一種非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置，包括：控制器、熱電制冷器和一個或多個溫度傳感器；溫度傳感器采集非制冷紅外探測器的溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器；控制器包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、控制單元和全橋功率輸出單元；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并發(fā)送給控制單元；控制單元根據(jù)溫度數(shù)據(jù)計算目標(biāo)溫度，并根據(jù)目標(biāo)溫度通過增量式PID算法計算得到控制量；將控制量發(fā)送給全橋功率輸出單元；全橋功率輸出單元根據(jù)接收到的控制量向熱電制冷器輸出對應(yīng)的功率；熱電制冷器在所述全橋功率輸出單元輸出的功率的驅(qū)動下制冷。應(yīng)用本發(fā)明專利技術(shù)可以解決非制冷紅外探測器工作時溫度波動的問題，改善成像質(zhì)量。

Temperature stabilizing device for uncooled infrared detector

The invention provides a temperature stabilization device, uncooled infrared detector comprises a controller, a thermoelectric refrigerator and one or a plurality of temperature sensor; temperature sensor data acquisition of uncooled infrared detector temperature, temperature and the collected data is transmitted to the controller; the controller comprises an analog-to-digital conversion unit, a control unit and a full bridge the power output unit; analog digital conversion unit of temperature sensor transmits temperature data for analog-to-digital conversion and transmitted to the control unit; the control unit calculates the target temperature according to the temperature data, and according to the target temperature through the incremental PID algorithm to calculate the control quantity; control will send the amount of full bridge power output unit; power full bridge power output unit according to the control quantity received to output the corresponding thermoelectric cooler; thermoelectric cooler in the single full bridge power output The output power of the unit is driven by refrigeration. The invention can solve the problem of temperature fluctuation in the operation of the uncooled infrared detector and improve the imaging quality.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置
本申請涉及光電探測
，尤其涉及一種非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置。
技術(shù)介紹
非制冷紅外探測器以其低成本、低功耗、高可靠性等特點得到了廣泛的應(yīng)用。常用的一種非制冷紅外探測器為微測輻射熱計，其利用電阻的溫度特性，探測紅外目標(biāo)。然而，在非制冷紅外探測器中，只有保證焦平面陣列中各敏感像素自身基準溫度的一致性和穩(wěn)定性，才能提高熱成像系統(tǒng)的分辨率，減小后期非均勻性校正的難度，從根本上改善成像質(zhì)量。因此，雖然與制冷探測器相比，非制冷探測器可以在常溫下工作，但仍需溫度控制裝置來保持非制冷探測器工作時溫度均勻穩(wěn)定。然而，目前并沒有一種可以適應(yīng)不同大小探測器的通用解決方案。因此，急需研制一種體積小，低功耗，高精度的非制冷紅外探測器溫度穩(wěn)定裝置，從而可方便地嵌入到各種非制冷紅外成像系統(tǒng)中，以解決非制冷探測器工作時溫度波動的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置，從而可以解決非制冷紅外探測器工作時溫度波動的問題，改善成像質(zhì)量。本專利技術(shù)的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的：一種非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置，該裝置包括：控制器、熱電制冷器和一個或多個溫度傳感器；所述溫度傳感器，設(shè)置在非制冷紅外探測器上，用于采集非制冷紅外探測器的溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制器；所述控制器，包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、控制單元和全橋功率輸出單元；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于對所述溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制單元；所述控制單元，用于根據(jù)接收到的溫度數(shù)據(jù)計算得到目標(biāo)溫度，并根據(jù)目標(biāo)溫度通過增量式比例積分微分PID算法計算得到控制量；將控制量發(fā)送給所述全橋功率輸出單元；所述全橋功率輸出單元，用于根據(jù)接收到的控制量向所述熱電制冷器輸出對應(yīng)的功率；所述熱電制冷器，設(shè)置在所述非制冷紅外探測器的背部，用于在所述全橋功率輸出單元輸出的功率的驅(qū)動下制冷。較佳的，所述控制單元根據(jù)目標(biāo)溫度通過增量式比例積分微分PID算法計算得到控制量包括：從內(nèi)存中調(diào)入PID參數(shù)：Kp、Ki、Kd、e(k-1)和e(k-2)；其中，Kp為比例系數(shù)；Ki為積分系數(shù)；Kd為微分系數(shù)；e(k-1)為第k-1采樣時刻的輸入偏差；e(k-2)為第k-2個采樣時刻的輸入偏差。根據(jù)第k個采樣時刻的設(shè)定目標(biāo)值和采樣值，計算得到第k個采樣時刻的輸入偏差e(k)；計算得到第k個采樣時刻的控制增量△u(k)；存儲新參數(shù)，使用e(k)替換e(k-1)，使用e(k-1)替換e(k-2)；將控制增量△u(k)作為控制量輸出。較佳的，通過如下的公式計算得到第k個采樣時刻的輸入偏差e(k)：e(k)＝r(k)-y(k)其中，r(k)為第k個采樣時刻的設(shè)定目標(biāo)值，y(k)為第k個采樣時刻的采樣值。較佳的，通過如下的公式計算得到第k個采樣時刻的控制增量△u(k)：△u(k)＝Kp*e(k)-Ki*e(k-1)+Kd*e(k-2)。較佳的，所述控制單元為32位高性能微控制器STM32F107VCT6。較佳的，所述全橋功率輸出單元為H橋驅(qū)動電路。較佳的，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元為16位高精度AD芯片ADS1110A7IDBVT。較佳的，所述溫度傳感器為鉑電阻溫度傳感器或非制冷紅外探測器上集成的片上溫度傳感器。如上可見，在本專利技術(shù)的非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置中，由于使用高精度的溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進行轉(zhuǎn)換后，通過控制單元使用增量PID算法計算控制量，并通過全橋功率輸出單元(例如，H橋驅(qū)動電路)驅(qū)動熱電制冷器實現(xiàn)高精度的溫度控制，在室溫條件下控溫精度可達0.01℃，從而可以解決非制冷紅外探測器工作時溫度波動的問題，改善成像質(zhì)量。更進一步的，由于考慮到使用及嵌入不同系統(tǒng)的便捷性，本專利技術(shù)中的非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置還實現(xiàn)了裝置小型化設(shè)計，其控制器的最小尺寸可達40mm×30mm，可以很方便地嵌入到各種非制冷紅外成像系統(tǒng)中。此外，對于所使用的熱電制冷器及溫度傳感器，也可根據(jù)實際情況的需要選擇合適的型號，因此只需微調(diào)相應(yīng)的設(shè)置即可滿足不同系統(tǒng)應(yīng)用。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實施例中的非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式為使本專利技術(shù)的技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本專利技術(shù)作進一步詳細的說明。圖1為本專利技術(shù)實施例中的非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本專利技術(shù)實施例中的非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置包括：控制器11、熱電制冷器(TEC，ThermoelectricCooler)12和一個或多個溫度傳感器13；所述溫度傳感器13，設(shè)置在非制冷紅外探測器20上，用于采集非制冷紅外探測器20的溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制器11；所述控制器11，包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換單元111、控制單元112和全橋功率輸出單元113；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元111，用于對所述溫度傳感器13發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制單元112；所述控制單元112，用于根據(jù)接收到的溫度數(shù)據(jù)計算得到目標(biāo)溫度，并根據(jù)目標(biāo)溫度通過增量式比例積分微分(PID)算法計算得到控制量；將控制量發(fā)送給所述全橋功率輸出單元113；所述全橋功率輸出單元113，用于根據(jù)接收到的控制量向所述熱電制冷器12輸出對應(yīng)的功率；所述熱電制冷器12，設(shè)置在所述非制冷紅外探測器20的背部，用于在所述全橋功率輸出單元113輸出的功率的驅(qū)動下制冷。根據(jù)上述的具體結(jié)構(gòu)可知，在上述非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置中，溫度傳感器、控制器和熱電制冷器形成了一個閉合環(huán)路，因此，可以在控制器的控制之下，完成閉環(huán)溫度控制，從而可以對所述非制冷紅外探測器的溫度進行控制，從而可以解決非制冷紅外探測器工作時溫度波動的問題，改善成像質(zhì)量。另外，在本專利技術(shù)的技術(shù)方案中，所述控制器可以使用多種形式或型號的控制器。以下將以其中的一種具體實現(xiàn)方式為例，對本專利技術(shù)的技術(shù)方案進行介紹。例如，較佳的，在本專利技術(shù)的一個具體實施例中，所述控制單元可以是32位高性能微控制器STM32F107VCT6。另外，較佳的，在本專利技術(shù)的一個具體實施例中，所述控制單元根據(jù)目標(biāo)溫度通過增量式PID算法計算得到控制量可以包括：步驟201，從內(nèi)存中調(diào)入PID參數(shù)：Kp、Ki、Kd、e(k-1)和e(k-2)。其中，Kp為比例系數(shù)；Ki為積分系數(shù)；Kd為微分系數(shù)；e(k-1)為第k-1采樣時刻的輸入偏差；e(k-2)為第k-2個采樣時刻的輸入偏差。步驟202，根據(jù)第k個采樣時刻的設(shè)定目標(biāo)值和采樣值，計算得到第k個采樣時刻的輸入偏差e(k)。例如，較佳的，在本專利技術(shù)的一個具體實施例中，可以通過如下的公式計算得到第k個采樣時刻的輸入偏差e(k)：e(k)＝r(k)-y(k)其中，r(k)為第k個采樣時刻的設(shè)定目標(biāo)值，y(k)為第k個采樣時刻的采樣值。步驟203，計算得到第k個采樣時刻的控制增量△u(k)。例如，較佳的，在本專利技術(shù)的一個具體實施例中，可以通過如下的公式計算得到第k個采樣時刻的控制增量△u(k)：△u(k)＝Kp*e(k)-Ki*e(k-1)+Kd*e(k-2)步驟204，存儲新參數(shù)，使用e(k)替換e(k-1)，使用e(k-1)替換e(k-2)。步驟20本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置，其特征在于，該裝置包括：控制器、熱電制冷器和一個或多個溫度傳感器；所述溫度傳感器，設(shè)置在非制冷紅外探測器上，用于采集非制冷紅外探測器的溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制器；所述控制器，包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、控制單元和全橋功率輸出單元；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于對所述溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制單元；所述控制單元，用于根據(jù)接收到的溫度數(shù)據(jù)計算得到目標(biāo)溫度，并根據(jù)目標(biāo)溫度通過增量式比例積分微分PID算法計算得到控制量；將控制量發(fā)送給所述全橋功率輸出單元；所述全橋功率輸出單元，用于根據(jù)接收到的控制量向所述熱電制冷器輸出對應(yīng)的功率；所述熱電制冷器，設(shè)置在所述非制冷紅外探測器的背部，用于在所述全橋功率輸出單元輸出的功率的驅(qū)動下制冷。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種非制冷紅外探測器的溫度穩(wěn)定裝置，其特征在于，該裝置包括：控制器、熱電制冷器和一個或多個溫度傳感器；所述溫度傳感器，設(shè)置在非制冷紅外探測器上，用于采集非制冷紅外探測器的溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制器；所述控制器，包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、控制單元和全橋功率輸出單元；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于對所述溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制單元；所述控制單元，用于根據(jù)接收到的溫度數(shù)據(jù)計算得到目標(biāo)溫度，并根據(jù)目標(biāo)溫度通過增量式比例積分微分PID算法計算得到控制量；將控制量發(fā)送給所述全橋功率輸出單元；所述全橋功率輸出單元，用于根據(jù)接收到的控制量向所述熱電制冷器輸出對應(yīng)的功率；所述熱電制冷器，設(shè)置在所述非制冷紅外探測器的背部，用于在所述全橋功率輸出單元輸出的功率的驅(qū)動下制冷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制單元根據(jù)目標(biāo)溫度通過增量式比例積分微分PID算法計算得到控制量包括：從內(nèi)存中調(diào)入PID參數(shù)：Kp、Ki、Kd、e(k-1)和e(k-2)；其中，Kp為比例系數(shù)；Ki為積分系數(shù)；Kd為微分系數(shù)；e(k-1)為第k-1采樣時刻的輸入偏差；e(k-2)為第k-2個采樣時...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫憲中，李軍偉，張亞洲，王靜，
申請(專利權(quán))人：北京環(huán)境特性研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11