CN110987198A - 一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统 - Google Patents

一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，包括：1mA偏置电流产生电路Ⅰ，用于提供恒定的1mA偏置电流；红外探测器，用于接收1mA偏置电流灌入，量化实际测温二极管的前向电压值；精密预调理电路Ⅰ，用于对实电压值进行采集，对实际前向电压信号进行稳态信号扣除及放大滤波；多通道模数转换电路，用于进行模数转换，得到实际前向电压数字信号；数据处理电路，用于进行过采样和均值滤波处理，并转换得到数字化的实际温度信号；温度补偿电路，用于将数字化的实际温度信号与数字化的模拟温度信号进行比较，根据比较结果对实际量化的前向电压值进行补偿。本发明克服了传统测温系统存在的传输线缆长、电路噪声大、测温精度低的缺点。

Description

一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统
技术领域
本发明属于空间遥感红外相机成像技术领域，尤其涉及一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统。
背景技术
目前，根据探测任务的需要，航空航天遥感相机多选用波长大于12um的甚长波红外探测器进行对地成像，而甚长波红外探测器的输出响应对探测器焦平面温度极为敏感，需要对探测器焦平面温度进行精密测控温，才能保证探测器的响应稳定性。
传统的焦平面测温系统通常和焦平面控温系统集成在一起，探测器测温二极管的前向电压信号通过两线电缆传输给测温系统，测温系统对前向电压信号进行采集量化输出给控温系统。传统测温系统存在传输线缆长、电路噪声大、测温精度低的缺点。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，克服了传统测温系统存在的传输线缆长、电路噪声大、测温精度低的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，包括：
1mA偏置电流产生电路Ⅰ，用于为实际测温二极管的A+、K-两线提供恒定的1mA偏置电流；其中，实际测温二极管集成在红外探测器内；
红外探测器，用于接收1mA偏置电流灌入内部集成的实际测温二极管，量化实际测温二极管的前向电压值；
精密预调理电路Ⅰ，用于对实际测温二极管AT+、KT-两线前向电压值进行采集，得到实际测温二极管的实际前向电压信号，并对实际前向电压信号进行稳态信号扣除及放大滤波；
多通道模数转换电路，用于对稳态信号扣除及放大滤波后的实际前向电压信号进行模数转换，得到实际前向电压数字信号；
数据处理电路，用于对实际前向电压数字信号进行过采样和均值滤波处理，并根据电压-温度映射关系，将过采样和均值滤波处理后的实际前向电压数字信号转换为数字化的实际温度信号；
温度补偿电路，用于将数字化的实际温度信号与数字化的模拟温度信号进行比较，根据比较结果，对实际量化的实际测温二极管的前向电压值进行补偿，得到实际测温二极管的前向电压的真实测量值。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，
将测温电路前置，采用四线制测温方法，通过两线为测温二极管提供稳定的偏置电流，另外两线采集测温二极管前向电压的微弱变化信号，并对微弱信号进行调理、放大及过采样处理后，通过温度补偿电路进行电压补偿，克服了传统测温系统存在的传输线缆长、电路噪声大、测温精度低的缺点。
(2)本发明公开了一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，可完全消除红外探测器内部LTCC陶瓷基板、柔性PCB、接插件等传输线路对测温二极管前向电压的影响，与传统测温系统相比，可将焦面温度测量精度提高一个数量级。
附图说明
图1是本发明实施例中一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统的结构框图；
图2是本发明实施例中又一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统的结构框图；
图3是本发明实施例中一种1mA偏置电流产生电流的原理图；
图4是本发明实施例中又一种1mA偏置电流产生电流的原理图；
图5是本发明实施例中一种精密预调理电路的原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
实施例1
如图1，在本实施例中，该空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，包括：1mA偏置电流产生电路Ⅰ101，用于为实际测温二极管的A+、K-两线提供恒定的1mA偏置电流，以便于实现对测温二极管上的微弱电压信号(＜0.01v)的采集和量化；红外探测器102，用于接收1mA偏置电流灌入内部集成的实际测温二极管，量化实际测温二极管的前向电压值(＜0.01V的微弱电压)；精密预调理电路Ⅰ103，用于对实际测温二极管AT+、KT-两线前向电压值进行采集，得到实际测温二极管的实际前向电压信号，并对实际前向电压信号进行稳态信号扣除及放大滤波；多通道模数转换电路104，用于对稳态信号扣除及放大滤波后的实际前向电压信号进行模数转换，得到实际前向电压数字信号；数据处理电路105，用于对实际前向电压数字信号进行过采样和均值滤波处理，并根据电压-温度映射关系，将过采样和均值滤波处理后的实际前向电压数字信号转换为数字化的实际温度信号；温度补偿电路106，用于将数字化的实际温度信号与数字化的模拟温度信号进行比较，根据比较结果，对实际量化的实际测温二极管的前向电压值进行补偿，得到实际测温二极管的前向电压的真实测量值。其中，实际测温二极管集成在红外探测器内；空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统量化实际测温二极管两端的电压值后实时反映红外探测器焦平面温度。
在本实施例中，如图2，精密预调理电路Ⅰ103具体可以包括：初级放大电路单元Ⅰ，用于对实际测温二极管的前向电压值进行采集，得到实际测温二极管的实际前向电压信号，并对实际前向电压信号进行初级放大倍数处理，得到初级放大倍数处理后的信号Ⅰ；稳态信号扣除及高倍放大电路单元Ⅰ，用于对初级放大倍数处理后的信号Ⅰ扣除测温二极管精密测量范围内的稳态信号，并进行高放大倍数处理，得到高放大倍数处理后的信号Ⅰ，以匹配后级多通道模数转换电路的输入动态范围；抗混叠滤波单元Ⅰ，用于对高放大倍数处理后的信号Ⅰ进行低通滤波处理，降低高放大倍数处理后的信号Ⅰ电平中的混叠频率分量，以保证只对关心的频率范围内的信号作处理。
在本发明的一优选实施例中，温度补偿电路106中集成有一模拟测温二极管，如图2，该温度补偿电路106具体可以包括：1mA偏置电流产生电路Ⅱ，用于为模拟测温二极管提供恒定的1mA偏置电流；精密预调理电路Ⅱ，用于对模拟测温二极管的前向电压值进行采集，得到模拟测温二极管的模拟前向电压信号，并对模拟前向电压信号进行稳态信号扣除及放大滤波。
优选的，该精密预调理电路Ⅱ与精密预调理电路Ⅰ结构相同，包括：初级放大电路单元Ⅱ，用于对模拟测温二极管AT+、KT-两线前向电压值进行采集，得到模拟测温二极管的模拟前向电压信号，并对模拟前向电压信号进行初级放大倍数处理，得到初级放大倍数处理后的信号Ⅱ；稳态信号扣除及高倍放大电路单元Ⅱ，用于对初级放大倍数处理后的信号Ⅱ扣除测温二极管精密测量范围内的稳态信号，并进行高放大倍数处理，得到高放大倍数处理后的信号Ⅱ；抗混叠滤波单元Ⅱ，用于对高放大倍数处理后的信号Ⅱ进行低通滤波处理，降低高放大倍数处理后的信号Ⅱ电平中的混叠频率分量。
优选的，该多通道模数转换电路104，还用于对稳态信号扣除及放大滤波后的模拟前向电压信号进行模数转换，得到模拟前向电压数字信号。
优选的，该数据处理电路105，还用于对模拟前向电压数字信号进行过采样和均值滤波处理，并根据电压-温度映射关系，将过采样和均值滤波处理后的模拟前向电压数字信号转换为数字化的模拟温度信号。
实施例2
如图3，在本实施例中，1mA偏置电流产生电路(1mA偏置电流产生电路Ⅰ和1mA偏置电流产生电路Ⅱ电路结构相同)设计的根本要求是保证测温二极管偏置电流的稳定性。设计选用基准电压芯片产生一恒定电压值，随后利用分压电阻网络产生合适的电压值，分压电阻网络尽量选用高精度产品；最后，将分压得到的电压值输入所选用的运算放大器。上述设计，能够保证测温二极管电流的恒定。进一步，1mA偏置电流产生电路也可采用如图4所示的两个运算放大器结构，构建产生微弱电流的交流恒定电流源，实现对测温二极管的1mA驱动。
在本实施例中，在为测温二极管产生恒流1mA的驱动后，需通过选取合适的运算放大器将测温二极管A端和K端的结电压做放大处理，以便于达到对探测器焦面温度精确测温与控温的目的。尽量选用超低噪声的仪表放大器，增益范围宽，擅长测量微小信号，具有高共模抑制比，可防止干扰信号破坏数据采集。故，本实施例选择的精密预调理电路(精密预调理电路Ⅰ和精密预调理电路Ⅱ电路结构相同)的工作原理如图5所示：设计采用两级放大来达到测温二极管结电压的提取和放大。初级放大电路将测温二极管A端接入运算放大器的正输入端，将测温二极管K端接入运算放大器的负输入端，选取合适的电阻值设计运算放大器的放大倍数为2倍，选取的电阻精度应较高。将初级放大电路的输出端接入运算放大器的正输入端，按照精密测温测量范围计算得到基准电压输入至运算放大器的负输入端，按照设计的放大倍数进行放大，以保证满足后续模数转换芯片的满量程。在该级运算放大器的输出端设计抗混叠滤波电路，进行低通滤波。
在本实施例中，多通道模数转换电路104将测温信号转换为数字信号后传输至信号处理电路板。为增强驱动能力减小传输噪声，选用LVDS信号传输，并可通过电压驱动芯片增强信号的驱动能力，实现电平转换。
在本实施例中，数据处理电路105对高精度ADC对滤波放大后的信号进行64倍过采样，并对过采样后的数据进行均值滤波。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，其特征在于，包括：
1mA偏置电流产生电路Ⅰ，用于为实际测温二极管的A+、K-两线提供恒定的1mA偏置电流；其中，实际测温二极管集成在红外探测器内；
红外探测器，用于接收1mA偏置电流灌入内部集成的实际测温二极管，量化实际测温二极管的前向电压值；
精密预调理电路Ⅰ，用于对实际测温二极管AT+、KT-两线前向电压值进行采集，得到实际测温二极管的实际前向电压信号，并对实际前向电压信号进行稳态信号扣除及放大滤波；
多通道模数转换电路，用于对稳态信号扣除及放大滤波后的实际前向电压信号进行模数转换，得到实际前向电压数字信号；
数据处理电路，用于对实际前向电压数字信号进行过采样和均值滤波处理，并根据电压-温度映射关系，将过采样和均值滤波处理后的实际前向电压数字信号转换为数字化的实际温度信号；
温度补偿电路，用于将数字化的实际温度信号与数字化的模拟温度信号进行比较，根据比较结果，对实际量化的实际测温二极管的前向电压值进行补偿，得到实际测温二极管的前向电压的真实测量值。
2.根据权利要求1所述的空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，其特征在于，精密预调理电路Ⅰ，包括：
初级放大电路单元Ⅰ，用于对实际测温二极管的前向电压值进行采集，得到实际测温二极管的实际前向电压信号，并对实际前向电压信号进行初级放大倍数处理，得到初级放大倍数处理后的信号Ⅰ；
稳态信号扣除及高倍放大电路单元Ⅰ，用于对初级放大倍数处理后的信号Ⅰ扣除测温二极管精密测量范围内的稳态信号，并进行高放大倍数处理，得到高放大倍数处理后的信号Ⅰ，以匹配后级多通道模数转换电路的输入动态范围；
抗混叠滤波单元Ⅰ，用于对高放大倍数处理后的信号Ⅰ进行低通滤波处理，降低高放大倍数处理后的信号Ⅰ电平中的混叠频率分量，以保证只对关心的频率范围内的信号作处理。
3.根据权利要求1所述的空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，其特征在于，温度补偿电路中集成有一模拟测温二极管，温度补偿电路，包括：
1mA偏置电流产生电路Ⅱ，用于为模拟测温二极管提供恒定的1mA偏置电流；
精密预调理电路Ⅱ，用于对模拟测温二极管的前向电压值进行采集，得到模拟测温二极管的模拟前向电压信号，并对模拟前向电压信号进行稳态信号扣除及放大滤波。
4.根据权利要求3所述的空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，其特征在于，精密预调理电路Ⅱ，包括：
初级放大电路单元Ⅱ，用于对模拟测温二极管AT+、KT-两线前向电压值进行采集，得到模拟测温二极管的模拟前向电压信号，并对模拟前向电压信号进行初级放大倍数处理，得到初级放大倍数处理后的信号Ⅱ；
稳态信号扣除及高倍放大电路单元Ⅱ，用于对初级放大倍数处理后的信号Ⅱ扣除测温二极管精密测量范围内的稳态信号，并进行高放大倍数处理，得到高放大倍数处理后的信号Ⅱ；
抗混叠滤波单元Ⅱ，用于对高放大倍数处理后的信号Ⅱ进行低通滤波处理，降低高放大倍数处理后的信号Ⅱ电平中的混叠频率分量。
5.根据权利要求3所述的空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，其特征在于，多通道模数转换电路，还用于对稳态信号扣除及放大滤波后的模拟前向电压信号进行模数转换，得到模拟前向电压数字信号。
6.根据权利要求5所述的空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，其特征在于，数据处理电路，还用于对模拟前向电压数字信号进行过采样和均值滤波处理，并根据电压-温度映射关系，将过采样和均值滤波处理后的模拟前向电压数字信号转换为数字化的模拟温度信号。
7.根据权利要求1所述的空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，其特征在于，所述空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统量化实际测温二极管两端的电压值后实时反映红外探测器焦平面温度。
8.根据权利要求1所述的空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统，其特征在于，实际测温二极管的前向电压值＜0.01V。
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