕捉基准脉冲个数误差造成;上升沿和下降沿的滞后时间大约在40ns左右;脉冲跟随度基本呈现线性变化。在最高频率可以实现脉冲移相量的高精度输出, 在低频时效果更加理想, 达到了预定的设计指标。

5总结

采用FPG A, 配合IIC串行总线的模数转换器PC F8591T设计的感应加热电源功率管脉冲控制装置, 从根本上而言仍然属于硬件电路。但是PFG A这种半定制的编程器件开发的电路, 与传统的硬件电路相比, 不仅可以缩短开发周期, 而且使得产品的可靠性和稳定性大幅度提高。经过现场运行, 该脉冲控制器在高频下仍旧能保证功率管的稳定可靠运行, 解决了现场生产过程中纯硬件电路高频下驱动电路不可靠的问题。

摘要：感应加热电源中, 控制逆变功率管开关的脉冲序列对逆变输出影响巨大。本课题中, 采用FPGA配合模数转换芯片PCF8591T, 设计了感应加热电源功率管可调脉冲序列, 完成了功率管脉冲控制系统的相关设计。样机试制后通过验证, 该控制装置工作可靠, 性能优异。

关键词：逆变功率管,现场可编程门阵列,可调脉冲序列

参考文献

[1]蔡慧, 赵荣祥, 陈辉明, 汪世平.倍频式IGBT高频感应加热电源的研究[J].中国电机工程学报, 2006.

[2]赵昭.基于VHDL的水表抄表器的逻辑设计及仿真[D].山东:山东科技大学图书馆, 2004.