[發明專利]一種用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置

在審

• 申請號: 201811308086.9
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109374126A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 余建成;張偉剛;寇經緯;王彥超;眭越
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;G01J1/44
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

1.一種用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置，其特征在于，包括：CCD芯片，用于進行激光探測以及光電轉換，最終輸出模擬電信號；所述CCD芯片的像元尺寸大于13um，讀出噪聲小于5e-，響應非均勻性小于1％；CCD芯片置于真空腔體中；

CCD驅動單元，為CCD芯片提供工作電壓、根據設定參數為CCD芯片提供正確的驅動信號和驅動時序，以及控制CCD芯片正常工作；

信號調理轉換單元，采用低噪聲設計，用于將CCD芯片輸出的模擬電信號進行放大、調理和模數轉換，進而輸出數字信號；

數據存儲單元，用于存儲信號調理轉換單元輸出的數字信號；

控制單元，用于控制CCD驅動單元、信號調理轉換單元、數據存儲單元工作，以及接收、解析、響應、執行來自上位機的命令；

通信單元，用于實現控制單元與上位機之間的數據通信功能；

制冷單元，與控制單元相連，用于對CCD芯片進行制冷。

2.根據權利要求1所述的用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置，其特征在于：所述制冷單元包括溫度控制器、制冷驅動電路和制冷裝置；溫度控制器與控制單元相互通訊；制冷驅動電路與溫度控制器相互通訊；制冷裝置與制冷驅動電路相連，用于對CCD芯片進行制冷。

3.根據權利要求2所述的用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置，其特征在于：所述制冷裝置包括前殼體、真空法蘭、后殼體以及依次設置的屏蔽構件、制冷模塊、導熱元件、散熱器和風扇；

制冷模塊設置在前殼體與真空法蘭構成的真空腔體內；制冷模塊由至少三個TEC制冷片串聯構成；首個TEC制冷片的冷面為制冷模塊的冷面，用于支撐、固定圖像探測器的CCD傳感器；最后一個TEC制冷片的熱面為制冷模塊的熱面；

導熱元件一端位于后殼體與真空法蘭構成的腔體內與散熱器相連，導熱元件的另一端穿過真空法蘭后與制冷單元的熱端相連；

屏蔽構件將制冷模塊的冷面完全包裹；屏蔽構件與所述CCD芯片的功能地相接，并且與前殼體保持絕緣；屏蔽構件采用導熱、導磁材料制成；風扇與散熱器間距設置，且均位于后殼體與真空法蘭構成的腔體內；

溫度控制器與所述制冷模塊相連，用于控制調節其制冷溫度。

4.根據權利要求3所述的用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置，其特征在于：散熱器與導熱元件的接觸界面，導熱元件與制冷模塊熱端的接觸界面，制冷模塊冷端與屏蔽構件的接觸界面，屏蔽構件與CCD芯片的接觸界面之間均設置有導熱墊。

5.根據權利要求4所述的用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置，其特征在于：屏蔽構件的厚度為100mil。

6.根據權利要求5所述的用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置，其特征在于：屏蔽構件由黃銅H90、銀或者鋁合金制成。

7.根據權利要求1-6任一所述的用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置，其特征在于：所述信號調理轉換單元包括低噪聲電源、CCD讀出電路和AD采集電路；

低噪聲電源采用DC-DC+LDO兩級轉換拓撲；

CCD讀出電路包括初級放大電路，隔直電容，初級濾波器，主放大電路，次級濾波器；

初級放大電路用于將CCD芯片的電荷信號轉換為電壓信號，同時為CCD芯片提供負載；

隔直電容用于將CCD芯片輸出的直流偏置隔離在前級，防止其進入后級的主放大電路；

初級濾波器用于濾除CCD芯片的輸出信號中疊加的高頻成分；

主放大電路用于對其收到的電壓信號進行放大；

次級濾波器接在主放大電路的輸出端，用于濾除主放大電路的噪聲。

8.根據權利要求1至6任一所述的用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置，其特征在于：所述通信單元包括光纖接口模塊。

9.根據權利要求7所述的用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置，其特征在于：所述隔直電容的容值小于10uF。

10.根據權利要求9所述的用于高功率激光測量的制冷型高信噪比探測裝置，其特征在于：所述主放大電路采用低噪聲、低偏壓、高增益的電流反饋型運算放大器。