CN205748664U - 一种基于fpga的热电堆探测器的温度补偿装置 - Google Patents

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韩顺利
张鹏
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Abstract

本实用新型公开了一种基于FPGA的热电堆探测器的温度补偿装置，属于温度补偿技术领域，包括温度测量单元和FPGA控制单元；所述温度测量单元，包括热电堆探测器和温度传感器，所述热电堆探测器和温度传感器分别通过连接线与FPGA控制单元连接；所述FPGA控制单元，包括A/D转换器和FPGA控制器，所述A/D转换器和FPGA控制器通过线路连接。本实用新型简单易行，实时测量修正，排除了环境温度变化对热电堆探测器输出的影响，提高了热电堆探测器的测量精度。

Description

一种基于FPGA的热电堆探测器的温度补偿装置
技术领域
本实用新型属于温度补偿技术领域，具体涉及一种基于FPGA的热电堆探测器的温度补偿装置。
背景技术
热电堆探测器是由若干个基于塞贝克效应的热电偶串联而成，其中热电偶由两种可以产生显著温差电的P型和N型半导体材料构成，把两种材料的一个结点涂黑或覆盖上镀黑的薄片，以吸收辐射并引起温升，该结点称为热结点；未加热的一端称为冷结点。热电堆探测器作为一种感温型探测器，当有辐射照射热电堆探测器时，在热结点和冷结点之间会产生温差，回路中会产生温差电动势，通过测量温差电动势便可获得辐射功率。鉴于热电堆探测器为热电类探测器，其性能易受温度影响，测量结果容易发生温度漂移，但现有技术普遍认为热电堆探测器由于响应度低且无需制冷，其本身的热噪声比较大，所以可忽略掉温度漂移引起的误差，现有的热电堆探测器往往没有温度补偿装置，一般都是设定在常温下正常工作，而在高低温环境中测量的数据准确度将难以达到要求。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种基于FPGA的热电堆探测器的温度补偿装置，设计合理，解决了热电堆探测器的温漂问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于FPGA的热电堆探测器的温度补偿装置，包括温度测量单元和FPGA控制单元；
所述温度测量单元，包括热电堆探测器和温度传感器，所述热电堆探测器和温度传感器分别通过单独屏蔽的连接线与FPGA控制单元连接；
所述FPGA控制单元，包括A/D转换器和FPGA控制器，所述A/D转换器和FPGA控制器通过线路连接；
所述热电堆探测器通过连接线与FPGA控制单元中的A/D转换器连接；
所述温度传感器通过连接线与FPGA控制单元中的FPGA控制器连接。
优选地，所述温度传感器采用DS18B20芯片。
优选地，所述温度传感器采用外部电源供电模式。
通过本实用新型实现温度补充的工作原理如下：
通过FPGA控制器获取热电堆探测器的入射光功率值P(T)；通过FPGA控制器控制温度传感器，对热电堆探测器的环境温度进行实时监测，获得环境温度值T；由于不同温度下的响应度修正系数已经提前存入到相应的存储器中，现在只需调用T温度下的响应度修正系数K(T)，通过公式P＝K(T)·P(T)便可求出此环境温度下的准确辐射光功率P，实现热电堆探测器的温度漂移补偿。
本实用新型所带来的有益技术效果：
本实用新型提出了一种基于FPGA的热电堆探测器的温度补偿装置，与现有技术相比，通过本实用新型中的FPGA控制器控制温度传感器，实现对热电堆探测器环境温度的实时监测，根据实际温度调用存储在存储器中的响应度修正系数，实现热电堆探测器的温度漂移补偿，从而使热电堆探测器的输出信号满足全温度范围内的精度要求。
本实用新型简单易行，实时测量修正，排除了环境温度变化对热电堆探测器输出的影响，提高了热电堆探测器的测量精度。
附图说明
图1为本实用新型一种热电堆探测器的温度补偿装置的结构示意图。
其中，1-热电堆探测器；2-温度传感器；3-FPGA控制器；4-A/D转换器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
如图1所示的热电堆探测器的温度补偿装置主要有两部分组成：温度测量部分和FPGA控制单元部分。
温度测量部分主要由热电堆探测器1和温度传感器2组成。
温度传感器2主要用以实时获取热电堆探测器1处的环境温度。我们选用比较通用的DS18B20温度传感器，此温度传感器支持“一线式”接口，体积小，最小可分辨温度为0.0625℃，满足系统要求。把温度传感器2固定在热电堆探测器1的旁边，用于在热电堆探测器1测量的过程中获取实时温度数值。热电堆探测器1的正负输出信号线和温度传感器2的信号线分别单独屏蔽，避免温度传感器2的信号传输对热电堆探测器1的输出电压存在干扰，两路单独屏蔽的热电堆探测器1的输出和温度传感器2的“一线式”接口都经由连接器进入控制模块。
FPGA控制单元部分主要由FPGA控制器3和A/D转换器4组成。
FPGA控制单元主要以FPGA控制器3为主，其主要完成对两部分模块的控制：(1)通过控制A/D转换器4完成对热电堆探测器1输出的模数转换，以此获取热电堆探测器1的输出数据；(2)通过FPGA控制器3完成对温度传感器2的控制。
温度传感器2采用外部电源供电模式，此模式供电可靠，抗干扰能力强，接线简单。
通过FPGA控制器3完成对温度传感器2的设置，使其最小可分辨温度达到0.0625℃，并实现温度传感器2每隔一秒获取一次热电堆探测器1处的环境温度值。
通过以上热电堆探测器的温度补偿装置，可以获得任意环境温度下的温度值和热电堆探测器的输出值，然后配合存储器中热电堆探测器在不同温度下的响应修正系数，便可完成对热电堆探测器的温度补偿。
获得不同温度下的响应度修正系数的原理如下：
将以热电堆探测器为主的功率探测装置放入温度可调的温度控制装置内，设定好稳定辐射光源的输出功率，用标准辐射计准确测量此时的入射光功率P0，然后将热电堆探测器移动到辐射计相同位置处，使热电堆探测器的入射孔位置与之前辐射计的入射孔位置相同，以此保证此时入射到热电堆探测器上的光功率仍为P0。在工作温度范围内，通过设定温度控制装置来改变热电堆探测器的环境温度T，每隔固定的温度(如1℃)便可读出热电堆探测器测量到的光功率值Pi(T)，重复上述过程，便可得到不同温度条件下的响应度修正系数K(T)：
K(T)＝P0/Pi(T)
通过数据拟合，便可得到整个工作温度范围内的响应度修正系数与温度之间的关系式。
热电堆探测器的温度补偿流程如下：
通过FPGA控制器获取热电堆探测器的入射光功率值P(T)；通过FPGA控制器控制温度传感器，对热电堆探测器的环境温度进行实时监测，获得环境温度值T；由于不同温度下的响应度修正系数已经提前存入到相应的存储器中，现在只需调用T温度下的响应度修正系数K(T)，通过公式P＝K(T)·P(T)便可求出此环境温度下的准确辐射光功率P，实现热电堆探测器的温度漂移补偿，从而使热电堆探测器的输出信号满足全温度范围内的精度要求。
本实用新型简单易行，实时测量修正，排除了环境温度变化对热电堆探测器输出的影响，提高了热电堆探测器的测量精度。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于FPGA的热电堆探测器的温度补偿装置，其特征在于：包括温度测量单元和FPGA控制单元；
所述温度测量单元，包括热电堆探测器和温度传感器，所述热电堆探测器和温度传感器分别通过单独屏蔽的连接线与FPGA控制单元连接；
所述FPGA控制单元，包括A/D转换器和FPGA控制器，所述A/D转换器和FPGA控制器通过线路连接；
所述热电堆探测器通过连接线与FPGA控制单元中的A/D转换器连接；
所述温度传感器通过连接线与FPGA控制单元中的FPGA控制器连接。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的热电堆探测器的温度补偿装置，其特征在于：所述温度传感器采用DS18B20芯片。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的热电堆探测器的温度补偿装置，其特征在于：所述温度传感器采用外部电源供电模式。
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