以冷却塔红外热像温控系统设计为目的,根据水电混合动力冷却塔的结构特性,基于冷却塔内热质交换平衡方程及 Merkel数学模型建立水电混合动力冷却塔热力计算理论模型。运用红外热成像技术建立逆流式冷却塔热力性能监测模型, 完成冷却塔的温控系统设计, 并分析冷却塔温控系统温控精度误差产生原因。通过使用手持式红外测温仪进行现场实验, 验证了热力计算模型的准确性和其应用于冷却塔温控系统设计的可行性。

为了使激光器能够稳定工作, 设计并实现了一个控制速度快、精度高, 并且可调谐的温度控制系统。该系统使用ATmega328P为处理器, 通过粒子群算法自整定比例-积分-微分(PID)系数, 采用闭环负反馈的PID结构实现对激光器的温度控制。结果表明, 在本系统控制下, 激光器能在15s左右达到目标温度, 且到达目标温度后温度误差约为±0.01℃, 并可保持较长时间, 激光器输出功率波动很小, 方差仅为568.49μW。该系统对蝶形封装激光器的温度可以实现有效的温度控制。

黑体辐射源广泛用于红外成像系统的校正, 在实际应用中要求黑体空腔在整个腔面区域上具有稳定、均匀的温度场, 为了提高控温精度, 本文设计了一种基于自抗扰控制的黑体辐射源温度控制系统。首先, 基于黑体辐射源的数学模型, 在 MATLAB/Simulink环境下进行 ADRC控制算法的仿真, 并与传统的 PID和 Smith预估计控制算法进行比较。仿真结果表明自抗扰控制算法具有响应快、精度高以及良好的设定值跟踪能力; 其次, 利用 LabVIEW软件的图形化编程实现了离散 ADRC的编程; 最后, 在 Compact RIO实时控制器中实现黑体辐射源的温度控制和实验数据的采集。实验结果表明, 此温控系统提高了黑体控温的精度, 温度稳定性优于 0.03℃/10 min, 并且该算法有着更强的自抗扰能力。自抗扰控制算法通过对系统状态与未知扰动进行实时的观测和有效的补偿, 提高了黑体辐射源的控温品质。

为了解决大功率半导体激光器的输出波长和功率的稳定性问题, 设计了一套大功率激光器恒流驱动电源及温控系统。利用深度负反馈电路实现对激光器驱动电流的恒流控制, 采用硬件比例-积分(Proportional-Integral, PI)温控电路结合恒流驱动, 控制半导体制冷器(Thermoelectric Cooler, TEC)的工作电流, 实现激光器工作温度的精确控制。所设计的驱动电源可实现输出电流0~12.5 A连续可调, 同时具有电流检测、过流保护、晶体管-晶体管逻辑(Transistor-Transistor Logic, TTL)信号调制等功能。所设计的温控系统的控制精度可达到±0.05 ℃, 同时设定温度连续可调, 温度可实时监测。实验结果表明该设计能够保证稳定的电流输出和温度控制, 满足大功率激光器的使用要求。

在高精度原子陀螺仪研究中,需要通过加热铷源释放铷原子,而铷原子释放速率和数量稳定性直接影响原子陀螺仪的精度。为了实现铷源的精密温度控制,设计了一种直接利用温控芯片控制和加热铷源的精密温控系统。该系统运用LTC1923驱动外部的全桥驱动管控制低磁线圈对铷源加热。经实验测定,铷源的温度稳定性能够稳定在±0.3 ℃以内。该温控精度能够使得腔体中铷原子的数量具有很好的稳定性,为原子陀螺的实现奠定了技术基础。该控制系统具有温控精度高、体积小、操控简单等特点。

提出了一种新型红外靶标的设计,重点阐述了靶标的整体结构和结构中各个模块的工作原理,给出了靶标在多个领域的应用情况。通过大量实验和后期数据的处理,讨论了靶标图像的灰度值与靶标温度的关系。实验结果表明,可以通过对图像灰度值的确定来确定靶标的温度,这样就大大减少了用靶标做实验的前期准备工作。