CN108181950A - 高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置 - Google Patents

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CN108181950A CN201711416744.1A CN201711416744A CN108181950A CN 108181950 A CN108181950 A CN 108181950A CN 201711416744 A CN201711416744 A CN 201711416744A CN 108181950 A CN108181950 A CN 108181950A
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Abstract

本发明公开的高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置，包括温度检测及修正电路、温度差及温差触发电路，比例放大电路、制冷片控制电路，检测的红外探测器的温度转换为电压，经阻容滤波、修正后输出与实际温度信号对应一致电压信号，提高了温度测量的精度，进入减法电路计算出温度差，正温度差时，继电器K1线圈得电，两组常开触点K1‑1、K1‑2闭合，制冷片H1制冷；负温度差时，稳压管Z2、三极管Q2导通、继电器K2线圈得电，两组常开触点K2‑1、K2‑2闭合，制冷片H1制热，结构简单，响应快，成本低，便于推广应用；制冷片H1制冷或制热的程度由比例放大电路输出电压信号大小决定，红外探测器温度稳定在正常温度时，制冷片H1不工作，保证了温度控制的可靠性。

Description

高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置
技术领域
本发明涉及探测器技术领域，特别是涉及高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置。
背景技术
高频帧非制冷红外热成像系统的核心是非制冷红外探测器，其发展水平直接决定了非制冷热成像系统的发展，其以低成本、低功耗、高可靠性等特点得到了广泛的应用,常用的一种非制冷红外探测器为微测辐射热计，其利用电阻的温度特性，探测红外目标,然而，在非制冷红外探测器中，只有保证焦平面阵列中各敏感像素自身基准温度的一致性和稳定性，才能提高热成像系统的分辨率，减小后期非均匀性校正的难度，从根本上改善成像质量，因此，虽然与制冷探测器相比，非制冷探测器可以在常温下工作，但仍需温度控制装置来保持非制冷探测器工作时温度均匀稳定。
现有技术CN2017102889254公开了一种非制冷红外探测器的温度稳定装置，其采用设置在非制冷红外探测器上的温度传感器采集温度数据，发送给控制器，控制器通过增量式比例积分微分PID算法计算得到控制量，发送给所述全桥功率输出单元，驱动热电制冷器制冷，其能根据采集的温度实现高精度的温度控制，但非制冷红外探测器由于工作时间、环境等因素，温度在不断变换，一方面会使控制器、全桥功率输出单元工作于高频工作状态，极易导致控制器、全桥功率输出单元损坏，工作不可靠，另一方面需控制器分析、处理，会造成动态响应慢、调节不及时，不易推广。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置，有效地解决了目前非制冷红外探测器由于温度变换造成工作不可靠及控制不及时的问题。
其解决的技术方案是，包括温度检测及修正电路、温度差及温差触发电路、比例放大电路、制冷片控制电路，其特征在于，温度检测及修正电路将检测的高频帧非制冷红外成像探测器工作时的实时温度转换为电压信号并进入运算放大器AR1为核心的加法电路的反相输入端与同时流入的修正电压进行加法运算，计算出温度对应的修正测量数据电压一路传输到比例放大电路中进行比例放大，另一路送入温度差及温差触发电路中运算放大器AR2为核心的减法电路的同相输入端与反相输入端阈值电压进行减法运算输出温度差，正温度差时，晶闸管VTL1、稳压管Z1、电阻R9、电容C3组成的高温触发电路中晶闸管VTL1触发导通，三极管Q1导通、继电器K1线圈得电，两组常开触点K1-1、K1-2闭合，比例放大后电压信号加到制冷片H1正极性，地加到制冷片H1负极性，与制冷片H1所标极性一致，制冷片H1进行制冷，负温度差时，稳压管Z2导通，三极管Q2导通、继电器K2线圈得电，两组常开触点K2-1、K2-2闭合，比例放大后电压信号加到制冷片H1负极性，地加到制冷片H1正极性，与制冷片H1所标极性相反，制冷片H1进行制热；
所述制冷片控制电路在温度差及温差触发电路控制下接收比例放大电路输出的电压信号，比例放大电路输出的电压信号分别加到继电器K1常开触点K1-1、继电器K2常开触点K2-1的上端，继电器K1常开触点K1-1的下端连接加到制冷片H1正极性，继电器K2常开触点K2-1的下端连接加到制冷片H1负极性，地端分别加到继电器K1常开触点K1-2、继电器K2常开触点K2-2的上端，继电器K1常开触点K1-2的下端连接加到制冷片H1负极性，电器K2常开触点K2-2的下端连接加到制冷片H1正极性，其中继电器K1常开触点K1-1、K1-2和继电器K2常开触点K2-1、K2-2为同时动合的常开触点。
优选地，所述温度差及温差触发电路包括运算放大器AR2，运算放大器AR2的同相输入端连接温度检测及修正电路输出的温度修正测量数据，运算放大器AR2的反相输入端连接阈值电压，即高频帧非制冷红外成像探测器正常工作时的允许温度，由电阻R8、和电位器RP3组成的分压电路提供，运算放大器AR2的引脚7连接电源+5V，运算放大器AR2的引脚1连接电位器RP1的左端，运算放大器AR2的引脚4连接电位器RP1的可调端，运算放大器AR2的引脚8连接电位器RP1的右端运算放大器AR2的输出端分别连接稳压管Z2的正极、稳压管Z1的负极、晶闸管VTL1的阳极，晶闸管VTL1的控制极分别连接电容C3的一端、电阻R9的一端，晶闸管VTL1的阴极连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接地，三极管Q1的集电极分别连接二极管D1的正极、继电器K1线圈的一端，二极管D1的负极、继电器K1线圈的另一端连接电源+12V，稳压管Z2的负极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接电源+12V，三极管Q2的集电极分别连接二极管D2的负极、继电器K2线圈的一端，二极管D2的正极、继电器K2线圈的另一端连接地。
优选地，所述温度检测及修正电路包括热敏电阻RT1、RT2，热敏电阻RT2的一端连接地，热敏电阻RT2的另一端连接热敏电阻RT1的一端，热敏电阻RT1的另一端分别连接电阻R1的一端、接地电容C1的一端、接地电阻R2的一端、电阻R3的一端，电阻R1的另一端连接电源+5V，电阻R3的另一端分别连接接地电容C2的一端、运算放大器AR1的反相输入端、电阻R4和电位器RP2组成的分压电路提供的修正电压端、电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接运算放大器AR1的输出端、电阻R11的一端，运算放大器AR1的同相输入端通过电阻R6连接地；
所述比例放大电路包括运算放大器AR3，运算放大器AR3的同相输入端连接电阻R11的另一端，运算放大器AR3的反相输入端分别连接电阻R10的一端、电阻R13的一端、电容C4的一端，电阻R13的另一端分别连接电容C4的另一端、运算放大器AR3的输出端，运算放大器AR3的输出端输出的放大后比例电压经电阻R14送入制冷片控制电路。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1,热敏电阻检测的红外探测器的温度转换为电压，经阻容滤波、修正后输出与实际温度信号对应一致电压信号，提高了温度测量的精度，经减法电路计算出温度差，正温度差时，晶闸管VTL1触发导通、三极管Q1导通、继电器K1线圈得电，两组常开触点K1-1、K1-2闭合，加到制冷片H1上电压信号极性与所标极性一致，制冷片H1进行制冷；负温度差时，稳压管Z2导通、三极管Q2导通、继电器K2线圈得电，两组常开触点K2-1、K2-2闭合，加到制冷片H1上电压信号极性与所标极性相反，制冷片H1进行制热，结构简单，响应快，成本低，便于推广应用；
2，制冷片H1制冷或制热的程度由比例放大电路输出电压信号大小决定，当红外探测器温度稳定在正常温度时，即温差为零时，继电器K1、K2均不得电，制冷片H1不工作，保证了温度控制的可靠性。
附图说明
图1为本发明的模块图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
实施例一，高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置，温度检测及修正电路将检测的高频帧非制冷红外成像探测器工作时的实时温度转换为电压信号并进入运算放大器AR1为核心的加法电路的反相输入端与同时流入的修正电压进行加法运算，计算出温度对应的修正测量数据电压，此电压一路传输到比例放大电路中进行比例放大，另一路送入温度差及温差触发电路中运算放大器AR2为核心的减法电路的同相输入端与反相输入端阈值电压进行减法运算输出温度差，正温度差时，晶闸管VTL1、稳压管Z1、电阻R9、电容C3组成的高温触发电路中晶闸管VTL1触发导通，三极管Q1导通、继电器K1线圈得电，两组常开触点K1-1、K1-2闭合，比例放大后电压信号加到制冷片H1正极性，地加到制冷片H1负极性，与制冷片H1所标极性一致，制冷片H1进行制冷，负温度差时，稳压管Z2导通，三极管Q2导通、继电器K2线圈得电，两组常开触点K2-1、K2-2闭合，比例放大后电压信号加到制冷片H1负极性，地加到制冷片H1正极性，与制冷片H1所标极性相反，制冷片H1进行制热；所述制冷片控制电路在温度差及温差触发电路控制下接收比例放大电路输出的电压信号，进行不同程度的制冷或制热，当为正温度差时，即继电器K1线圈得电时，继电器K1常开触点K1-1、K1-2同时闭合，比例放大电路输出的电压信号经继电器K1常开触点K1-1上端、继电器K1常开触点K1-1的下端连接加到制冷片H1正极性，地端经继电器K1常开触点K1-2上端、继电器K1常开触点K1-2的下端连接加到制冷片H1负极性，与制冷片H1所标极性（+，-）一致，制冷片H1进行制冷，制冷片H1制冷的程度温度由差比例放大电路输出的电压信号的大小决定，当为负温度差时，即继电器K2线圈得电时，继电器K2常开触点K2-1、K2-2同时闭合，比例放大电路输出的电压信号经继电器K2常开触点K2-1上端、继电器K2常开触点K2-1的下端连接加到制冷片H1负极性，地端经继电器K2常开触点K2-2上端、继电器K2常开触点K2-2的下端连接加到制冷片H1负极性，与制冷片H1所标极性（+，-）相反，制冷片H1进行制热，制冷片H1制热的程度温度由差比例放大电路输出的电压信号的大小决定。
实施例二，在实施例一的基础上，所述温度差及温差触发电路将修正后电压信号与阈值电压进行减法运算输出温度差，触发高温触发电路或低温触发触发电路继电器K1或K2得电、相应触点闭合，使制冷片H1进行制冷或制热，包括运算放大器AR2，运算放大器AR2的同相输入端连接温度检测及修正电路输出的修正后电压信号，运算放大器AR2的反相输入端连接阈值电压，即高频帧非制冷红外成像探测器正常工作时的允许温度，由电阻R8和电位器RP3组成的分压电路提供，调节电位器RP3可调节阈值电压的大小，电位器RP1为运算放大器AR2的调零电位器，其为减法电路，运算放大器AR2的输出端温度差，当为正温度差高于稳压管Z1的稳压值1.5V时，1.5V经电阻R9分压后加到晶闸管VTL1的控制极，电容C3为缓冲电容，晶闸管VTL1导通，晶闸管VTL1的阴极电压为晶闸管VTL1阳极电压，此电压加到三极管Q1的基极，由于三极管Q1的发射极连接地，三极管Q1饱和导通，集电极电位拉低，电源+12V、继电器K1线圈、地构成电流流通的回路，继电器K1线圈得电，二极管D1为保护二极管，当为负温度差低于稳压管Z2的稳压值0.7V时，稳压管Z2反向击穿，负电压加到三极管Q2基极，由于三极管Q2的发射极连接电源+12V，三极管Q2饱和导通，电源+12V、继电器K2线圈、地构成电流流通的回路，继电器K2线圈得电。
实施例三，在实施例二的基础上，所述温度检测及修正电路对热敏电阻检测的红外探测器的温度转换为电压，经阻容滤波、修正后输出与实际温度信号对应一致电压信号，包括热敏电阻RT1、RT2，热敏电阻RT1、RT2设置在红外探测器上，为正温度系数的热敏电阻，当红外探测器温度发生变化时，热敏电阻RT1、RT2的阻值发生变化，从而电阻R1和热敏电阻RT1、RT2组成的分压电路发生变化，即经电容C1、电阻R2和电阻R3、电容C2组成的阻容滤波电路滤除杂波干扰后送到运算放大器AR1的反相输入端与同时流入的电阻R4和电位器RP2组成的分压电路提供的修正电压进行加法运算，计算出温度修正测量数据，修正信号传输过程中衰减值，使传送到温度差及温差触发电路中温度对应的电压信号与实际温度信号一致；所述比例放大电路用于将微弱的电压信号进行比例放大，包括运算放大器AR3，微弱的电压信号经电阻R11连接运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR3的反相输入端分别连接电阻R10的一端、电阻R13的一端、电容C4的一端，电阻R13的另一端分别连接电容C4的另一端、运算放大器AR3的输出端，电阻R10为平衡电阻，电阻R13为反馈电阻，其构成比例放大电路，设置电阻R13和电阻R11的阻值，可调节比例放大倍数，运算放大器AR3的输出端输出的放大后比例电压经电阻R14送入制冷片控制电路。
本发明具体使用时，正温度系数的热敏电阻RT1、RT2实时检测红外探测器当红外探测器温度发生变化时，热敏电阻RT1、RT2的阻值发生变化，从而电阻R1和热敏电阻RT1、RT2组成的分压电路发生变化，经阻容滤波电路滤除杂波干扰后送到运算放大器AR1的反相输入端与同时流入的电阻R4和电位器RP2组成的分压电路提供的修正电压进行加法运算，计算出温度对应修正测量数据电压，修正信号传输过程中衰减值之后一路进入运算放大器AR3为核心的比例放大电路，将微弱的电压信号进行比例放大，设置电阻R13和电阻R11的阻值，可调节比例放大倍数，另一路进入运算放大器AR2的同相输入端与反相输入端连接阈值电压，进行减法运算，输出温度差，当为正温度差高于稳压管Z1的稳压值1.5V时，1.5V经电阻R9分压后加到晶闸管VTL1的控制极，电容C3为缓冲电容，晶闸管VTL1导通，晶闸管VTL1的阴极电压为晶闸管VTL1阳极电压，此电压加到三极管Q1的基极，三极管Q1饱和导通，集电极电位拉低，继电器K1线圈得电，继电器K1常开触点K1-1、K1-2同时闭合，比例放大电路输出的电压信号经继电器K1常开触点K1-1上端、继电器K1常开触点K1-1的下端连接加到制冷片H1正极性，地端经继电器K1常开触点K1-2上端、继电器K1常开触点K1-2的下端连接加到制冷片H1负极性，与制冷片H1所标极性（+，-）一致，制冷片H1进行制冷，当为负温度差低于稳压管Z2的稳压值0.7V时，稳压管Z2反向击穿，负电压加到三极管Q2基极，由于三极管Q2的发射极连接电源+12V，三极管Q2饱和导通，继电器K2线圈得电，继电器K2常开触点K2-1、K2-2同时闭合，比例放大电路输出的电压信号经继电器K2常开触点K2-1上端、继电器K2常开触点K2-1的下端连接加到制冷片H1负极性，地端经继电器K2常开触点K2-2上端、继电器K2常开触点K2-2的下端连接加到制冷片H1负极性，与制冷片H1所标极性（+，-）相反，制冷片H1进行制热，制冷片H1制热的程度温度由差比例放大电路输出的电压信号的大小决定，当温度差为零时，稳压管Z1、稳压管Z2均不导通，制冷片H1不工作。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置，包括温度检测及修正电路、温度差及温差触发电路、比例放大电路、制冷片控制电路，其特征在于，温度检测及修正电路将检测的高频帧非制冷红外成像探测器工作时的实时温度转换为电压信号并进入运算放大器AR1为核心的加法电路的反相输入端与同时流入的修正电压进行加法运算，计算出温度对应的修正测量数据电压一路传输到比例放大电路中进行比例放大，另一路送入温度差及温差触发电路中运算放大器AR2为核心的减法电路的同相输入端与反相输入端阈值电压进行减法运算输出温度差，正温度差时，晶闸管VTL1、稳压管Z1、电阻R9、电容C3组成的高温触发电路中晶闸管VTL1触发导通，三极管Q1导通、继电器K1线圈得电，两组常开触点K1-1、K1-2闭合，比例放大后电压信号加到制冷片H1正极性，地加到制冷片H1负极性，与制冷片H1所标极性一致，制冷片H1进行制冷，负温度差时，稳压管Z2导通，三极管Q2导通、继电器K2线圈得电，两组常开触点K2-1、K2-2闭合，比例放大后电压信号加到制冷片H1负极性，地加到制冷片H1正极性，与制冷片H1所标极性相反，制冷片H1进行制热；
所述制冷片控制电路在温度差及温差触发电路控制下接收比例放大电路输出的电压信号，比例放大电路输出的电压信号分别加到继电器K1常开触点K1-1、继电器K2常开触点K2-1的上端，继电器K1常开触点K1-1的下端连接加到制冷片H1正极性，继电器K2常开触点K2-1的下端连接加到制冷片H1负极性，地端分别加到继电器K1常开触点K1-2、继电器K2常开触点K2-2的上端，继电器K1常开触点K1-2的下端连接加到制冷片H1负极性，电器K2常开触点K2-2的下端连接加到制冷片H1正极性，其中继电器K1常开触点K1-1、K1-2和继电器K2常开触点K2-1、K2-2为同时动合的常开触点。
2.如权利要求1所述高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置，其特征在于，所述温度差及温差触发电路包括运算放大器AR2，运算放大器AR2的同相输入端连接温度检测及修正电路输出的温度修正测量数据，运算放大器AR2的反相输入端连接阈值电压，即高频帧非制冷红外成像探测器正常工作时的允许温度，由电阻R8、和电位器RP3组成的分压电路提供，运算放大器AR2的引脚7连接电源+5V，运算放大器AR2的引脚1连接电位器RP1的左端，运算放大器AR2的引脚4连接电位器RP1的可调端，运算放大器AR2的引脚8连接电位器RP1的右端运算放大器AR2的输出端分别连接稳压管Z2的正极、稳压管Z1的负极、晶闸管VTL1的阳极，晶闸管VTL1的控制极分别连接电容C3的一端、电阻R9的一端，晶闸管VTL1的阴极连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接地，三极管Q1的集电极分别连接二极管D1的正极、继电器K1线圈的一端，二极管D1的负极、继电器K1线圈的另一端连接电源+12V，稳压管Z2的负极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接电源+12V，三极管Q2的集电极分别连接二极管D2的负极、继电器K2线圈的一端，二极管D2的正极、继电器K2线圈的另一端连接地。
3.如权利要求1所述高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置，其特征在于，所述温度检测及修正电路包括热敏电阻RT1、RT2，热敏电阻RT2的一端连接地，热敏电阻RT2的另一端连接热敏电阻RT1的一端，热敏电阻RT1的另一端分别连接电阻R1的一端、接地电容C1的一端、接地电阻R2的一端、电阻R3的一端，电阻R1的另一端连接电源+5V，电阻R3的另一端分别连接接地电容C2的一端、运算放大器AR1的反相输入端、电阻R4和电位器RP2组成的分压电路提供的修正电压端、电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接运算放大器AR1的输出端、电阻R11的一端，运算放大器AR1的同相输入端通过电阻R6连接地；
所述比例放大电路包括运算放大器AR3，运算放大器AR3的同相输入端连接电阻R11的另一端，运算放大器AR3的反相输入端分别连接电阻R10的一端、电阻R13的一端、电容C4的一端，电阻R13的另一端分别连接电容C4的另一端、运算放大器AR3的输出端，运算放大器AR3的输出端输出的放大后比例电压经电阻R14送入制冷片控制电路。
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