一種基于光譜儀、用于ccd探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光譜儀、用于CCD探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)，包括溫度傳感器，獲取當(dāng)前CCD探測器的溫度并輸出溫度信號；溫度信號處理模塊，將溫度信號放大并轉(zhuǎn)換后輸入控制模塊；CCD數(shù)據(jù)采集模塊，采集CCD數(shù)據(jù)，輸入到主控CPU；主控CPU模塊，根據(jù)CCD數(shù)據(jù)計算出CCD探測器當(dāng)前的信噪比，根據(jù)信噪比大小，主控CPU模塊向控制模塊發(fā)出指令，控制直流制冷電源向半導(dǎo)體制冷TEC供電，半導(dǎo)體TEC改變CCD探測器的工作溫度，直到信噪比不影響設(shè)備測量數(shù)據(jù)為止。
【專利說明】—種基于光譜儀、用于CCD探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及溫度控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于光譜儀、用于C⑶探測器制冷裝置的聞能效智能溫度控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]CO),英文全稱:Charge-coupled Device,中文全稱:電荷f禹合裝置。又可以成為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。具有性能穩(wěn)定和靈敏度高等特點(diǎn)。
[0003]CCD探測器工作時的噪聲主要有光子顆粒噪聲、暗電流噪聲、讀出噪聲(放大器復(fù)位噪聲和輸出放大器噪聲)、時鐘感應(yīng)噪聲等，尤其是在常溫工作時，暗電流噪聲和讀出噪聲特別大，這些都將對最終的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。噪聲的影響往往比可見光的影響要大得多，而噪聲信號的大小與CCD探測器的當(dāng)前工作溫度息息相關(guān)，CCD探測器當(dāng)前工作溫度越高，噪聲信號越大；因此，需要利用制冷裝置對CCD探測器進(jìn)行冷卻。現(xiàn)有技術(shù)是在CCD探測器上加入半導(dǎo)體制冷TEC對CCD探測裝置進(jìn)行冷卻，通過控制TEC制冷片的制冷面溫度實(shí)現(xiàn)對C⑶探測器的工作溫度實(shí)現(xiàn)控制。然而，對于一些室外使用的手持式CXD探測器來說，CXD探測器的靈敏度要求是十分嚴(yán)格的，其靈敏度要求的唯一標(biāo)準(zhǔn)就是CCD探測器當(dāng)前的工作信噪比，所以單純的控制CCD探測器的工作溫度并不能使其工作時當(dāng)前信噪比滿足工作要求，只能使其接近允許的CCD探測器工作信噪比。同時，室外使用的手持式CCD探測裝置的工作電池電量是十分有限的，如何保證在不影響測量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的前提下，保證設(shè)備的最長工作時間是當(dāng)前需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明設(shè)計了一種CCD探測器制冷裝置的溫度控制系統(tǒng)。該溫度控制系統(tǒng)就是用于解決在不影響測量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的前提下，使得光譜儀設(shè)備工作時間最長的問題。
[0005]為了使上述目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于光譜儀、用于CCD探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)，包括:溫度傳感器，其與所述CCD探測器相連，用于檢測所述CXD傳感器實(shí)時溫度，將溫度信號輸入到溫度信號處理模塊；溫度信號處理模塊，其與所述溫度傳感器相連，所述溫度信號處理模塊包括溫度信號放大和轉(zhuǎn)換單元，用于將溫度信號放大并完成A / D轉(zhuǎn)換；CCD數(shù)據(jù)采集模塊，其與所述CCD檢測器相連，用于采集所述CCD探測器的輸出信號、同時輸出噪聲的大小以及采集物質(zhì)的數(shù)據(jù)；半導(dǎo)體制冷器TEC,其與所述CCD探測器相連，用于為CCD探測器冷卻；制冷電源，其與所述控制模塊相連，用于為半導(dǎo)體制冷TEC供電；控制模塊，其與所述溫度信號模塊、所述半導(dǎo)體制冷器TEC、所述制冷電源相連，用于溫度采集和控制TEC電路；主控CPU，其與所述控制模塊和所述CXD數(shù)據(jù)采集模塊相連，用于計算所述CCD探測器的信噪比、接收所述CCD探測器的當(dāng)前工作溫度和計算當(dāng)前制冷電源的電量，判斷所述CCD探測器的當(dāng)前工作溫度和當(dāng)前信噪比是否進(jìn)入理想狀態(tài)，向控制模塊發(fā)出制冷和停止制冷指令；存儲器，其與所述主控CPU相連，用于存儲所述CXD探測器的工作理想工作溫度區(qū)間、理想工作信噪比和工作采集數(shù)據(jù)以及工作模式。
[0006]所述溫度信號處理模塊包括溫度信號放大單元和轉(zhuǎn)換單元，所述放大單元是對所述溫度傳感器的溫度信號進(jìn)行放大處理，所述轉(zhuǎn)換單元與所述放大單元相連，將所述放大單元的溫度電壓信號轉(zhuǎn)換為可輸出的數(shù)字信號。
[0007]所述主控淳樸將獲得的所述CXD探測器的當(dāng)前工作溫度與理想工作溫度對比，生成所述控制模塊的TEC電路開關(guān)信號；所述主控淳樸將獲得的所述CCD探測器的當(dāng)前工作信噪比與理想工作信噪比對比，生成所述控制模塊的TEC電路開關(guān)信號；
[0008]所述存儲器用于存儲所述CXD探測器的理想工作溫度區(qū)間和允許最小信噪比:所述理想工作溫度區(qū)間為0°C到20°C，所述允許最小信噪比為150: 1，所述工作模式為高電量工作模式和低電量工作模式。
[0009]所述制冷電源為直流3.7V鋰電池，所述制冷電源種含有電池控制芯片。
[0010]本發(fā)明所述的CXD探測器制冷裝置的高能效溫度控制系統(tǒng)依CXD探測器的理想工作溫度與允許最小信噪比的關(guān)系，利用控制裝置調(diào)節(jié)半導(dǎo)體制冷器TEC，從而調(diào)節(jié)CCD探測器的工作溫度和工作信噪比，實(shí)現(xiàn)了 CXD探測器的工作穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，保證了探測效果的情況下，避免了制冷電源電量的浪費(fèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明所述的基于光譜儀、用于CXD探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)不意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明所述的半導(dǎo)體制冷片TEC結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0014]一種基于光譜儀、用于C⑶探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)，包括:CCD探測器，溫度傳感器，溫度信號處理模塊，CCD數(shù)據(jù)采集模塊，半導(dǎo)體制冷器TEC，制冷電源，控制模塊，主控CPU，存儲器。
[0015]如圖1所示，溫度傳感器，其與CXD探測器相連，用于檢測CXD傳感器實(shí)時溫度，將溫度信號輸入到溫度信號處理模塊；溫度信號處理模塊，其與溫度傳感器相連，溫度信號處理模塊包括溫度信號放大和轉(zhuǎn)換單元，用于將溫度信號放大并完成A / D轉(zhuǎn)換；CCD數(shù)據(jù)采集模塊，其與CCD檢測器相連，用于采集CCD探測器的輸出信號、同時輸出噪聲的大小以及采集物質(zhì)的數(shù)據(jù)；半導(dǎo)體制冷器TEC，其與CCD探測器相連，用于為CCD探測器冷卻；制冷電源，其與控制模塊相連，用于為半導(dǎo)體制冷TEC供電；控制模塊，其與溫度信號模塊、半導(dǎo)體制冷器TEC、制冷電源相連，用于溫度采集和控制TEC電路；主控CPU，其與控制模塊和CXD數(shù)據(jù)采集模塊相連，用于計算CCD探測器的信噪比、接收CCD探測器的當(dāng)前工作溫度和計算當(dāng)前制冷電源的電量，判斷CCD探測器的當(dāng)前工作溫度和當(dāng)前信噪比是否進(jìn)入理想狀態(tài)，向控制模塊發(fā)出制冷和停止制冷指令；存儲器，其與主控CPU相連，用于存儲CXD探測器的工作理想工作溫度區(qū)間、理想工作信噪比和工作采集數(shù)據(jù)以及工作模式。制冷裝置包括制冷電源和半導(dǎo)體制冷TEC，制冷電源是3.7V的高級鋰電池，電池中含有電池控制芯片。主控CPU通過讀取電池控制芯片的數(shù)據(jù)獲得當(dāng)前狀態(tài)下電池的電量。
[0016]如圖2所示，是半導(dǎo)體制冷片簡單結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用的是由2對P型和N型半導(dǎo)體經(jīng)并聯(lián)而成，稱為熱電推。冷端溫度可以達(dá)到零下20?零下10°C。
[0017](XD探測器的工作模式分為兩種:一種是制冷電源電量高于50%時的工作模式，另一種是制冷電源電量低于50%時的工作模式。
[0018]模式一:光譜儀開機(jī)時，主控CPU通過讀取電池控制芯片的數(shù)據(jù)獲得當(dāng)前狀態(tài)下電池的電量，當(dāng)判斷得出電池電量高于50%時，主控CPU將從存儲器中讀取高電量工作模式，此時的工作模式要求為:CCD探測器的輸出信號和噪聲信號的比值最小為200，CCD探測器的工作溫度區(qū)間為O?20°C。具體的工作過程為:C⑶探測器從C⑶探測器采集當(dāng)前CXD探測器的輸出信號和噪聲信號的大小，輸入到主控CPU，主控CPU讀取程序計算獲得當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比是否小于200，同時，溫度傳感器從CXD探測器上獲取當(dāng)前CXD探測器的工作溫度，將溫度信號傳入溫度信號處理模塊，溫度信號處理模塊將溫度信號放大進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸入到控制模塊，主控CPU從控制模塊讀取當(dāng)前CCD探測器的工作溫度，讀取程序判斷C⑶探測器的工作溫度是否在O?20°C的理想工作區(qū)間，從而向控制模塊發(fā)出指令，控制模塊向制冷電源發(fā)出開關(guān)信號，從而制冷電源向半導(dǎo)體制冷片TEC供電。當(dāng)CCD探測器的信噪比和CCD探測器的工作溫度同時滿足工作模式的要求時，主控CPU向控制模塊發(fā)出半導(dǎo)體制冷TEC關(guān)閉信號。
[0019]模式二:光譜儀開機(jī)時，主控CPU通過讀取電池控制芯片的數(shù)據(jù)獲得當(dāng)前狀態(tài)下電池的電量，當(dāng)判斷得出電池電量低于50%時，主控CPU將從存儲器中讀取低電量工作模式，此時的工作模式要求為:CCD探測器的輸出信號和噪聲信號的比值最小為150，具體的工作過程為:CCD探測器從CCD探測器采集當(dāng)前CCD探測器的輸出信號和噪聲信號的大小，輸入到主控CPU，主控CPU讀取程序計算獲得當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比是否小于150，從而向控制模塊發(fā)出指令，控制模塊向制冷電源發(fā)出開關(guān)信號，從而制冷電源向半導(dǎo)體制冷片TEC供電。當(dāng)CCD探測器的信噪比滿足工作模式的要求時，主控CPU向控制模塊發(fā)出半導(dǎo)體制冷TEC關(guān)閉信號。
[0020]盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光譜儀、用于CCD探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 溫度傳感器，其與所述CCD探測器相連，用于檢測所述CCD傳感器實(shí)時溫度，將溫度信號輸入到溫度信號處理模塊； 溫度信號處理模塊，其與所述溫度傳感器相連，所述溫度信號處理模塊包括溫度信號放大和轉(zhuǎn)換單元，用于將溫度信號放大并完成A/D轉(zhuǎn)換； CCD數(shù)據(jù)采集模塊，其與所述CCD檢測器相連，用于采集所述CCD探測器的輸出信號、同時輸出噪聲的大小以及采集物質(zhì)的數(shù)據(jù)； 半導(dǎo)體制冷器TEC，其與所述CCD探測器相連，用于為CCD探測器冷卻； 制冷電源，其與所述控制模塊相連，用于為半導(dǎo)體制冷TEC供電； 控制模塊，其與所述溫度信號模塊、所述半導(dǎo)體制冷器TEC、所述制冷電源相連，用于溫度采集和控制TEC電路； 主控(PU，其與所述控制模塊和所述CCD數(shù)據(jù)采集模塊相連，用于計算所述CCD探測器的信噪比、接收所述CCD探測器的當(dāng)前工作溫度和計算當(dāng)前制冷電源的電量，判斷所述CCD探測器的當(dāng)前工作溫度和當(dāng)前信噪比是否進(jìn)入理想狀態(tài)，向控制模塊發(fā)出制冷和停止制冷指令，如果進(jìn)入理想狀態(tài)則發(fā)出停止制冷指令，如果沒進(jìn)入理想狀態(tài)則發(fā)出制冷指令； 存儲器，其與所述主控CPU相連，用于存儲所述CXD探測器的工作理想工作溫度區(qū)間、理想工作信噪比和采集工作數(shù)據(jù)以及工作模式。
2.如權(quán)利要求1所述的CCD探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度信號處理模塊包括溫度信號放大單元和轉(zhuǎn)換單元，所述放大單元是對所述溫度傳感器的溫度信號進(jìn)行放大處理，所述轉(zhuǎn)換單元與所述放大單元相連，將所述放大單元的溫度電壓信號轉(zhuǎn)換為可輸出的數(shù)字信號。
3.如權(quán)利要求1所述的CCD探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控淳樸將獲得的所述CCD探測器的當(dāng)前工作溫度與理想工作溫度對比，生成所述控制模塊的TEC電路開關(guān)信號；所述主控淳樸將獲得的所述CCD探測器的當(dāng)前工作信噪比與理想工作信噪比對比，生成所述控制模塊的TEC電路開關(guān)信號。
4.如權(quán)利要求1所述的CCD探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲器用于存儲所述CCD探測器的理想工作溫度區(qū)間和允許最小信噪比:所述理想工作溫度區(qū)間為0°C到20°C，所述允許最小信噪比為150: 1，所述工作模式為高電量工作模式和低電量工作模式。
5.如權(quán)利要求1所述的CCD探測器制冷裝置的高能效智能溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷電源為直流3.7V鋰電池，所述制冷電源種含有電池控制芯片。
【文檔編號】F25B21/00GK103954088SQ201410155940
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】袁丁, 趙喜, 杜靖, 吳紅彥 申請人:北京華泰諾安科技有限公司