專利名稱：一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子技術(shù)、光學(xué)儀器和機械工程領(lǐng)域，具體來說，是一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)(TFDS)等列車動態(tài)圖像采集系統(tǒng)中通常采用線陣相機采集列車底部圖像，對列車底部進行全天候的監(jiān)控。但在監(jiān)控過程中，會存在自然光線不足的情況(如夜晚或陰雨天等)，由此就產(chǎn)生了如何在逆光環(huán)境中對列車底部圖像進行識別的問題。目前在這種情況下可采用激光器發(fā)射點光源，通過激光鏡頭將點光源轉(zhuǎn)換為線光源，從而為線陣相機提供補償光源?，F(xiàn)有技術(shù)中通常采用線陣相機采集列車底部圖像，如圖2所示，該線陣相機對SOOnm附近波段的光線最敏感?？梢姽馓幱?90nnT770nm波段，因此采用SOOnm波段附近的近紅外光作為補償光源能很好地滿足使用的要求，且由于近紅外光基本不可見，消除了可見光的光線對鐵路信號的干擾。如圖1是LED補償光源顆粒發(fā)光示意圖，在黃島實驗基地，采用LED補償光源，總共采用216顆LED顆粒，每顆LED的電功率為3W，則總共的電功率為648W，根據(jù)普通LED顆粒的電光效率大概是25%，則總共的光功率P大概為P=162W。按照理論值最大量計算，所有的LED顆粒都處于線陣相機中心線上，每個LED顆粒的發(fā)光角度為15度，則在距離LED顆粒1.25米處形成的光斑寬度W=2 X 1.25 X tan (15° /2)=0.329m，按照光斑長度為L=L 5m計算，光斑面積S=LXW=0.494m2，則在1.25米處的LED光功率密度EP=P/S=0.33mW/mm2。在實驗中底箱使用的線陣相機是 I個2K的陣列相機，從實驗后獲得的圖片的效果看，在所有列車車速下(最高只達到65km/h)光照強度都基本能滿足需要，只是在車輪內(nèi)側(cè)由于位置原因反射回線陣相機的光偏少而致使局部圖片發(fā)暗。相機曝光時間越短(最小可設(shè)置到3us)，則抗陽光干擾效果越明顯。從現(xiàn)場線陣相機的曝光時間設(shè)置情況(大概需20us左右)看，所需曝光時間反映了現(xiàn)場的光照強度已經(jīng)不太夠。如果列車車速再提高，則線陣相機曝光時間必須縮短，那么既有的光照強度就不能滿足需要。如果激光補償光源光功率密度EP能提高到LED光功率密度的3倍，即0.99mff/mm2,則既能滿足線陣相機的需要，也能起到抗陽光干擾的作用。按照1.25處光斑長2000mm、寬IOmm計算，所需選取的激光器發(fā)光功率為19.8W。而目前的現(xiàn)有技術(shù)中還沒有相應(yīng)的技術(shù)來實現(xiàn)上述的效果。

實用新型內(nèi)容為了解決上述問題，本實用新型提出一種大功率紅外激光器，可應(yīng)用于鐵路TFDS(貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng))、TVDS (客車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng))、TEDS (動車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng))等列車故障軌邊圖像動態(tài)檢測系統(tǒng)中，可為線陣相機提供波長SOOnm波段附近的近紅外線陣相機補償光源。由于近紅外光基本不可見，本實用新型消除了可見光線對鐵路信號的干擾；同時也要滿足光源補償?shù)膹姸纫?，目前采用的是美國恩耐公司的激光發(fā)射模塊，該激光發(fā)射模塊額定發(fā)光功率20W、波長808nm、額定工作電壓7.5V、額定工作電流
6.2A。為了保證激光發(fā)射模塊發(fā)光穩(wěn)定，通過激光器控制模塊進行恒流控制；為了保證系統(tǒng)工作溫度穩(wěn)定，設(shè)計完整的散熱系統(tǒng)。本實用新型提供的一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器，所述的激光器為一盒體結(jié)構(gòu)，所述盒體的底面的外側(cè)壁為鋁型材散熱片結(jié)構(gòu)，在所述鋁型材上通過支架固定風(fēng)扇，內(nèi)側(cè)壁固定激光發(fā)射模塊和控制模塊，所述的激光發(fā)射模塊通過螺釘連接固定在底面內(nèi)側(cè)壁上，并且激光發(fā)射模塊與底面內(nèi)側(cè)壁之間加裝半導(dǎo)體散熱片。所述半導(dǎo)體散熱片的接觸面均涂抹導(dǎo)熱硅脂，有利于激光發(fā)射模塊與底面鋁型材之間的熱傳導(dǎo)。所述風(fēng)扇的安裝位置對應(yīng)于底面內(nèi)側(cè)壁上固定的激光發(fā)射模塊的位置。本實用新型的優(yōu)點在于:( I)該激光器通過控制模塊，可控制激光發(fā)射模塊的發(fā)光功率穩(wěn)定性，所發(fā)激光方向性、單色性好，能量集中，因此可提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的光源；(2)該激光器產(chǎn)生近紅外光譜(波長808nm)的激光基本不可見，區(qū)別于全光譜的太陽光，規(guī)避陽光干擾；(3)該激光器的激光發(fā)射模塊與底面內(nèi)側(cè)壁之間加裝半導(dǎo)體散熱片，半導(dǎo)體散熱片的接觸面均涂抹導(dǎo)熱硅脂，外側(cè)壁則采用鋁型材散熱片式設(shè)計，再于外側(cè)壁加裝風(fēng)扇增加空氣對流，通過導(dǎo)熱硅脂、散熱片、風(fēng)扇等組成的散熱系統(tǒng)，可充分散熱；(4)該激光器將激光發(fā)射模 塊、控制模塊、散熱系統(tǒng)等高度集成，因而結(jié)構(gòu)小巧緊湊。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中采用的LED光源的發(fā)光示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的線陣相機對不同波長的光源的敏感度曲線；圖3為本實用新型提供的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型中激光器內(nèi)部的激光發(fā)射模塊和控制模塊的連接關(guān)系示意圖；圖5為本實用新型的控制模塊中電源濾波單元電路原理圖；圖6為本實用新型的控制模塊中可調(diào)基準電壓源電路原理圖；圖7為本實用新型的控制模塊中散熱控制電路原理圖；圖8為本實用新型的控制模塊中恒流控制電路與過溫保護電路原理圖。圖中:1.盒體；2.半導(dǎo)體散熱片；3.風(fēng)扇支架；4.激光發(fā)射模塊；5.控制模塊；6.鋁型材散熱片結(jié)構(gòu)；7.激光出口孔；8.采樣電阻；9.風(fēng)扇接口 ；10.電源接口 ；11.上蓋；12.固定板。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。本實用新型一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器，如圖3所示，所述的激光器為一盒體結(jié)構(gòu)，由上蓋11實現(xiàn)密封。所述盒體I的底面的外側(cè)壁為鋁型材散熱片結(jié)構(gòu)6，并且通過風(fēng)扇支架3設(shè)置有風(fēng)扇，底面的內(nèi)側(cè)壁固定激光發(fā)射模塊4和控制模塊5，如圖4，所述的激光發(fā)光模塊4通過螺釘連接固定在底面內(nèi)側(cè)壁上，并且激光發(fā)射模塊4與底面內(nèi)側(cè)壁之間加裝半導(dǎo)體散熱片2。所述半導(dǎo)體散熱片2的接觸面均涂抹導(dǎo)熱硅脂。所述風(fēng)扇固定在風(fēng)扇支架3上,所述風(fēng)扇支架3固定在所述招型材散熱片結(jié)構(gòu)6上。所述風(fēng)扇的安裝位置對應(yīng)于底面內(nèi)側(cè)壁上固定的激光發(fā)射模塊4的位置。如圖3所示，所述盒體I底面的一側(cè)設(shè)置有固定板12，用于將所述的激光器固定在鐵路上的分線箱內(nèi)。在所述盒體I的側(cè)面預(yù)置激光出口孔7，便于激光發(fā)射模塊4的激光發(fā)射；另一側(cè)面預(yù)置風(fēng)扇接口 9和電源接口 10，如圖4。激光發(fā)射模塊4是獨立的模塊，用來發(fā)射808nm波長的激光，內(nèi)置溫敏電阻，控制模塊5通過溫敏電阻的阻值變化采集激光發(fā)射模塊4工作溫度。溫敏電阻的阻值與溫度具有一個對應(yīng)函數(shù)關(guān)系，如下公式所示(R=8.2ΚΩ對應(yīng)溫度值為302.65K (29.5°C)):
權(quán)利要求1.一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器，其特征在于:所述激光器采用盒體結(jié)構(gòu)，所述盒體的底面的外側(cè)壁為鋁型材散熱片結(jié)構(gòu)，鋁型材散熱片結(jié)構(gòu)上設(shè)置有風(fēng)扇，內(nèi)側(cè)壁固定激光發(fā)射模塊和控制模塊，所述的激光發(fā)射模塊通過螺釘連接固定在底面內(nèi)側(cè)壁上；所述風(fēng)扇通過支架固定在所述鋁型材上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器，其特征在于:所述激光發(fā)射模塊與底面內(nèi)側(cè)壁之間加裝半導(dǎo)體散熱片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器，其特征在于:所述半導(dǎo)體散熱片的接觸面均涂抹導(dǎo)熱硅脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器，其特征在于:所述風(fēng)扇的安裝位置對應(yīng)于底面內(nèi)側(cè)壁上固定的激光發(fā)射模塊的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器，其特征在于:所述控制模塊包括電源電路、恒流控制電路、散熱控制電路和過溫保護電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器，其特征在于:在所述盒體的側(cè)面預(yù)置激光出口孔、電源接口孔、風(fēng)扇接口孔。
專利摘要本實用新型公開一種用于列車圖像采集的大功率紅外激光器，屬于機械儀器技術(shù)領(lǐng)域。所述激光器為一盒體結(jié)構(gòu)，底面的外側(cè)壁設(shè)置風(fēng)扇，內(nèi)側(cè)壁設(shè)置激光發(fā)射模塊和控制模塊，所述控制模塊包括電源電路、恒流控制電路、散熱控制電路和過溫保護電路。所述控制模塊用于對激光發(fā)射模塊的恒流控制。本實用新型可提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的光源，為近紅外光，抗陽光干擾，對鐵路信號也無干擾，散熱系統(tǒng)良好，結(jié)構(gòu)小巧緊湊，保證設(shè)備安全。
文檔編號H01S3/13GK203085966SQ20132003426
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者李俠, 陳岳明, 宛金波, 張卓, 杜江凌 申請人:北京康拓紅外技術(shù)股份有限公司