[發(fā)明專利]一種基于二極管測(cè)溫的紅外探測(cè)器組件多路溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610236192.5
• 申請(qǐng)日: 2016-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN105784126A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張瞳;陳洪雷;林加木;林春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G01J5/22
• 分類號(hào): G01J5/22
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外探測(cè)器組件應(yīng)用技術(shù)，具體指一種基于二極管測(cè)溫的紅外探測(cè)器 組件多路溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它適用于制冷型紅外探測(cè)器組件應(yīng)用，本發(fā)明同樣適用于其它采 用二極管測(cè)溫的溫度監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。

背景技術(shù)

紅外探測(cè)器組件在航天航空紅外領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著波長(zhǎng)向長(zhǎng)波擴(kuò)展和探 測(cè)靈敏度的提高，紅外探測(cè)器必須在深低溫下才能工作。探測(cè)器工作在低溫環(huán)境時(shí)，其與外 部設(shè)備之間多采用真空絕熱隔離。通過(guò)電聯(lián)導(dǎo)線穿過(guò)真空隔層實(shí)現(xiàn)探測(cè)器與外部設(shè)備之間 電學(xué)通訊。為了降低紅外探測(cè)器組件的熱功耗，這些探測(cè)器外聯(lián)電學(xué)通訊的導(dǎo)線一般采用 熱阻比較大的材料，這樣導(dǎo)致探測(cè)器外聯(lián)電學(xué)通訊的導(dǎo)線電阻也相應(yīng)偏大，為了提高測(cè)溫 精度，一般多采用二極管作為測(cè)溫元件。

在紅外探測(cè)器組件應(yīng)用中，需要對(duì)探測(cè)器工作溫度進(jìn)行檢測(cè)。有時(shí)需要對(duì)多個(gè)紅 外探測(cè)器組件或一個(gè)紅外探測(cè)器組件的多個(gè)測(cè)溫二極管進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的方 法是采用恒流源給測(cè)溫二極管提供一個(gè)特定的偏流，然后采集二極管兩端的電壓，根據(jù)已 知的溫度與電壓曲線，通過(guò)查表的方式知道溫度。這顯然不適合長(zhǎng)時(shí)間多路溫度實(shí)時(shí)記錄 監(jiān)測(cè)。另外，制冷型紅外探測(cè)器組件內(nèi)測(cè)溫二極管的偏置電流多在25μA－1mA。根據(jù)不同類 型的二極管配置不同的恒流源，為了適應(yīng)各類型的紅外探測(cè)器組件的長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè) 記錄，須要探索一種新方法來(lái)解決這一問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于二極管測(cè)溫的紅外探測(cè)器組件多路溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 來(lái)實(shí)現(xiàn)如下功能：1)對(duì)測(cè)溫二極管偏流25μA－1mA的連續(xù)可調(diào)；2)多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度長(zhǎng)時(shí)間實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)記錄；3)根據(jù)內(nèi)置二極管溫度與電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系在系統(tǒng)顯示界面實(shí)時(shí)顯示溫度；4) 系統(tǒng)具有存儲(chǔ)功能；5)通過(guò)USB接口與外連設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；6)基于簡(jiǎn)潔便攜和減少對(duì)測(cè) 溫精度的干擾，采用電池供電和USB供電雙電源供電。

本發(fā)明是一種基于二極管測(cè)溫的紅外探測(cè)器組件多路溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括以下幾 個(gè)模塊：主控制模塊、電源穩(wěn)壓調(diào)理模塊、溫度采集模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)回 放及時(shí)間校準(zhǔn)按鍵模塊和USB轉(zhuǎn)串口模塊。

主控制模塊采用基于Cortex-M3為核心的微控制器的意法半導(dǎo)體STM32系列，該系 列具有豐富的存儲(chǔ)器和各種外設(shè)接口資源，能夠很好的滿足溫度監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

電源穩(wěn)壓調(diào)理模塊采用的是雙電源供電模式，即外接電源模式和電池供電模式根 據(jù)實(shí)際的工作情況進(jìn)行切換。為提高測(cè)量精度需要獲得穩(wěn)定電壓，采用穩(wěn)壓芯片來(lái)進(jìn)行穩(wěn) 壓輸出。將電池電壓采用升壓芯片升壓后再用穩(wěn)壓芯片得到穩(wěn)定的系統(tǒng)工作輸出電壓。

溫度采集模塊為二極管溫度傳感器測(cè)量電路，二極管在紅外探測(cè)器組件中對(duì)于溫 度的靈敏度很高，在很大的溫度范圍內(nèi)保持很好的線性關(guān)系。通常是正向偏置，施以恒定電 流，當(dāng)溫度變化時(shí)，其正向結(jié)電壓V隨之變化，V與溫度T滿足特定函數(shù)關(guān)系式。

信號(hào)調(diào)理模塊中由傳感器采集來(lái)的數(shù)據(jù)通常為微弱信號(hào)，很少能夠直接滿足AD轉(zhuǎn) 換輸入電壓的需要。AD的輸入范圍不充分的會(huì)使測(cè)量精度明顯降低。使用運(yùn)放芯片對(duì)微弱 信號(hào)實(shí)施幅度變換與電平移動(dòng)的放大功能以滿足AD輸入電壓的的需求。

顯示模塊為液晶顯示，本發(fā)明選用的是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器。它主要由行驅(qū) 動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及128×64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。可以完成圖形及漢字的顯示，構(gòu)成良好 的人機(jī)交互圖形界面。

數(shù)據(jù)回放及時(shí)間校準(zhǔn)按鍵模塊是對(duì)按鍵進(jìn)行循環(huán)掃描，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有按鍵按下時(shí)，則 進(jìn)入相應(yīng)的按鍵中斷服務(wù)程序，對(duì)數(shù)據(jù)回放和時(shí)間校準(zhǔn)進(jìn)行操作。

USB串口傳送模塊在實(shí)際工程中必不可少，本模塊使用了USB轉(zhuǎn)串口芯片，將溫度 數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到上位機(jī)。

本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法如下：

步驟一：系統(tǒng)上電各模塊初始化；

步驟二：溫度采集模塊采集周圍環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)電壓值，并經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換 后將數(shù)字信號(hào)傳輸給主控模塊進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)溫度數(shù)據(jù)處理；

步驟三：控制模塊計(jì)算處理后得到溫度數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，同時(shí)將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示 模塊動(dòng)態(tài)顯示；

步驟四：主控模塊對(duì)按鍵進(jìn)行循環(huán)掃描，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有按鍵按下時(shí)，則進(jìn)入相應(yīng)的按鍵 中斷服務(wù)程序，對(duì)數(shù)據(jù)回放和時(shí)間校準(zhǔn)進(jìn)行操作。