CN107888810B - InGaAs红外相机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种InGaAs红外相机及控制方法。InGaAs红外相机包括：InGaAs红外传感器；温度调节单元，用于调节InGaAs红外传感器的温度；镜头，所述镜头正对InGaAs红外传感器；信号处理与控制电路，信号处理与控制电路分别与InGaAs红外传感器和温度调节单元相连，信号处理与控制电路预存有对应于多个温度的光谱响应曲线，用于根据接收到的温度调节指令控制温度调节单元调节InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于目标温度的InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在目标温度下保持稳定。本发明的红外相机可以改变InGaAs红外传感器的光谱响应范围，使红外相机的光谱响应曲线在某个特定温度下保持稳定，提高物料识别的广度以及提高物料识别的成功率。

Description

InGaAs红外相机及控制方法

技术领域

本发明涉及物料分选技术领域，特别涉及一种InGaAs红外相机及控制方法。

背景技术

在物料分选领域中，往往会根据不同物料的反射或者透射光谱的不同，匹配相应的相机在特定的波长下进行分选。因此，为了能够达到稳定的色选效果，相机在其特定波长下的响应必须保持不变。InGaAs红外相机在常温下的光谱响应范围一般在900-1700nm，由于其材料的特点，红外相机的光谱响应范围会随着温度的变化而变化，当温度升高时，光谱相应范围会向长波长方向偏移，反之，会向短波长方向移动。当某两种物料的分选需要1750nm波长时，常温下InGaAs红外相机就不能满足应用需求。这时就需要调节温度，使红外相机的光谱响应范围向长波长方向偏移，使其能够覆盖1750nm波长，同时保持温度的稳定，使相机在1750nm波长下有稳定的输出响应。相关技术中，InGaAs红外相机的光谱响应范围通常不可调节，当InGaAs红外传感器的光谱响应范围随着外界环境温度的变化而变化时，会导致InGaAs红外相机的光谱响应不稳定，在特定场合下光谱响应无法使用。另外，相关技术中的InGaAs红外相机有的也只是通过对InGaAs传感器进行制冷以降低InGaAs传感器的读出噪声，提高InGaAs红外相机的信噪比，但是，也没有考虑到温度对InGaAs传感器光谱响应范围的影响。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种InGaAs红外相机。该InGaAs红外相机可以根据需求调节InGaAs红外传感器的温度，改变InGaAs红外传感器的光谱响应范围，以适应不同的应用场合，得到不同的光谱响应范围，并能够使InGaAs红外传感器的温度保持稳定，使红外相机的光谱响应曲线在某个特定温度下保持稳定，提高物料识别的广度以及提高物料识别的成功率。

本发明的另一个目的在于提供一种InGaAs红外相机的控制方法。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种InGaAs红外相机，包括：InGaAs红外传感器；温度调节单元，用于调节所述InGaAs红外传感器的温度；镜头，所述镜头正对所述InGaAs红外传感器；信号处理与控制电路，所述信号处理与控制电路分别与所述InGaAs红外传感器和所述温度调节单元相连，所述信号处理与控制电路预存有对应于多个温度的光谱响应曲线，用于根据接收到的温度调节指令控制所述温度调节单元调节所述InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定。

根据本发明实施例的InGaAs红外相机，可以根据需求调节InGaAs红外传感器的温度，从而改变InGaAs红外传感器的光谱响应范围，以适应不同的应用场合，得到不同的光谱响应范围，并能够使InGaAs红外传感器的温度保持稳定，这样，使红外相机的光谱响应曲线在某个特定温度下保持稳定，提高物料识别的广度以及提高物料识别的成功率。

在一些示例中，所述温度调节单元为半导体制冷装置或者空调装置。

在一些示例中，所述半导体制冷装置包括依次相邻设置的散热装置和半导体制冷片，所述散热装置用于对所述半导体制冷片散热，所述半导体制冷片用于调节所述InGaAs红外传感器的温度。

在一些示例中，还包括：导热头，所述导热头设置在所述半导体制冷片与所述InGaAs红外传感器之间，所述导热头与所述InGaAs红外传感器的底面接触，以与所述InGaAs红外传感器进行换热。

在一些示例中，所述信号处理与控制电路包括：温度检测单元，用于检测所述InGaAs红外传感器的温度；存储单元，用于存储对应于多个温度的光谱响应曲线；信号处理与控制单元，用于根据所述InGaAs红外传感器的温度与所述目标温度之间的差值控制所述温度调节单元调节所述InGaAs红外传感器的温度至所述目标温度之后，继续通过所述温度调节单元维持所述InGaAs红外传感器的温度，使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定。

在一些示例中，所述温度检测单元包括温度传感器。

本发明的第二方面的实施例公开了一种InGaAs红外相机的控制方法，包括以下步骤：检测所述InGaAs红外传感器的温度；接收用户输入的温度调节指令，并根据所述温度调节指令调节所述InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定。

根据本发明实施例的InGaAs红外相机的控制方法，可以根据需求调节InGaAs红外传感器的温度，从而改变InGaAs红外传感器的光谱响应范围，以适应不同的应用场合，得到不同的光谱响应范围，并能够使InGaAs红外传感器的温度保持稳定，这样，使红外相机的光谱响应曲线在某个特定温度下保持稳定，提高物料识别的广度以及提高物料识别的成功率。

在一些示例中，所述根据温度调节指令调节所述InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定，包括：比较所述InGaAs红外传感器的温度与所述目标温度之间的差值；根据所述差值控制所述温度调节单元调节所述InGaAs红外传感器的温度至所述目标温度；并在所述InGaAs红外传感器的温度达到所述目标温度之后，维持所述InGaAs红外传感器的温度，以使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定。

在一些示例中，在根据所述温度调节指令调节所述InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定之前，还包括：载入对应于多个温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述的和/或附加的方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是InGaAs红外传感器的光谱响应范围随温度变化的示意图；

图2是本发明一个实施例的InGaAs红外相机的示意图；

图3是本发明一个实施例的InGaAs红外相机的爆炸图；

图4是本发明一个实施例的InGaAs红外相机的控制方法的流程图。

附图标记说明：

InGaAs红外传感器210、温度调节单元220、镜头230、信号处理与控制电路240、固定装置250、散热装置221、半导体制冷片222、导热头223。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的InGaAs红外相机及控制方法。

如图1所示，图中的4条曲线为不同温度下InGaAs红外传感器的光谱响应曲线，其中，1为25℃的光谱响应曲线，2为0℃的光谱响应曲线，3为-10℃的光谱响应曲线，4为-20℃的光谱响应曲线。可以看出，InGaAs红外传感器的光谱响应范围随着温度的变化而变化，具体的变化规律是当温度降低时，InGaAs红外传感器的光谱响应范围向短波长偏移，反之，当温度升高时，InGaAs红外传感器的光谱响应范围向长波长偏移。图中虽然只给出4条不同温度下的光谱响应曲线，但是在实际上InGaAs红外传感器可承受的温度范围（如：-20℃-85℃）内，其均有此特性。InGaAs红外传感器的光谱响应范围的变化，同时也引起了特定波长下传感器灵敏度的变化，例如，从图1中可以看出，25℃下1.7um处InGaAs红外传感器的灵敏度是-20℃下InGaAs红外传感器的灵敏度的5倍左右。其中，图1中，横坐标为波长（wavelength），纵坐标为灵敏度（photosensitivity）。

图2是根据本发明一个实施例的InGaAs红外相机的示意图。如图2所示，根据本发明一个实施例的InGaAs红外相机，包括：InGaAs红外传感器210、温度调节单元220、镜头230和信号处理与控制电路240。

其中，温度调节单元220用于调节InGaAs红外传感器210的温度。镜头230正对InGaAs红外传感器210。信号处理与控制电路240分别与InGaAs红外传感器210和温度调节单元220相连，信号处理与控制电路240预存有对应于多个温度的光谱响应曲线，用于根据接收到的温度调节指令控制温度调节单元220调节InGaAs红外传感器210的温度至目标温度，以使对应于目标温度的InGaAs红外传感器210的光谱响应曲线在目标温度下保持稳定。

其中，信号处理与控制电路240包括：温度检测单元（图2中没有示出），用于检测所述InGaAs红外传感器210的温度；存储单元（图2中没有示出），用于存储对应于多个温度的光谱响应曲线；信号处理与控制单元（图2中没有示出），用于根据InGaAs红外传感器210的温度与目标温度之间的差值控制温度调节单元220调节InGaAs红外传感器210的温度至目标温度之后，继续通过温度调节单元220维持InGaAs红外传感器210的温度，使对应于目标温度的InGaAs红外传感器210的光谱响应曲线在目标温度下保持稳定。在以上描述中，温度检测单元可以是温度传感器。

在本发明的一个具体示例中，InGaAs红外相机可以直接对InGaAs红外传感器210的温度进行闭环控制，不但能够克服外界环境温度对InGaAs红外相机的影响，还可以通过调节不同的温度，从而改变对InGaAs传感器210的光谱响应范围，这样，可以提高InGaAs红外相机在特定波长下的灵敏度，使一些原本不能识别的物料成功被识别分选。

作为个具体的示例，如图2和图3所示，InGaAs红外相机的InGaAs红外传感器210、温度调节单元220、镜头230和信号处理与控制电路240均固定在固定装置250上，固定装置250包括壳体。温度调节单元220与InGaAs红外传感器210可接触，这样，可以直接对InGaAs红外传感器210的温度进行加热或制冷，提高了热传导的效率；信号处理与控制电路240主要功能有两个，一是常规的信号处理模块，给InGaAs红外传感器210提供驱动，InGaAs红外传感器210信号进行处理并输出，完成红外相机的图像采集的功能，另一个是采集InGaAs红外传感器210的温度，根据应用需要控制温度调节单元220对InGaAs红外传感器210进行加热或者制冷；镜头230是红外相机的必要组成部分；外壳等固定装置250则根据红外相机应用场合的不同设置成固定的形状。

其中，温度调节单元220作为一个执行单元，其有多种实现方式，如：半导体制冷装置或者空调装置等。

如图3所示，温度调节单元220以半导体制冷装置为例，半导体制冷装置包括依次相邻设置的散热装置221和半导体制冷片222，散热装置221用于对半导体制冷片222散热，半导体制冷片222用于调节InGaAs红外传感器210的温度。进一步而言，温度调节单元220还包括导热头223，导热头223设置在半导体制冷片222与InGaAs红外传感器210之间，例如：导热头223与InGaAs红外传感器210的底面接触，以与InGaAs红外传感器210进行直接的换热。

如图3所示，是本发明的一个相机实例。固定装置250用于安装InGaAs红外传感器210、温度调节单元220、镜头230和信号处理与控制电路240等。在该示例中，红外相机上电时信号处理与控制电路240会载入标定好的不同温度下的传感器光谱响应曲线，然后信号处理与控制电路240实时采集InGaAs红外传感器210的温度，并等待接收用户的温度调节指令，当接收到温度调节指令后，比较目标温度与InGaAs红外传感器210的温度，判断是需要对InGaAs红外传感器210加热还是制冷，接着，根据判断的结果控制半导体制冷片222的电流的方向，使之对InGaAs红外传感器210的温度进行调节，当温度达到目标温度时，继续控制半导体制冷片222，使InGaAs红外传感器210的温度在目标温度上下微小波动，以达到恒温的目的，从而使红外相机的光谱响应曲线在该温度下保持稳定。

根据本发明实施例的InGaAs红外相机，可以根据需求调节InGaAs红外传感器的温度，从而改变InGaAs红外传感器的光谱响应范围，以适应不同的应用场合，得到不同的光谱响应范围，并能够使InGaAs红外传感器的温度保持稳定，这样，使红外相机的光谱响应曲线在某个特定温度下保持稳定，提高物料识别的广度以及提高物料识别的成功率。

图4是根据本发明与一个实施例InGaAs红外相机的控制方法，包括以下步骤：

S401：检测InGaAs红外传感器的温度。

S402：接收用户输入的温度调节指令，并根据温度调节指令调节InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于目标温度的InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在目标温度下保持稳定。

在本发明的一个实施例中，根据温度调节指令调节InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于目标温度的InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定，包括：比较InGaAs红外传感器的温度与目标温度之间的差值；根据差值控制温度调节单元调节InGaAs红外传感器的温度至目标温度；在InGaAs红外传感器的温度达到目标温度之后，维持InGaAs红外传感器的温度，以使对应于目标温度的InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在目标温度下保持稳定。

在本发明的一个实施例中，在根据温度调节指令调节InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于目标温度的InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在目标温度下保持稳定之前，还包括：载入对应于多个温度的InGaAs红外传感器的光谱响应曲线。其中，对应于多个温度的InGaAs红外传感器的光谱响应曲线通过试验方式得到。

根据本发明实施例的InGaAs红外相机的控制方法，可以根据需求调节InGaAs红外传感器的温度，从而改变InGaAs红外传感器的光谱响应范围，以适应不同的应用场合，得到不同的光谱响应范围，并能够使InGaAs红外传感器的温度保持稳定，这样，使红外相机的光谱响应曲线在某个特定温度下保持稳定，提高物料识别的广度以及提高物料识别的成功率。

需要说明的是，本发明实施例的InGaAs红外相机的控制方法的具体实现方式与本发明实施例的InGaAs红外相机的具体实现方式类似，具体请参见红外相机部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种InGaAs红外相机，其特征在于，包括：

InGaAs红外传感器；

温度调节单元，用于调节所述InGaAs红外传感器的温度；

镜头，所述镜头正对所述InGaAs红外传感器；

信号处理与控制电路，所述信号处理与控制电路分别与所述InGaAs红外传感器和所述温度调节单元相连，所述信号处理与控制电路预存有对应于多个温度的光谱响应曲线，用于根据接收到的温度调节指令控制所述温度调节单元调节所述InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定，其中，当温度升高后，所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线的光谱响应范围向长波长方向偏移，以使所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线的波长达到大于1700nm的波长。

2.根据权利要求1所述的InGaAs红外相机，其特征在于，所述温度调节单元为半导体制冷装置或者空调装置。

3.根据权利要求2所述的InGaAs红外相机，其特征在于，所述半导体制冷装置包括依次相邻设置的散热装置和半导体制冷片，所述散热装置用于对所述半导体制冷片散热，所述半导体制冷片用于调节所述InGaAs红外传感器的温度。

4.根据权利要求3所述的InGaAs红外相机，其特征在于，还包括：

导热头，所述导热头设置在所述半导体制冷片与所述InGaAs红外传感器之间，所述导热头与所述InGaAs红外传感器的底面接触，以与所述InGaAs红外传感器进行换热。

5.根据权利要求1所述的InGaAs红外相机，其特征在于，所述信号处理与控制电路包括：

温度检测单元，用于检测所述InGaAs红外传感器的温度；

存储单元，用于存储对应于多个温度的光谱响应曲线；

信号处理与控制单元，用于根据所述InGaAs红外传感器的温度与所述目标温度之间的差值控制所述温度调节单元调节所述InGaAs红外传感器的温度至所述目标温度之后，继续通过所述温度调节单元维持所述InGaAs红外传感器的温度，使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定。

6.根据权利要求5所述的InGaAs红外相机，其特征在于，所述温度检测单元包括温度传感器。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的InGaAs红外相机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测所述InGaAs红外传感器的温度；

接收用户输入的温度调节指令，并根据所述温度调节指令调节所述InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定，其中，当温度升高后，所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线的光谱响应范围向长波长方向偏移，以使所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线的波长达到大于1700nm的波长。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根据温度调节指令调节所述InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定，包括：

比较所述InGaAs红外传感器的温度与所述目标温度之间的差值；

根据所述差值控制所述温度调节单元调节所述InGaAs红外传感器的温度至所述目标温度；

在所述InGaAs红外传感器的温度达到所述目标温度之后，维持所述InGaAs红外传感器的温度，以使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定。

9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，在根据所述温度调节指令调节所述InGaAs红外传感器的温度至目标温度，以使对应于所述目标温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线在所述目标温度下保持稳定之前，还包括：

载入对应于多个温度的所述InGaAs红外传感器的光谱响应曲线。