CN100554899C - 锑化铟光电传感器阵列静态工作点自动校准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锑化铟光电传感器阵列静态工作点自动校准装置，包括有锑化铟光电传感器阵列，其特征在于所述的锑化铟光电传感器阵列中的各个锑化铟光电传感器均接入一个校准支路，各个校准支路的结构为：基准电压VREF经参考传感器输出后，再经过分压电路，一路接入到电子电位器，另一路输出到第一电压跟随器。所述的电子电位器与单片机之间建立地址线、通信时钟线、通信数据线连接；所述的采集卡的与计算机之间建立通讯连接，计算机与单片机之间建立通讯连接。通过静态工作点自动校准装置后传感器阵列能在温度范围为-30到40度的环境下正常工作，大大提高了其实用性。

Description

锑化铟光电传感器阵列静态工作点自动校准装置
技术领域
本发明涉及光电探测技术及电子学领域，具体是一种锑化铟光电传感器阵列静态工作点自动校准装置。
背景技术
目前，锑化铟是一种直接的窄禁带宽度的半导体，在室温下为0.17eV，表明它具有大于7um的光谱响应长波限，响应时间比碲镉汞还小一个数量级，达到10ns。同时由于探测器由InSb单晶制成，性能稳定，可在室温下工作，无需制冷。因此探测器结构简单、体积小、使用方便，是目前中红外探测的理想器件。
但是锑化铟光电导红外探测器的温度系数比较大，约为3％/度，从20度变化到0度，其静态电阻大约增加一倍，而且，温度系数不稳定，给静态工作点的调整带来极大困难。因此锑化铟传感器一般需要通过对入射光的斩波，将光源变成强度交变的脉冲光源，通过工作在交流状态来克服静态工作点的温漂。
但是在阵列探测器中，特别是单元数比较多的阵列中，对光信号进行斩波在机械上不可行，因而采用对连续光进行探测的方式，这就要求：1、放大器采用直流放大器，而且放大倍数很大(约5000倍)，这意味着温度变化0.5度就可能使放大器饱和。2、即使进行了温度补偿，由于各个传感器的温度系数不稳定，必然存在补偿不掉的残差，在仪器工作的温度范围内(-30-30度)要求残差小于放大器所要求的值是非常困难的。
所以需要设计放大器静态工作点调整电路，一般通过串并联电阻或滑动变阻器来调整，但是在整个锑化铟传感器阵列上有上千个传感器，如果每个元件都用一个手动的滑动变阻器，当在某一温度下静态工作点满足条件，一旦环境温度发生变化后，又需要重新校准静态工作点，那样是非常耗费人力物力的。
发明内容
本发明的目的是提供一种锑化铟光电传感器阵列静态工作点自动校准装置，能保证锑化铟光电传感器阵列静态工作点的稳定。
锑化铟光电传感器阵列静态工作点自动校准装置，包括有锑化铟光电传感器阵列，其特征在于所述的锑化铟光电传感器阵列中的各个锑化铟光电传感器均接入一个校准支路，各个校准支路的结构为：基准电压VREF经参考传感器输出后，再经过分压电路，一路接入到电子电位器，另一路输出到第一电压跟随器，第一电压跟随器的输出信号接入到差分运算放大器作为参考信号；基准电压VREF经锑化铟光电传感器输出后，分成二路，一路和电子电位器串联，另一路接入差分运算放器作为原始信号；差分运算放大器的差分输出信号接入第二电压跟随器后，输出信号接入到采集卡；所述的若干个校准支路共用一个参考传感器；所述的电子电位器与单片机之间建立地址线、通信时钟线、通信数据线连接；所述的采集卡的与计算机之间建立通讯连接，计算机与单片机之间建立通讯连接。
所述的参考传感器为锑化铟光电传感器，其温度系数和锑化铟光电传感器阵列中传感器平均温度系数接近。
工作原理
基准电压经过传感器和电子电位器分压后作为放大器的静态工作点；静态工作点电压经过差分放大，差分放大的目的是进行温度补偿，送入数据采集卡转换成数字信号后再送入计算机；计算机对该静态工作点电压作出判断，看是否处在预先设定的范围内，如果不处在设定的范围，则通过串口发出对应电子电位器的地址和调整数据给单片机，单片机对地址进行译码后通过I2C口把调整数据发给对应的电子电位器；通过改变电子电位器的电阻值来改变它与传感器的分压比进而改变放大器的静态工作点，使其工作在一个预先设定的范围。这样即可以保证整个锑化铟光电传感器阵列在不同的温度环境下正常工作，又可以使保证放大器有尽可能大的动态范围。
通过静态工作点自动校准装置后传感器阵列能在温度范围为-30到40度的环境下正常工作，大大提高了其实用性。
附图说明
图1是本发明的原理方框图。
图2是本发明的校准支路电原理图。
具体实施方式
参见图1、图2。
图2中U1为microchip公司的PIC16F876A单片机；U2为RS-485差分总线收发器SN65LBC184；U3为锑化铟传感器参考；U4为电子电位器X9241AYP；U5为锑化铟传感器单元；U6为运算放大器。
单片机的2(RA0)、3(RA1)、4(RA2)、5(RA3)引脚分别接到电子电位器X9241AYP的4(A0)、16(A1)、5(A2)、15(A3)引脚，作为X9241AYP的地址线。
单片机的第26脚与SN65LBC184的第1脚连接，单片机的第24脚与SN65LBC184的第4脚连接作为串口通信线；单片机的第25脚与SN65LBC184的第2、3脚连接作为串口的收发控制线；R3为匹配电阻；J1为单片机与计算机的通信接口。
单片机的第14脚与X9241AYP的第14脚通过限流电阻R8相连，作为单片机与X9241AYP通信的时钟线；单片机的第15脚与X9241AYP的第9脚通过限流电阻R6相连，作为单片机与X9241AYP通信的数据线；R2和R9分别为时钟线和数据线的上拉电阻。
基准电压VREF经U3(传感器参考)和R10与X9241AYP的第2路电子电位器串联再与R11并联的电路后，从U3的第2脚输出经过电压跟随器U6A后与R12相连作为参考电压；基准电压VREF经U5(传感器单元)和R5与X9241AYP的第1路电子电位器串联再与R7并联的电路后，从U5的第2脚输出到U6B的第5脚作为原始信号；原始信号与参考信号经过U6B差分放大后经R14送入电压跟随器U6C，最后从U6C的第8脚输出到采集卡。
锑化铟光电传感器阵列由16个模块组成，每个模块有64个传感器单元，一共有1024个传感器。每个模块有一个参考传感器。
电子电位器型号为X9241AYP，它是一个两千欧姆64步的电子电位器，每一步30几欧姆，其接口方式为I2C，每一片X9241AYP中有四个独立的电子电位器，因为电子电位器每一步有30几欧姆，步长太大，所以必须通过并联一个较大电阻后再串联一个电阻的方式接入电路中，保证串并联后电子电位器每动作一步变化的电阻在1到5欧姆之间；同时串并联的电阻需要经过计算使其与之对应的传感器匹配。

Claims (1)

1、锑化铟光电传感器阵列静态工作点自动校准装置，包括有锑化铟光电传感器阵列，其特征在于所述的锑化铟光电传感器阵列中的各个锑化铟光电传感器均接入一个校准支路，各个校准支路的结构为：基准电压VREF经参考传感器输出后，再经过分压电路，一路接入到电子电位器，另一路输出到第一电压跟随器，第一电压跟随器的输出信号接入到差分运算放大器作为参考信号；基准电压VREF经锑化铟光电传感器输出后，分成二路，一路和电子电位器串联，另一路接入差分运算放大器作为原始信号；差分运算放大器的差分输出信号接入第二电压跟随器后，输出信号接入到采集卡；所述的若干个校准支路共用一个参考传感器，所述的电子电位器与单片机之间建立地址线、通信时钟线、通信数据线连接；所述的采集卡与计算机之间建立通讯连接，计算机与单片机之间建立通讯连接；所述的参考传感器为锑化铟光电传感器，其温度系数和锑化铟光电传感器阵列中传感器平均温度系数接近。
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