CN202947798U - 高速高温红外光子温度探测器 - Google Patents

高速高温红外光子温度探测器 Download PDF

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周振林
张智
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Harbin Guotie Technology Group Co ltd
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Abstract

高速高温红外光子温度探测器，属于探测器领域，本实用新型为解决现有温度探测器无没实现200℃以上高温的精确探测的问题。本实用新型具有封装铝壳，封装铝壳内设置有视场热源聚集光学系统、HgCdTe光子元件、信号一级放大电路、信号二级放大电路、信号与校准电压叠加电路、漂移抑制电路和三级制冷恒温控制电路，视场热源聚集光学系统将扫描区经过的高速运动物体的温度量聚集到HgCdTe光子元件上，HgCdTe光子元件的电信号经过三级放大输出0-10V探测信号，漂移抑制电路的抑制反馈信号输出端与信号二级放大电路的抑制反馈信号控制端相连；三级制冷恒温控制电路的制冷信号输出端与HgCdTe光子元件的制冷信号控制端相连。

Description

高速高温红外光子温度探测器
技术领域
本实用新型涉及高速高温红外光子温度探测器，属于探测器领域。
背景技术
温度探测器大体有两种：一种是低速热敏式红外温度探测器，另外一种是外挂热靶辅组式红外光子温度探测器，它们均应用于铁路车辆轴温探测，第一种探测器只能运用于低速运行的车辆中，并且，温度漂移严重；第二种虽然能适应高速车辆，但其本身不能对被探测物体的温度进行量化，借助于外挂热靶来完成，这种探测器不可进行高温探测，最大适应温度在150℃以内，不能对类似铁路车辆的热轮温度或其它温度较高(200℃以上)进行精确探测。
发明内容
本实用新型目的是为了解决现有温度探测器无没实现200℃以上高温的精确探测的问题，提供了一种高速高温红外光子温度探测器。
本实用新型所述高速高温红外光子温度探测器，它具有封装铝壳，封装铝壳上安装用于信号传送与交换的电缆，封装铝壳内设置有视场热源聚集光学系统、HgCdTe光子元件、信号一级放大电路、信号二级放大电路、信号与校准电压叠加电路、漂移抑制电路和三级制冷恒温控制电路，
视场热源聚集光学系统将扫描区经过的高速运动的物体的温度量聚集到HgCdTe光子元件上，HgCdTe光子元件的电信号输出端与信号一级放大电路的输入端相连，信号一级放大电路的输出端与信号二级放大电路的输入端相连，信号二级放大电路的输出端与信号与校准电压叠加电路的输入端相连；
漂移抑制电路的抑制反馈信号输出端与信号二级放大电路的抑制反馈信号控制端相连；
三级制冷恒温控制电路的制冷信号输出端与HgCdTe光子元件的制冷信号控制端相连。
本实用新型的优点：本实用新型所述高速高温红外光子温度探测器与现有探测器的最大区别就是该发明适应高速（≤380km/h）移动的物体，可探测高温，具有自行温度量化，无需外挂热靶等辅助温度量化设备。
本实用新型所述高速高温红外光子温度探测器降低了系统的复杂性，减少了辅助系统，降低故障率，输出准确性与灵敏度大大提高，能量损耗减少45%，而稳定性大大增加，由于该探测器的复杂性降低，在操作、使用、控制等方面将更加简单，同时也减少了因误操作带来的其它故障。
附图说明
图1是本实用新型所述高速高温红外光子温度探测器的原理框图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高速高温红外光子温度探测器，它具有封装铝壳，封装铝壳上安装用于信号传送与交换的电缆，封装铝壳内设置有视场热源聚集光学系统1、HgCdTe光子元件2、信号一级放大电路3、信号二级放大电路4、信号与校准电压叠加电路5、漂移抑制电路6和三级制冷恒温控制电路7，
视场热源聚集光学系统1将扫描区经过的高速运动的物体的温度量聚集到HgCdTe光子元件2上，HgCdTe光子元件2的电信号输出端与信号一级放大电路3的输入端相连，信号一级放大电路3的输出端与信号二级放大电路4的输入端相连，信号二级放大电路4的输出端与信号与校准电压叠加电路5的输入端相连；
漂移抑制电路6的抑制反馈信号输出端与信号二级放大电路4的抑制反馈信号控制端相连；
三级制冷恒温控制电路7的制冷信号输出端与HgCdTe光子元件2的制冷信号控制端相连。
本实施方式采用HgCdTe（碲镉汞）作为核心光敏材料，三级制冷真空充氮封装，响应速度2微妙以下，对最高500℃以下的发热高速（≤380km/h）运动的物体进行精确探测。
本实施方式所述高速高温红外光子温度探测器是一种非接触式的温度探测器，当发热物体在该系统的扫描区域内通过时，视场热源聚集光学系统1将扫描区经过的高速运动的物体的温度进行聚焦，焦点正好落在HgCdTe光子元件2上，探测器的光敏感器件HgCdTe光子元件2产生一定的热效应，将光信号转换成电信号，该电信号通过后期处理输出0-10V探测信号给采集系统，从而输出被探测的高速运动物体的温度值。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，视场热源聚集光学系统1采用凸透镜来实现。
红外线打在凸透镜上，形成扫描区，当高速运动的物体经过该扫描区，凸透镜将光热能量聚焦到HgCdTe光子元件2上。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，信号一级放大电路3采用以AD620高精度运算放大器为核心的电路来实现。
AD620高精度运算放大器功能，是将HgCdTe光子元件2输出的模拟电信号进行第一级放大。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一作进一步说明，信号二级放大电路4采用以OP07运算放大器为核心的电路来实现。
OP07运算放大器对信号一级放大电路3输出的放大的数字信号进行第二级放大。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式一作进一步说明，信号与校准电压叠加电路5采用以OP07运算放大器为核心的对数放大电路来实现。
信号二级放大电路4被漂移抑制电路6输出的抑制反馈信号进行漂移抑制后输出给信号与校准电压叠加电路5，进行最后的放大，并输出0-10V探测信号给采集系统，从而输出被探测的高速运动物体的温度值。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式一作进一步说明，漂移抑制电路6包括环温检测电路6-1、校准电压生成电路6-2和漂移检测与抑制电路6-3，
环温检测电路6-1的环境温度信号输出端与校准电压生成电路6-2的输入端相连，校准电压生成电路6-2的电压信号输出端与漂移检测与抑制电路6-3的输入端相连，漂移检测与抑制电路6-3的抑制反馈信号输出端与信号二级放大电路4的抑制反馈信号控制端相连。
前述的电路会存在温度漂移问题，因此，使用本实施方式所述的漂移抑制电路6来抑制漂移。
具体实施方式七：本实施方式对实施方式一作进一步说明，漂移检测与抑制电路6-3采用OPA129运算放大器为核心的电路来实现。
具体实施方式八：本实施方式对实施方式一作进一步说明，三级制冷恒温控制电路7包括整流电路7-1、恒温控制电路7-2、元温反馈与制冷电流控制电路7-3和元件温度控制电路7-4，
整流电路7-1将交流电源整流输出制冷直流电源，整流电路7-1的直流电源输出端与恒温控制电路7-2的输入端相连，恒温控制电路7-2的输出端与元温反馈与制冷电流控制电路7-3的输入端相连，元温反馈与制冷电流控制电路7-3的输出端与元件温度控制电路7-4的输入端相连，元件温度控制电路7-4的制冷信号输出端与HgCdTe光子元件2的制冷信号控制端相连。
本实施方式进行了三级制冷控制：恒温控制电路7-2、元温反馈与制冷电流控制电路7-3和元件温度控制电路7-4，完成光子元件的三级制冷控制与恒定温度。

Claims (8)

1.高速高温红外光子温度探测器，它具有封装铝壳，封装铝壳上安装用于信号传送与交换的电缆，其特征在于，封装铝壳内设置有视场热源聚集光学系统（1）、HgCdTe光子元件（2）、信号一级放大电路（3）、信号二级放大电路（4）、信号与校准电压叠加电路（5）、漂移抑制电路（6）和三级制冷恒温控制电路（7），
视场热源聚集光学系统（1）将扫描区经过的高速运动的物体的温度量聚集到HgCdTe光子元件（2）上，HgCdTe光子元件（2）的电信号输出端与信号一级放大电路（3）的输入端相连，信号一级放大电路（3）的输出端与信号二级放大电路（4）的输入端相连，信号二级放大电路（4）的输出端与信号与校准电压叠加电路（5）的输入端相连；
漂移抑制电路（6）的抑制反馈信号输出端与信号二级放大电路（4）的抑制反馈信号控制端相连；
三级制冷恒温控制电路（7）的制冷信号输出端与HgCdTe光子元件（2）的制冷信号控制端相连。
2.根据权利要求1所述高速高温红外光子温度探测器，其特征在于，视场热源聚集光学系统（1）采用凸透镜来实现。
3.根据权利要求1所述高速高温红外光子温度探测器，其特征在于，信号一级放大电路（3）采用以AD620高精度运算放大器为核心的电路来实现。
4.根据权利要求1所述高速高温红外光子温度探测器，其特征在于，信号二级放大电路（4）采用以OP07运算放大器为核心的电路来实现。
5.根据权利要求1所述高速高温红外光子温度探测器，其特征在于，信号与校准电压叠加电路（5）采用以OP07运算放大器为核心的对数放大电路来实现。
6.根据权利要求1所述高速高温红外光子温度探测器，其特征在于，漂移抑制电路（6）包括环温检测电路（6-1）、校准电压生成电路（6-2）和漂移检测与抑制电路（6-3），
环温检测电路（6-1）的环境温度信号输出端与校准电压生成电路（6-2）的输入端相连，校准电压生成电路（6-2）的电压信号输出端与漂移检测与抑制电路（6-3）的输入端相连，漂移检测与抑制电路（6-3）的抑制反馈信号输出端与信号二级放大电路（4）的抑制反馈信号控制端相连。
7.根据权利要求6所述高速高温红外光子温度探测器，其特征在于，漂移检测与抑制电路（6-3）采用OPA129运算放大器为核心的电路来实现。
8.根据权利要求1所述高速高温红外光子温度探测器，其特征在于，三级制冷恒温控制电路（7）包括整流电路（7-1）、恒温控制电路（7-2）、元温反馈与制冷电流控制电路（7-3）和元件温度控制电路（7-4），
整流电路（7-1）将交流电源整流输出制冷直流电源，整流电路（7-1）的直流电源输出端与恒温控制电路（7-2）的输入端相连，恒温控制电路（7-2）的输出端与元温反馈与制冷电流控制电路（7-3）的输入端相连，元温反馈与制冷电流控制电路（7-3）的输出端与元件温度控制电路（7-4）的输入端相连，元件温度控制电路（7-4）的制冷信号输出端与HgCdTe光子元件（2）的制冷信号控制端相连。
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