[發明專利]一種非制冷紅外焦平面陣列驅動控制電路集成設計方法

在審

• 申請號: 201410557519.X
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104316203A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 代少升;唐華明;陳桂芳;劉琴;申嬌;王飛;徐洪
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G01J5/24
• 分類號: G01J5/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及非致冷紅外焦平面陣列熱成像技術領域，具體屬于紅外焦平面陣列驅動時序、采集時序及溫度控制時序電路設計。?

背景技術

隨著紅外探測技術的發展，對紅外測溫的精度及紅外成像的質量提出了要求。由于紅外熱成像系統的溫度測量過程會受到環境因素的影響而發生變化，為此需要設計一種靈活可編程溫度控制電路以穩定紅外探測器工作在某一穩定的溫度值，以提高探測器的溫度分辨率和探測靈敏度；而受紅外焦平面探測器自帶讀出電路的限制，很難直接讀出高精度的數字信號(如非致冷紅外焦平面陣列自帶6位數字信號輸出功能)，所以外加A/D轉換電路以實現高精度紅外信號采集是一種必然的選擇。現有紅外焦平面陣列探測器的溫度控制電路通常采用電阻分壓的方法產生固定電壓值(不同的閾值電壓對應不同的探測器工作溫度)，一旦電阻和電壓給定，分出的電壓固定。如果需要改變控制溫度，相應電壓值需要改變，分壓電路也要相應調整，這種溫度控制電路不具備靈活編程能力，系統設計的通用性差。為此本文提出利用FPGA器件對紅外焦平面陣列驅動、采集、溫度控制時序進行集成設計，以實現紅外熱成像系統控制電路的小體積、低功耗、低成本、高集成度設計的目的。?

發明內容

本發明針對現有技術中紅外溫度控制電路不具備重復可編程能力,系統設計靈活性差等缺陷，提供一種非致冷紅外焦平面陣列驅動、采集及溫度控制電路。能對各種熱目標物體進行測溫和成像。本發明時序控制電路由紅外信號驅動時序電路、溫度控制時序電路、A/D采集控制時序電路、FPGA邏輯控制電路構成。被測物體發出的紅外輻射能量經過紅外光學鏡頭聚焦到紅外焦平面陣列上，由紅外焦平面陣列將紅外輻射能轉換成電信號，并由紅外焦平面陣列的讀出電路在FPGA邏輯時序的控制下對視頻電信號進行驅動輸出；集成運算放大器對輸出的?模擬視頻信號進行放大，以滿足A/D采集電路的輸入視頻信號范圍；A/D采集電路在FPGA邏輯時序控制下對視頻輸出信號進行模數轉換以輸出離散的數字信號；溫度控制電路保持紅外焦平面陣列在整個工作過程中所有探測元的溫度保持在某一恒定的溫度下，以提高紅外焦平面陣列的探測靈敏度和整個紅外熱成像系統的成像質量。FPGA邏輯控制電路是整個紅外探測器前端控制電路的核心，它產生紅外焦平面陣列探測器讀出電路的驅動時序、采集控制電路時序及溫度控制電路的初始化配置時序，以輸出一定幅值的模擬信號，供后繼A/D采集及處理的需要。本發明提供了一種非致冷紅外焦平面陣列驅動控制電路的集成設計方法，該方法需要的外圍器件少、集成度高、且編程靈活、升級換代方便，在紅外熱成像系統研制中具有推廣和應用價值。?

附圖說明

圖1為紅外焦平面陣列讀出電路(ROIC)驅動時序波形圖?

圖2為紅外焦平面陣列前端控制電路整體結構框圖?

圖3為FPGA邏輯電路集成控制示意圖?

圖4為溫度控制電路示意圖?

圖5為FPGA配置溫度控制芯片的時序?

具體實施方式

下面結合附圖和具體實例說明本發明的實施方法。?

圖2為紅外焦平面陣列前端控制電路整體結構框圖。電路由晶振電路、紅外光學部分、紅外焦平面陣列探測器、溫度控制時序電路、A/D采集控制時序電路、FPGA邏輯控制單元電路構成。晶振電路采用27MHz的無源晶振，外帶兩個啟振電容，為可編程器件提供輸入時鐘；探測器采用非制冷微測輻射熱計焦平面陣列；A/D采集電路采用自帶相關雙采樣的單電源工作的16位集成芯片VSP2566；溫控制電路芯片采用MAXIN公司生產的熱電制冷控制器MAX1978。?

被測物體發出的紅外輻射能量經紅外光學系統聚焦到紅外焦平面陣列探測器上，由紅外焦平面陣列探測器將紅外輻射能轉換成電信號，并由紅外焦平面陣列探測器的讀出電路在FPGA邏輯控制電路的控制下對視頻電信號進行驅動輸出；集成運算放大器對輸出的模擬視頻信號進行放大，以滿足A/D采集電路的輸入視頻信號范圍；A/D采集電路在FPGA邏輯電路的控制下對視頻輸出信號進行?模數轉換以輸出離散的數字信號；溫度控制電路保持紅外焦平面陣列在整個工作過程中所有探測元的溫度保持在恒定的溫度下，以提高紅外焦平面陣列的探測靈敏度和整個紅外熱成像系統的成像質量。FPGA邏輯控制單元電路是整個紅外探測器前端控制電路的核心，它產生紅外焦平面陣列探測器讀出電路的驅動時序、采集控制電路時序及溫度控制電路的初始化配置參數，以輸出一定幅值的模擬信號，供后繼A/D采集及處理的需要。?