CN105424200A - 一种热电堆探测器的快速响应实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热电堆探测器的快速响应实现方法，包括以下步骤：确定热电堆探测器输出电压的上升规律函数；使用稳定功率的激光照射热电堆探测器，测试热电堆探测器的输出电压，记录上升曲线；对热电堆探测器输出电压的上升曲线部分进行指数拟合，得到时间常数；对热电堆探测器的实时输出电压进行处理，获得热电堆探测器的快速响应电压。通过对热电堆探测器的输出电压信号进行实时处理，缩短了上升时间，提高了测试速度。

Description

一种热电堆探测器的快速响应实现方法

技术领域

本发明涉及探测器领域，尤其是热电堆探测器的快速响应实现方法。

背景技术

热电堆探测器相对于光电型探测器，具有光谱响应平坦以及光谱范围宽等优点，在光电测试、计量等方面具有广泛的应用。在热电堆探测器中，上升时间是一个重要参数，是指由于被测量的阶跃提高，探测器输出信号从最大值的10％上升到90％所需的时间。热电堆探测器的上升曲线一般被认为符合理论指数形式：

$V_t=V_{\max }\[1-\exp (-\frac{t}{\mathrm{\τ}})\]---\left(1\right)$

式中V_t是一定功率的激光照射探测器的实时输出电压；V_max是一定功率的激光照射探测器稳态响应电压；τ是时间常数，属于热电堆探测器的固有参数，一般采用拟合计算得到。

但是，热电堆探测器的响应速度慢，上升时间一般大于30s，不能实时输出入射参数的真实性能，影响测试效率。目前，现有技术中未发现能够解决热电堆探测器响应速度的方法。

另外，热电堆探测器在实际应用中，由于热量损失、热电偶噪声等因素的影响，热电堆探测器的上升曲线不能很好的与理论指数形式(1)吻合。因此，采用理论指数形式(1)拟合得到的时间常数存在较大误差，不利于热电堆探测器输出电压的后续处理。

目前，热电堆探测器输出电压的上升曲线一般被认为符合理论指数函数形式，通过这种函数形式拟合得到的时间常数存在较大误差，不利于热电堆探测器输出电压的后续处理。另外，热电堆探测器的响应速度慢，上升时间一般大于30s，不能实时输出入射参数的真实性能，影响测试效率。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种热电堆探测器的快速响应实现方法，本方法能够实现缩短上升时间，提高测试速度，快速测量入射信号的变化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热电堆探测器的快速响应实现方法，包括以下步骤：

(1)确定热电堆探测器输出电压的上升曲线的实际规律函数；

(2)使用激光照射热电堆探测器，测试热电堆探测器的输出电压，记录上升曲线；

(3)根据步骤(1)确定的热电堆探测器输出电压的上升曲线的规律函数，对热电堆探测器输出电压的上升曲线部分进行拟合，得到时间常数；

(4)在热电堆探测器的实际使用中，根据计算得到的实际时间常数，对热电堆探测器的实时输出电压进行处理，获得热电堆探测器的快速响应电压。

所述步骤(1)中，热电堆探测器的上升曲线符合指数形式：

$V_t=a+b\·\exp (-\frac{t}{\mathrm{\τ}})\]---\left(1\right)$

式中V_t是一定功率的激光照射探测器的实时输出电压；t是时间；τ是时间常数，属于热电堆探测器的固有参数；a是热电堆探测器的快速响应电压；b是指数函数的系数。

所述步骤(2)中，使用激光照射热电堆探测器。优选的，其功率稳定度小于或等于万分之一。

所述步骤(2)中，采用示波器或电压表测试热电堆探测器的输出电压。

所述步骤(3)中，采用最小二乘法对热电堆探测器输出电压的上升曲线进行指数拟合，获得时间常数。

所述步骤(4)中，采用以下公式对热电堆探测器的实时输出电压进行处理，获得热电堆探测器的快速响应电压：

$a\left(k\right)=V_k-e^{-t_k/\mathrm{\τ}}\frac{V_{k+1}-V_k}{e^{-t_{k+1}/\mathrm{\τ}}-e^{-t_k/\mathrm{\τ}}},k=1,2,...,N-1---\left(2\right)$

式中V_k、V_k+1分别是一定功率的激光照射热电堆探测器时，热电堆探测器在t_k、t_k+1时刻的输出电压；t是时间；τ是时间常数，属于热电堆探测器的固有参数；a是热电堆探测器的快速响应电压。

其中，快速响应电压a(k)对应的测试时间是t_k+1。

本发明的有益效果为：

本发明通过对热电堆探测器的实时输出电压信号进行处理，提高了测试速度，使上升时间缩短到3s之内。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为热电堆探测器输出电压的上升曲线和使用本发明获得的上升曲线。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种热电堆探测器的快速响应实现方法。技术方案如下：

步骤(1)：本发明提出热电堆探测器输出电压的上升曲线符合指数形式：

$V_t=a+b\·\exp (-\frac{t}{\mathrm{\τ}})\]---\left(1\right)$

式中V_t是一定功率的激光照射探测器的实时输出电压；t是时间；τ是时间常数，属于热电堆探测器的固有参数；a是热电堆探测器的快速响应电压；b是指数函数的系数。

步骤(2)：使用1064nm的激光照射热电堆探测器，采用稳功仪控制激光功率的稳定度，使其达到万分之一，设定激光器的输出功率是420mW，采用示波器测试热电堆探测器的输出电压，记录上升曲线部分，如图2中虚线所示，此时热电堆探测器输出的最大电压是0.161V，上升时间大于30s。

步骤(3)：根据公式(1)的指数形式，使用最小二乘法对热电堆探测器输出电压的上升曲线部分进行指数拟合，获得时间常数τ＝12.3935s。

步骤(4)：采用公式(2)对热电堆探测器的实时输出电压进行处理，可以获得热电堆探测器的快速响应电压：

$a\left(k\right)=V_k-e^{-t_k/\mathrm{\τ}}\frac{V_{k+1}-V_k}{e^{-t_{k+1}/\mathrm{\τ}}-e^{-t_k/\mathrm{\τ}}},k=1,2,...,N-1---\left(2\right)$

式中V_k、V_k+1分别是一定功率的激光照射热电堆探测器时，热电堆探测器在t_k、t_k+1时刻的输出电压；t是时间；τ是时间常数，属于热电堆探测器的固有参数；a是热电堆探测器的快速响应电压。

其中，快速响应电压a(k)对应的测试时间是t_k+1。

采用本发明获得的热电堆探测器的快速响应电压如图2中实线所示，此时热电堆探测器输出电压的上升时间小于3s。

在本发明的具体实施方式中，采用功率稳定的激光照射热电堆探测器，获得的热电堆探测器的上升曲线才能更准确，从而精确计算出时间常数。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种热电堆探测器的快速响应实现方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)确定热电堆探测器输出电压的上升曲线的实际规律函数；

(2)使用激光照射热电堆探测器，测试热电堆探测器的输出电压，记录上升曲线；

(3)根据步骤(1)确定的热电堆探测器输出电压的上升曲线的规律函数，对热电堆探测器输出电压的上升曲线进行拟合，获得时间常数；

(4)在热电堆探测器实际使用时，根据计算得到的时间常数，对热电堆探测器的实时输出电压进行处理，获得热电堆探测器的快速响应电压。

2.如权利要求1所述的一种热电堆探测器的快速响应实现方法，其特征是：所述步骤(1)中，热电堆探测器输出电压的上升曲线符合指数形式：

$V_t=a+b\·\exp (-\frac{t}{\mathrm{\τ}})\]---\left(1\right)$

式中V_t是一定功率的激光照射探测器的实时输出电压；t是时间；τ是时间常数，属于热电堆探测器的固有参数；a是热电堆探测器的快速响应电压；b是指数函数的系数。

3.如权利要求1所述的一种热电堆探测器的快速响应实现方法，其特征是：所述步骤(2)中，使用功率稳定度小于或等于万分之一的激光照射热电堆探测器。

4.如权利要求1所述的一种热电堆探测器的快速响应实现方法，其特征是：所述步骤(2)中，采用示波器或电压表测试热电堆探测器的输出电压。

5.如权利要求1所述的一种热电堆探测器的快速响应实现方法，其特征是：所述步骤(3)中，采用最小二乘法对热电堆探测器输出电压的上升曲线进行指数拟合。

6.如权利要求1所述的一种热电堆探测器的快速响应实现方法，其特征是：所述步骤(4)中，采用以下公式对热电堆探测器的实时输出电压进行处理，获得热电堆探测器的快速响应电压：

$a\left(k\right)=V_k-e^{-t_k/\mathrm{\τ}}\frac{V_{k+1}-V_k}{e^{-t_{k+1}/\mathrm{\τ}}-e^{-t_k/\mathrm{\τ}}},k=1,2,...,N-1---\left(2\right)$

式中V_k、V_k+1分别是一定功率的激光照射热电堆探测器时，热电堆探测器在t_k、t_k+1时刻的输出电压；t是时间；τ是时间常数，属于热电堆探测器的固有参数；a是热电堆探测器的快速响应电压。

其中，快速响应电压a(k)对应的测试时间是t_k+1。